Реферат: Полимеры

У фторопласта есть недостатки, которые вполне естественно продолжают его достоинства.

1.    Вследствие химической пассивности он также и адгезионно инертен, т.е. трудно поддается склеиванию. Однако способы пре­одоления этой инертности уже найдены. Это либо обработка в расплаве окислителей при Т>370 К, либо в плазме тлеющего разряда в кислороде. Благодаря этому выпускаются фольгированные фторопластовые пленки и пленки с односторонним лип­ким слоем.

2.    В отличие от типичных термопластов фторопласт при по­вышении температуры не переходит в вязкотекучее состояние и его нельзя перерабатывать в экструдерах, так как вязкость его при 626 К (350°С) все еще высока—около 1010 Па-с. Поэтому пленку готовят значительно более дорогим методом строжки на прецизионных токарных станках.

3.    Фторопласт обладает ползучестью и плохо работает под нагрузкой. Механические свойства его могут быть улучшены пу­тем радиационного модифицирования и армирования стеклово­локном.

Полиимид — новый класс термостойких полимеров, аромати­ческая природа молекул которых определяет их высокую прочность вплоть до температуры разложения, химическую стойкость, тугоплавкость. Полиимидная пленка работоспособна при 473 К (200°С) в течение нескольких лет, при 573 К—1000 ч, при 673 К—до 6 ч. Кратковременно она не разрушается даже в струе плазменной горелки. При некоторых специфических усло­виях полиимид превосходит по температурной стойкости даже алюминий. Так, если к пленке или фольге прикасаются нагретым стержнем и определяется температура, при которой образец раз­рушается за 5 с (температура нулевой прочности), то для алю­миния она составляет 788 К, для полиимида—1088 К.

Полиимид, в отличие от фторопласта, легко подвергается травлению в концентрированных щелочах, что позволяет гото­вить сквозные отверстия в пленке. Таким методом получают элек­трические переходы при формировании многослойных коммута­ционных плат на полиимидной пленке. Чтобы использовать ее как подложку для вакуумного напыления тонкопленочных проводни­ковых слоев (обычно Cr—Си), необходима предварительная об­работка — активация поверхности с целью преодоления ее адгезионной инертности- Активация представляет, по существу, час­тичную деструкцию или модификацию внешних слоев с образо­ванием ненасыщенных адсорбционно-способных связей. Достига­ется это в результате воздействия концентрированного (около 250 г/л) раствора NaOH с добавкой жидкого стекла при 353 К (80 °С). Возможна и активация поверхности полиимида в плазме тлеющего разряда в атмосфере кислорода, однако такой обра­ботки недостаточно для надежной металлизации, особенно если платы в процессе дальнейшей обработки и эксплуатации подвер­гаются изгибам. Полиимид вполне стабилен при нагреве в ваку­уме, поэтому его используют как подложки гибких тонкопленоч­ных коммутационных плат (резистивные элементы на таких под­ложках не изготавливают). В отличие от фторопласта полиимид пригоден и для многослойных плат благодаря тому, что позво­ляет изготовлять переходные отверстия диаметром 70 ... 100мкм.

Полиимид является слабополярным среднечастотным материа­лом, поскольку его tg=0,003. Полиимид обладает повышенным влагопоглощением, и, вероятно, поэтому диэлектрические потери уменьшаются с повышением температуры: так, при 493 К его tg=0,0006. Полиимид выпускается в различных видах:

1.    Пленка толщиной 8 ... 100 мкм, в том числе фольгированная, предназначенная для гибких печатных плат, шлейфов и под­ложек тонкопленочных ГИС.

2.    Лак ПАК, стойкий после высыхания при 470 ... 520 К, огра­ниченно при 573 К, кратковременно при 670 К.

3.    Пресс-материал для получения изделий горячим прессо­ванием при 590 К и давлении 100 МПа.

4.    Пенопласт (пенополиимид) с плотностью 0,8 ... 2,5 г/см5, применяющийся в качестве тепло- и электроизоляционного мате­риала для температур 90 ... 520 К-

5.    Стеклопластик на основе полиимида, стойкий до 670 К, и углепластик, не теряющий механической прочности при 550 К.

6.    Изоляционная лента, стойкая при температуре до 500 К.

Недостаток полиимида—повышенное влагопоглощение (1 ... 3% за 30 сут.), поэтому он нуждается в технологической сушке (особенно при изготовлении изделий из пресс-порошков) и защите.

