|
| |
|
Слаботочка Книги замедленных видах поляризации, наблюдаемых у многих диэлектриков, называют абсорбционными токами. При постоянном напряжении абсорбционные токи, меняя свое направление, протекают в моменты включения и выключения напряжения; при переменвом напряжении они имеют место в течение всего временв нахождения материала в электрическом поле. Наличие в технических диэлектриках небольшого количества свободных зарядов, а также инжекция их из материала электродов приводят к возникновению небольших токов сквозной электропроводности, или токов утечки. Таким образом, полная плотность тока в диэлектрике представляет собой сумму плотностей токов утечки и смещения: /общ = /ск+4б. (13) где /ск -ток сквозной электропроводности; /а б - ток абсорбции. После завершения процессов поляризации через диэлектрик протекает ток утечки. Поляризационные токи необходимо принимать во внимание при измерениях сопротивления изоляции, потому что при небольшой выдержке образца диэлектрика поД напряжением обычно регистрируется не только ток утечки, но и сопровождающий его обратимый ток абсорбции, вследствие чего создает ся неправильное представление с большой проводимости диэлектрика. Проводимость диэлектрика при постоянном напряжении определяется по току утечки, который сопровождается выделением и нейтрализацией зарядов на электродах. При переменном напряжении активная проводимость определяется не только током утечки, но и активными составляющими поляризационных токов. Аналогичная картина может проявляться при работе электронных схем на постоянном напряжении в режиме «ключа» логических элементов вычислительной техники, аппаратуры связи, передачи данных и т. п., где электронные цепи коммутируются со скоростью, соизмеримой с временем протекания поляризационных процессов в диэлектриках. Полная проводимость через диэлектрик, определяемая токами утечки при одновременном существовании всех составляющих (Gg, G, Gi), характеризуется электронной, ионной и молионной электропроводностями. Наличие какого-либо из видов электропроводности или их сочетание зависит от физико-химических свойств диэлектрика, степени воздействия окружающей среды, количества и природы химических загрязнений. Электронная электропроводность характеризуется перемещением электронов в диэлектрике под действием электрического поля. Любой диэлектрик содержит свободные электроны, количество которых возрастает с повышением температуры и влажности окружающей среды. При электронной проводимости отсутствует перенос вещества. Этот вид электропроводности проявляется при измерении каждой из составляющих полной проводимости. Ионная электропроводность обусловливается движением ионов и является основным видом электропроводности в диэлектриках. Она наблюдается как в жидких, так и в твердых диэлектриках при электролитической диссоциации химических примесей и загрязнений, а также при наличии в молекулярной структуре материала дефектов. Ионная проводимость твердых диэлектриков в условиях повышенной влажности связана с электролитической диссоциацией и расщеплением молекул на катионы и анионы и сопровождается образованием новых химических веществ на электродах. Количество перенесенного вещества пропорционально количеству ионов, прошедших через диэлектрик, и находится в полном соответствии с законом Фарадея. Общая проводимость равна сумме анионной и катионной проводимостей. Ионная проводимость проявляется прежде всего при измерении поверхностной составляющей, в меньшей степени- объемной. Внутренняя составляющая полной проводимости занимает промежуточное положение. Молиониая электропроводность происходвт вследствие движения заряженных частиц вещества - молионов. Молионная проводимость эквивалентна сквозному перемещению и осаждению на электродах коллоидных частиц в дисперсной среде, проходит без электролитической диссоциации и не связана с образованием новых веществ, как при ионной проводимости. Движение молионов под действием электрического поля называется электрофорезом. Большое влияние на эту электропроводность оказывает вязкость дисперсной среды. Молионная проводимость в твердых диэлектриках, как правило, проявляется на их поверхности при адсорбции влаги, а также внутри слоистых и полимерных материалов, имеющих структурные дефекты или неполную полимеризацию связующего. Волокнистые материалы из природного органического полимера - клетчатки (электроизоляционные бумаги, картон и др.) имеют этот характер проводимости во всех направлениях. Исследование оричин отказов аппаратуры показало, что воздействие ковкретного вида электрОпровОДнасти имеет характерную особенность в своем внеиннем проявлении. Так, при электроиной злектроироводности с одновременным протекаиием электрохимической реакции в материале наблюдается выделение газообразных веществ, «апример: 2 - 2 Наличие электропроводяостей, .