polimers (739493), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

Первыми реактопластами, полученными около 100 лет назад, были фенолформальдегидные смолы (ФФС). Компонентами этих смол являются фенол и формальдегид, реакция поликонденсации которых происходит при нагреве до 450 .. - 470 К. Известны два типа ФФС— резольные и новолачные, несколько отличающиеся по свойствам. Исходным сырьем для ФФС является каменный уголь, что и объясняет дешевизну и постоялый рост производства, особенно в виде теплоизоляционных пенопластов для строитель­ной промышленности. В электронике ФФС широко применяются для изготовления слоистых пластиков, покрытий и красок (лак на основе ФФС называется бакелитовым), деталей электроизоля­ционной аппаратуры, сепараторов аккумуляторов и т. д.

Удельное сопротивление отвержденной ФФС — 10¹² ... ... Ю¹³ Ом-см, tg = 0,015 при f=10⁶ Гц, электрическая проч­ность 10 ... 18 МВ/м, =10 ... —11 (50 Гц) и =6 (10⁶ Гц). Диапазон рабочих температур 210 ... 470 К. Композиции на осно­ве ФФС и рубленного углеродного волокна (углепрессволокнит) обладают повышенной нагревостойкостью — кратковременно до 800 К. Широко применяются в радиоэлектронике гетинакс и тек­столит—слоистые пластики на основе ФФС с бумажным и тка­невым наполнителями. Недостатки ФФС—хрупкость, высокая вязкость олигомеров и высокая температура отверждения.

Эпоксидные смолы — продукт поликонденсации многоатомных соединений, включающих эпоксигруппу кольца

Благодаря высокой реакционной способности этих колец отверждение эпоксидных олигомеров можно осуществить с помощью многих соединений и таким образом варьировать температурно-временные режимы обработки и свойства пластмассы. Для холод­ного отверждения эпоксидных олигомеров применяют алифатические полиамины в количестве 5 ... 15% от массы олигомера. Жизнеспособность смеси низкая (1 ... З ч), длительность отверж­дения, наоборот, высокая—24 ч, причем степень полимеризации при этом лишь 60 ... 70% и продолжает увеличиваться еще в те­чение 10 ... 30 сут.

Реакция отверждения смол с алифатическими полиаминами экзотермична: в большом объеме может произойти саморазогрев до температуры выше 500 К, что приводит к деструкции полимера и растрескиванию изделия. Поэтому предпочтительнее горячее отверждение, которое осуществляют ароматическими полиаминами (15 ... 50% от массы) с нагревом до 370 ... 450 К в течение 4 ... ...16 ч, ангидридом (50..100%, 39…450 К, 12... 24 ч) или син­тетическими смолами (25 ... 75%, 420 ... 480 К, 10 мин ... 12 ч). При изготовлении изделий важно избегать как недоотверждения, которое проявляется в повышенных диэлектрических потерях и недостаточной жесткости, так и переотверждения, сопровождаю­щегося потерей эластичности. Достоинства эпоксидов состоят в от­сутствии побочных продуктов и очень малой усадке (0,2 ... 0,5%) при отверждении, высокой смачивающей способности и адгезии к различным материалам. Механическая прочность, химическая стойкость, совместимость с другими видами смол и олигомеров (ФФС, кремнийорганическими полимерами), большой выбор отвердителей и других добавок—качества, которые делают эти ма­териалы незаменимыми во многих отраслях техники. Если учесть также их высокие диэлектрические и влагозащитные свойства, ста­новится понятным, почему именно эпоксидные смолы стали основ­ным герметизирующим материалом радиокомпонентов и МЭА и связующим главного слоистого пластика РЭА—стеклотекстолита. Немаловажно, что эпоксидные олигомеры могут быть очищены от примесей, а это сводит к минимуму вредное влияние на поверх­ность полупроводниковых приборов. Наконец, эпоксидные смолы (отвержденные) оптически прозрачны и широко применяются в оптоэлектронных приборах (фотоприемниках, светодиодах, оптопарах),

Свойства эпоксидных смол изменяют в широких пределах, ис­пользуя различные добавки, которые делятся на следующие группы:

• пластификаторы—органические соединения — олигомеры, дей­ствующие как внутренняя смазка и улучшающие эластичность и предотвращающие кристаллизацию, отделяя цепи полимера друг от друга;

• наполнители—в небольших количествах вводятся для улучше­ния прочности и диэлектрических свойств, повышения стабильно­сти размеров, теплостойкости;

• катализаторы—для ускорения отверждения;

• пигменты—для окрашивания.