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.

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

Общая черта этих материалов состоит в том, что они образуют прочную твердую пленку, способную защищать, пассивировать поверхность изделий или придавать им товарный вид.

Компоненты современной РЭА и ее сборочные единицы—ра­диоэлектронные ячейки—имеют небольшие размеры, почти не содержат механически перемещаемых деталей, часто вскрывае­мых крышек или отверстий. Это создает возможность защищать блоки и ячейки пленкой—сплошной оболочкой из лака, эмали или компаунда. Такой способ защиты и одновременно придания прочности называют бескорпусной герметизацией. Он обладает преимуществами по сравнению с герметизацией в корпусе (деше­визна, технологичность, малые размеры, возможность полной автоматизации). Однако такие оболочки, непосредственно примы­кающие к поверхности твердотельного активного прибора или проводника и резистора, могут не только подавлять массообмен между изделием и внешней средой, но и участвовать в нежела­тельных физико-химических процессах, влияющих на работоспо­собность РЭА. В этом случае необходимо учитывать и физиче­скую, и химическую совместимости материалов, что ставит перед конструктором новые, трудные задачи.

Дестабилизирующие процессы в результате взаимодействия твердотельного прибора или элемента с атмосферой протекают обычно медленно, а их проявления неочевидны и многообразны. Среди них—коррозия пленочных и печатных проводников, элек­тромиграция, механические напряжения и деформации, обрывы внутренних проволочных соединений и др. В силу своей природы особенно чувствительны к внешним воздействиям полупроводни­ковые приборы, для защиты которых приходится использовать комбинацию материалов и методов. Лаки, эмали и компаунды применяют не только в качестве оболочек компонентов, но и для герметизации крышек корпусов РЭА и ее блоков, а также для пропитки моточных изделий, волокнистых и листовых наполните­лей при изготовлении слоистых пластиков. В этом случае их называют пропиточными.

Лаки — это растворы пленкообразующих веществ (лаковой основы) в летучих жидкостях. Лаковой основой могут быть при­родные искусственные или синтетические полимеры, которые после нанесения пленки и испарения растворителя в результате химических реакций окисления, полимеризации или поликонден­сации отверждаются, образуя плотное и прочное покрытие.

Лаки, требующие для (утверждения температуры, большей 343 К (70 °С), называют лаками горячей (печной) сушки, в отли­чие от лаков холодной (воздушной, естественной) сушки. Как и в случае эпоксидных смол, преимущества имеет отверждение в го­рячем состоянии, когда химические процессы происходят более глубоко и полно. Благодаря применению растворителей лаки мо­гут иметь меньшую вязкость, чем эмали и компаунды, и поэтому особенно пригодны в качестве пропиточных материалов.

Если лак используется в виде защитной пленки, требуется, чтобы это покрытие обладало хорошей адгезией, было нехруп­ким, стойким к термоударам и нагреванию во влажной атмосфе­ре. Иногда необходимо, чтобы лаковое покрытие можно было бы пропаять для повышения ремонтоспособности изделия. Большин­ству предъявляемых требований удовлетворяют эпоксидные лаки, но недостаток их в трудностях удаления пленки при ремонте.

Лаковые покрытия являются относительно плотными только при малой толщине (15 ... 75 мкм), слои большей толщины отверждаются с образованием капилляров диаметром 1 ... 10 мкм, через которые удаляются пары растворителя. Поэтому увеличе­ние толщины покрытия сверх 100 мкм неэффективно, а столь тонкие лаковые покрытия надежно служат только в атмосфере без повышенной влажности. Лаки прозрачны и бесцветны и не­способны придать изделию товарный вид.

Наиболее эффективными защитными характеристиками обла­дает фторосодержащий лак ФП-525. Время сушки лака велико (1 ...2ч) и значительно превышает длительность всех других операций герметизации. Большой выигрыш в производительности можно получить при сушке ультрафиолетовым излучением, когда операция завершается за 15 ... 30 с.