связанных с переносом вещества, отрицательно сказывается ие только ма снижении диэлектрических характеристик .материала при действии электрического поля, но и способствует накапливанию с течением времени токопроводящих веществ в диэлектрическом промежутке межэлектродно-го пространства, приводящему в конечном итоге к короткому замыканию или пробою (при ионной электропроводности). При молионной электроираводности наблюдается миграция коллоидных частиц органических веществ на контакты коммутирующих устройств, ивменяющая переходное сопротивление контактных пар вплоть до полного нарушения контактирования. Например, причиной отказов изолящии печатных плат является электрохимический процесс при одновременном воздействии напряжения и влаги. Под действием приложенного напряжения .металл проводника, ваходящегося .под положительным потенциалом (анод), отдает свои ионы воде, чем еще больше увеличивает ее электропроводность. Ионы металла перемещаются к проводнику, •находящемуся под отрицательным напряжением (катоду) и, разряжаясь на нем, восстанавливаются до металлического состояния. Движение .ионов подчиняется законам электрического поля, т. е. сосредоточение м.аксимальной плотности тока происходит в местах с максимальным градиентом напряжения - на неровностях катода, выступающих внутрь зазора и играющих роль .острия. Поэтому нарастание металлических .образований на .проводнике - катоде осуществляется не равномерно по всему зазору, как это происходит в настоящих электролитах, а сосредоточивается в отдельных точках. Образование металлического нароста на катоде увеличивает градиент лаоряжения на его вершине и вызывает еще больший приток ионов, что приводит к быстрому «прорастанию» токопрОВо-дящего .м.остика в изоляционном зазоре. Скорость образования токопроводящих мостиков определяется степенью влажности воздуха, напряжением и временем, в течение которого действуют эти факторы одновременно. Со временем изоляционный зазор между проводниками зарастает металлическими токопроводящимн мостиками ветвистого строения (дендрита:м.и), что приводит к короткому замыканию [16]. Если электроизоляционный зазор загрязнен водонерастворимы-ми или слаборастворимыми веществами, процесс раэрушения электрической изоляции протекает несколько иначе: часть ионов металла, не достигнув катода, захватывается активными центрами загрязнений и образует беспорядочное заполнение зазора между проводниками печатной платы продуктами коррозии. Следует также отм-етить, что все защитные металлические по*-крытия печатных проводников: серебро, олово-свинец, олово, палладий, никель, золото - в условиях одновременного ВОвдейст-вия напряжения и влаги образуют токопроводящие мостики между проводниками печатных плат. Наибольшую склонность к образованию токопроводящих мостиков имеет серебро, наименьшую - золото. Исследованиями процесса миграции серебра на печатных платах установлено, что первые признаки Миграции при 80%-вой влажности, температуре +25°С и напряжении 300 В наблюдаются на платах через 20-30 ч [17]. Аналогичную картину, но уже спустя 90 ч, можно наблюдать и при приложенном напряжении 10 В при относительной влажности 977о и температуре 40° С (рис. 9). При воздействии переменного напряжения электрохимический процесс хотя и затруднен, но протекает и в этом случае. Это явление объясняется наличием вентильного эффекта при электролизе ряда ме-таллов, в том числе серебра, меди, никеля и др. Вентильный эффект возникает в том случае, если катодная и анодная поляризации неодинаковы, и поэтому электрические сопротивления на границе фаз металл - электролит при прохождении электрического тока в прямом и обратном направлениях будут различными. В зависимости от условий эксплуатации к материалам, используемым в современной РЭА, предъявляются очень жесткие разносторонние требования. Электроизоляционные материалы должны иметь не только низкие диэлектрические потери, но и высокую электрическую прочность. Каждый диэлектрик, находясь в электрическом поле, теряет свои диэлектрические свойства, если «апряженность поля превысит некоторое критическое значение, при котором происходит его пробой. Напряжение, при котором происходит пробой, называют пробивным напряжением f/np, а соответствующую напряженность  Рис. 9. Миграция серебра. / - печатные проводники; 2 - токопроводящая перемычка серебра; 3 - диэлектрический промежуток. 0 1 2 3 4 5 [6] 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 |