Компаунды могут быть жидкими и порошкообразными, они имеют узкое назначение и поэтому выпускаются многие десятки их типов, которые можно сгруппировать следующим образом: гер­метики, заливочные, пропиточные, эластичные, тиксотропные.

Недостатки реактопластов: сравнительно высокое значение tg , неприменимость в качестве диэлектриков СВЧ-техники; неполная воспроизводимость технологических свойств олигомеров так как число эпоксигрупп непостоянно, а это сказывается на тем­пературе и длительности отверждения.

СЛОИСТЫЕ ПЛАСТИКИ

Печатные платы (ПП) являются типовыми несущими конструк­циями современной РЭА и ЭВА. Печатная плата представляет со­бой слоистую структуру, в состав которой входит диэлектрическое основание и печатные проводники (медная фольга). Основания ПП изготавливают из слоистых пластиков—композиций, состоя­щих из волокнистого листового наполнителя — бумаги, ткани, стеклоткани, пропитанных и склеенных между собой различными полимерными связующими. Слоистые пластики отличаются от других материалов тем, что применяемый наполнитель распола­гается параллельными слоями. Такая структура обеспечивает вы­сокие механические характеристики, а использование полимерных связующих—достаточно высокое удельное электрическое сопро­тивление, электрическую прочность и малое значение tg6.

В зависимости от материала связующего и наполнителя раз­личают несколько типов слоистых пластиков (см. таблицу).

Наиболее дешевый материала диэлектрических оснований— гетинакс — обладает высокими диэлектрическими свойствами, находит широкое применение в бытовой радиоаппаратуре. Его не­достатком традиционно считается повышенное влагопоглощение (1,5 ... 2,5%) через слои бумаги или из открытых их торцевых срезов, а также сквозь полимерное связующее. Выпускается гети­накс на основе ацетилированной бумаги, обладающей повышен­ной влагостойкостью и способной заменить стеклотекстолиты. Ге­тинакс для ПП имеет толщину 1 ... 3 мм и не расслаивается при нагреве до 533 К (260 °С) в течение 5 ... 7 с.

Наименование слоистого пластика	Наполнитель	Связующее
Гетинакс	Пропиточная бумага толщиной 0,1 мм	Фенолформальдегидная смола (ФФС)
Текстолит	Хлопчатобумажная и синтетическая ткани (саржа, бязь, шифон, бельтннг, лавсан)	ФФС
Стеклотекстолит	Стеклоткани из бесщелочного алюмоборосиликатного стекла	Совмещенная, эпоксидная и ФФС- Совмещенная эпоксикремнийорганическая смола

Текстолит обладает более высокой прочностью при сжатии и ударной вязкостью и поэтому используется также в качестве кон­струкционного материала, и его выпускают не только в виде ли­стов, но и плит толщиной до 50 мм.

Стеклотекстолиты благодаря ценным свойствам наполнителя обладают наиболее высокой механической прочностью, тепло­стойкостью и минимальным влагопоглощением. Они имеют луч­шую стабильность размеров, а электрические свойства остаются высокими и во влажной среде. Вледствие необычной твердости поверхности стеклотекстолиты износоустойчивы.

Выпускается несколько десятков марок стеклотекстолитов, предназначенных для разных целей, в том числе повышенной нагревостойкости, тропикостойкости, гальваностойкости, огнестой­кости, с металлической сеткой. Обычные марки фольгированного стеклотекстолита облицованы медной фольгой толщиной 35 ... 50 мкм, для полуаддитивной технологии выпускается тепло­стойкая модификация с фольгой толщиной 5 мкм. Для той же технологии можно применять листовой нефольгированный стеклотекстолит с адгезионным слоем, обладающим неограниченной жизнестойкостью.

Для изготовления ПП по аддитивной технологии требуются диэлектрики с металлическими включениями, образующими цен­тры кристаллизации при химическом меднении. Для этой цели выпускается слоистый пластик—диэлектрик, содержащий мелкодисперсные частицы металлов—Ag или V.