Эмали—пигментированные лаки. Пигментом в лакокрасоч­ном производстве называют тонкодисперсные порошки неорга­нических веществ, предназначенные для введения а лак путем растирания пасты. Обычно пигментами служат оксиды металлов, которые окрашивают покрытия и делают их непрозрачными (придают укрывистость), повышают механическую и абразивную прочность, защищают металл от коррозии. Так, эмаль, содержа­щая сурик (Рb3О4), замедляет коррозию черных металлов, окись цинка — алюминия. Пигменты в виде металлических порошков способствуют отражению света и защищают детали от перегрева при солнечном освещении. При наполнении медью, золотом, се­ребром эмали могут обладать хорошей электропроводностью, что позволяет использовать их в качестве проводников толстопленочных ГИС и экранировки аппаратуры. Содержание пигмен­тов в эмалях составляет 100 ... 150% от массы пленкообразую­щего полимера, поэтому они имеют меньшую, чем лаки, способ­ность проникать в трещины и поры и впитываться в волокнистые материалы. Необходимо также учитывать возможности химиче­ского взаимодействия лака и пигмента, поскольку реакционная поверхность пигмента очень велика—около 1 м2/г.

Эмали, как и лаки, пористы, вследствие чего могут набухать в атмосфере, содержащей пары воды, но особенно органических веществ. Вода может проникать сквозь пленки также под дейст­вием осмотического давления.

Вследствие двухкомпонентной природы эмали разрушаются под внешними воздействиями быстрее, чем лаки, из-за так назы­ваемого процесса меления—разрушения с поверхности, сопро­вождающегося потерей глянца и уменьшения толщины.

Работа с эмалями и лаками осложнена из-за токсичности и пожароопасности растворителей. Значительно большей техноло­гичностью обладают эмали, в которых вместо органических рас­творителей используется вода—так называемые водноэмульсионные эмали. При работе с ними улучшаются условия труда, осуще­ствляется механизация процесса герметизации. Такие эмали получили широкое распространение в практике герметизации, они выпускаются под маркой ВАС № 980.

Одним из традиционных направлений совершенствования эма­лей является снижение содержания в них растворителя. Напри­мер, в новой эмали ЭП-974 концентрация растворителя лишь 10%, тогда как в широко распространенной ЭП-91—60%. Эмаль с малым содержанием летучих веществ, подлежащих удалению при сушке, можно наносить более толстым—до 300 мкм—слоем, что обеспечивает длительную защиту от влаги.

Компаунды—смеси полимеров с различными добавками, не содержащие летучих растворителей и отверждающиеся без вы­деления газо- или парообразных веществ. Отсюда следуют их преимущества по сравнению с лаками и эмалями—отсутствие пористости даже в сравнительно толстом слое (0,5 ... 1 мм), вы­сокая химическая стойкость и электрическая прочность. Следует отметить, что неотвержденные компаунды далеко не всегда обла­дают жизнестойкостью, достаточной для наиболее удобной орга­низации работ по принципу централизованное производство— применение готовых смесей. Необходимо иметь запас с учетом затрат времени на транспортировку, минимальная жизнестой­кость такой смеси должна быть не меньше 3 месяцев.

К сожалению, многие ценные и распространенные компаунды начинают гелировать с повышением вязкости уже через 40 ... ... 60 мин после смешения компонентов, что вынуждает готовить их на месте и в небольших количествах. Это резко: затрудняет возможность механизации и требует ручного труда в неблагопри­ятных условиях.

Свойства компаундов определяются прежде всего видом поли­мерного связующего, которыми в большинстве случаев являются ФФС, эпоксидные смолы, кремнийорганические полимеры, и особенно сложные сополимеры из тех же компонентов. Базовой рецептурой можно во многих случаях считать компаунд ЭК-23, пригодный вследствие невысокой вязкости для герметизации за­ливкой, отверждающейся при 350 К в течение 30 мин с диапазо­ном рабочих температур 210 ... 400 К. На его основе выпускают­ся также компаунды с пониженной коррозионной активностью (ЭК-23А), с повышенной жизнестойкостью (ЭК-39), огнестойкий (ЭК-41).

Компаунды могут быть не только жидкими, но и твердыми при предварительном увеличении степени полимеризации. Но они сохраняют легкоплавкость, и разница состоит лишь в способе на­несения. Технология герметизации порошковыми (а также таблетируемыми, гранулированными) компаундами проще, а условия труда лучше, чем с применением жидких, однако оборудование сложнее, а выбор смесей с приемлемыми температурами плавле­ния и отверждения невелик. Порошковые эпоксидные компаунды имеют шифр ПЭК. Компаундам можно придать тиксотропные свойства введением в них асимметричных наполнителей: аэроси­ла—тонкодисперсного кварца, талька с удельной поверхностью 1 м2/г. Такие компаунды пригодны для герметизации методом «окукливания» за счет сравнительно толстого покрытия (0,5 ... ...0,8 мм), образующегося за один цикл при погружении изделий в ванну при вибрации на 15 ... 30 с. После этого компаунды ЭК-43, ЭК-242 отверждаются при нагреве до 373 К, ЭК-91 и ЭК-93—«на холоду». Очевидно, что два последних компаунда применимы, когда нагрев изделия недопустим. К сожалению, их жизнестойкость очень низка.

Эластичные компаунды нашли наиболее широкое применение для герметизации ИС. которые чувствительны к деформирующим усилиям, неизбежным при использовании жестких компаундов, какими являются, например эпоксидные. Другие дополнительные требования к материалам для герметизации ИС: минимальное влагопоглощение и содержание ионогенных, способных выделить ионы С1-,SO42-, Na+ примесей, устойчивость к кристаллизации, так как полимеры должны находиться в высокоэластичном со­стоянии во всем диапазоне рабочих температур (210 ... 400 К).

Основой эластичных компаундов являются различные кремнийорганические полимеры и их смеси с эпоксидными смолами. Разработанные составы, например КМ-9, эластичны даже при 220 ... 210К, и годятся для герметизации столь чувствительных к механическим нагрузкам материалов, как высокоиндукционные ферриты и пермаллои. Для герметизации ответственной РЭА нашли применение кремнийорганические компаунды ПДИ-21 и «Виксинт». причем их лучшие свойства проявляются лишь после неоднократного вакуумирования, для удаления газовых пузырь­ков и тщательной очистки герметизируемой поверхности. По­следнее особенно необходимо для обеспечения адгезии, которая у кремнийорганических полимеров значительно ниже. чем у эпоксидных смол.

Оптически прозрачные компаунды необходимы при герметиза­ции оптоэлектронных приборов — фотоприемников, светодиодов, оптопар. В производстве светодиодов компаунду иногда придают форму линз, концентрирующих световой поток. Кроме того, про­зрачные покрытия оказываются удобными для защиты печатных плат: в этом случае возможен контроль правильности и целост­ности коммутации с помощью прокалывающих щупов. Прозрачен эластичный компаунд КМ-9, порошкообразный компаунд ОП-429 обладает 90%-ным пропусканием в сравнительно толстом слое (20 мм) и пригоден, как и оптически прозрачные термопласты (оргстекло и полистирол), для изготовления оптических деталей. К сожалению, все органические материалы не обладают столь высокой твердостью, как силикатные стекла, и поэтому легко повреждаются механически.

Для резкого повышения скорости отверждения компаундов начинается применение облучения ускоренными электронами. Такие радиационноотверждаемые компаунды требуют обработки «на холоде» лишь в течение 15 ... 30 с, что позволяет резко по­высить производительность при экономии площадей и энергии.

ПОЛИМЕРНЫЕ КЛЕИ И АДГЕЗИВЫ

Клеи—вещества, обладающие высокой адгезионной способно­стью, пригодные для соединения между собой материалов разных классов. При склеивании, в отличие от сварки и пайки, не тре­буется нагревать изделие до высоких температур, а высокая нагревостойкость обеспечивает возможность повторных нагревов. Соединение может обладать эластичностью, что снижает уровень механических напряжений после отверждения и обеспечивает прочность в условиях термоударов, динамических нагрузок, при большой разнице ТКЛР.

Разрушение клеевого соединения, как правило, означает вне­запный отказ РЭА, поэтому к клеям предъявляются высокие требования. Чтобы обеспечить стабильность технологических ха­рактеристик клея, а благодаря этому и качество соединения по­лимерная его основа должна иметь узкое молекулярно-массовое распределение, т. е. к полимеру предъявляются повышенные тре­бования. В специальных случаях от них требуется еще и такие качества, как биостойкость, негорючесть, электро- и теплопровод­ность. Универсальных клеев не существует; труднее поддаются склеиванию металлы, легче—неметаллы, за исключением непо­лярных термопластов, не подвергнутых специальной обработке. Поэтому клей, предназначенный для металлов, пригоден и для неметаллов, но гораздо реже бывает обратное. Так, эпоксидные клеи применимы для всех материалов, а не модифицированные фенолформальдегидные, кремнийорганические, поливинилацетатные (ПВА)—хорошо склеивают только неметаллы.