Качество печатных плат характеризуется следующими свой­ствами.

1. Прочность является одним из основных свойств, поскольку печатные платы выполняют роль не только диэлектрического осно­вания, но и несущей конструкции. Часто требуется вибропроч­ность, которой, особенно при больших размерах плат, стеклотекстолит не обладает. Следует иметь в виду, что удельная прочность при толщине, большей, чем 1,5 мм, начинает снижаться, так как затрудняется удаление летучих веществ при отверждении и ска­зывается градиент температуры, который, как и в случае стекла, проявляется в виде микротрещин на поверхности. Это служит еще одним примером размерного эффекта прочности.

2. Нагревостойкость фольгированных слоистых пластиков опре­деляется по отсутствию вздутий, расслаивания и отклеивания фольги, возникающих при пайке. Критерием является время, в секундах, в течение которого разрушения не наблюдаются при нагреве до 533 К (260 °С). Минимальная нагревостойкость — 5 с, у лучших марок—20 с.

3. Стабильность размеров — изменение длины при смене тем­ператур в процессе пайки, когда вся плата перегревается при­мерно до 393 К (120°С); ТКЛР стеклотекстолита при толщине 1,5 мм составляет 8-10^-6 К^-1, т. е. отличается от ТКЛР меди более чем в 2 раза, поэтому при больших размерах плат возмо­жен обрыв или отслоение фольги. Кроме того, при Т~370 К в эпоксидных смолах наблюдается фазовый переход, выше которого резко возрастает ТКЛР в направлении толщины слоистого пла­стика, приводящий к обрыву металлизации отверстий. Нестабиль­ность размеров проявляется также в виде неплоскостности — прогиба, коробления, скручивания, которые возникают вследствие механических напряжений.

4. Электрическая прочность стеклотекстолита анизотропна: в продольном направлении она в несколько раз выше, чем в на­правлении толщины. Причина этому—анизотропия самого мате­риала и наличие микротрещин, уменьшающих эффективную тол­щину, но не длину и ширину. С увеличением толщины электри­ческая прочность падает. Так, для плат толщиной 0.5 и 10 мм значение £np соответственно 30 и 10 кВ/мм.

Наименьшее расстояние между соседними проводниками ПП составляет 0,3 мм, при этом допустимое напряжение—50 В. При большем напряжении это расстояние надо увеличивать, на­пример, напряжение 175 В требуют промежутка 0,8 мм, но пре­дельное напряжение 250 В. Для напряжения 500 В печатный монтаж невозможен.

Недостатки фольгированных стеклотекстолитов являются след­ствием их неоднородной структуры и особенностей используемых материалов. Это—коробление, нестабильность размеров, растрескивание, отслаивание, воспламеняемость, наволакивание смолы при сверлении отверстий. Кроме того, повышение плотности мон­тажа, использование групповых методов пайки, тяжелые условия эксплуатации требуют использования связующих, обладающих большей теплостойкостью. Наконец, стеклотекстолит из-за высо­кого tg6 непригоден для СВЧ-техники.

Печатные платы на термопластах. Применение термопластов для изготовления ПП имеет следующие преимущества:

1. Повышение нагревостойкости до 700 К.

2. Возможность применения в СВЧ-аппаратуре благодаря малым значениям tg6.

3. Упрощение технологии изготовления переходных отверстий, возможность формовки углублений, монтажных фланцев. Лучшим материалом для этой цели является фторопласт, армированный стеклотканью и фольгированный с двух сторон. Его выпускают в виде листов толщиной 0,5 мм под маркой фторопласт-4Д арми­рованный, фольгированный (ТУ 6-05-164-78). Он нагревостоек до Т=520 К, имеет tg =0,0007 при частоте 10¹⁰ Гц и пригоден для СВЧ-техники.

В качестве ПП начинают применять и фольгированную полиимидную пленку, однако преи­мущества полиимида более полно реализуются, когда он исполь­зуется в качестве подложек многослойных тонкопленочных ком­мутационных ПП. Отметим, что и фторопласт, и полиимид при­мерно в 10 раз дороже стеклотекстолита, их применение должно быть строго обосновано.

СИНТЕТИЧЕСКИЕ ЭМАЛИ, ЛАКИ И КОМПАУНДЫ

Характеристики

Список файлов реферата