В клеи на основе термореактивных смол часто вводятся на­полнители и добавки, которые могут придать им следующие свой­ства: биостойкость (соединения мышьяка и ртути); негорючесть (оксид сурьмы); тиксотропность (аэросил, слюдяная мука); электропроводноcть (порошки серебра или никеля); теплопроводность (нитрид бора); способность вспениваться (фреоны, карбонаты), Следует учитывать, что при введении в состав клея наполните­лей его адгезионная способность снижается.

Химическая промышленность поставляет большое количество клеев, причем их исходное состояние может быть различным:

·     жидкость, содержащая летучий растворитель, или без него;

·     твердое тело в форме легкоплавких порошков, таблеток, гра­нул;

·     расплав на основе термопластов;

·     пленка, нанесенная на подложку (склеивающие прокладки многослойных ПП) или в свободном состоянии, без подложки;

·     липкая лента с постоянной липкостью или активируемая ра­створителями, водой, повышением температуры. (Липкостью на­зывают способность клея в момент контакта с твердой поверх­ностью немедленно образовывать соединение. Это свойство важ­но, например, для приклеивания декоративно-отделочных мате­риалов, при монтаже кристаллов ИС и т. д.) Липкие ленты на лавсановой основе применяют для герметизации конденсаторов.

Особое значение в технологии РЭА имеют тепло- и электро­проводящие клеи. Они широко используются для крепления по­лупроводниковых кристаллов ИС к металлизированным корпусам с обеспечением теплового и электрического контакта, а также выводов и контактным площадкам. Электропроводящее покрытие используется для экранирования РЭА от электромагнитных по­лей. Высокая технологичность этого способа коммутации объяс­няется исключением из процесса операции пайки, неизбежно вы­зывающей термоудар, а также возможностью нагрева изделия при последующей обработке вплоть до 673 К без разрушения клеевого соединения. Проблема выбора наполнителя является главной при разработке электропроводящих клеев (контактолов). Вследствие невакуумной природы полимеров в качестве напол­нителей можно использовать лишь благородные металлы и ни­кель. Тонкодисперсная медь очень быстро окисляется в составе полимерной композиции и годится только в посеребренном виде. Для экономии дефицитного серебра (а наполнитель в составе электропроводящего клея составляет 60 ... 80% по массе) можно использовать также посеребренный графит. Современные элек­тропроводящие клеи, например АС-40В, обладают удельным со­противлением менее 0,01 Ом-см, коэффициентом теплопроводно­сти—4 Вт/(м*К), выдерживают 10 термоциклов с перепадом от 210 до 720 К, нагревостойки до 720 К. Клеевая неотвержденная композиция жизнеспособна в течение 12 ... 24ч. Клеи на основе карбонильного никелевого порошка менее электро- и теплопро­водны и ограничены рабочей температурой 493 К (120°С).

Поскольку ассортимент клеев очень велик, выбор оптималь­ного из них для данного назначния представляет собой довольно сложную задачу. Клеи, предназначенные для металлов, не должны содержать анионов С1-, I-, F-, SO42-", S2-, которые способны вы­звать их коррозию. Эластичные материалы можно клеить только эластичными клеями на основе кремнийорганических полимеров. Пластмассы лучше клеить материалами, близкими по химической природе. Наконец, разнородные материалы можно склеить более надежно, если использовать не один вид клея, а два, более соот­ветствующие двум склеиваемым материалам по природе. Если соединяемые поверхности плохо подогнаны, целесообразно приме­нить вспенивающиеся клеи. Надо помнить, что оптимальная тол­щина слоя клея, обеспечивающая наиболее прочное соединение, —0,1 ... 0,2 мм. Недостатки клеевых соединений: невысокая ме­ханическая прочность, особенно сопротивление отдиранию, высо­кое тепловое сопротивление, непригодность для СВЧ РЭА (за исключением клеев-расплавов).

Список литературы

1.    Материалы микроэлектронной техники: учебное пособие для вузов/ Под ред.

В. М. Андреева, - М.: Радио и связь, 1989.

2.    Пасынков В.В., Сорокин В.С., Материалы электронной техники, - М.: Высшая школа, 1986.

3.    Материаловедение/ Под ред. Б.Н. Арзамасова. – М.: Машиностроение, 1986.