Реферат: Материалы печатных плат (фольгированные стеклотекстолит и гетинакс)

МИНИСТЕРСТВООБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ

МосковскийГосударственный Институт Электроники и МатематикиФакультет Информатики и ТелекоммуникацийКафедраматериаловедения электронной техникиРЕФЕРАТпокурсу

«Материаловедение»

на тему:

Материалыпечатных плат

Выполнил:

студент гр. Р-41Сёмин Василий

Преподаватель:

КобановаТатьяна Александровна

Ìîñêâà2001

Оглавление

1. Введение…………………………………………………………..3

2. Технологияполучения слоистых пластиков …………………….5

3. Классификация ипринцип маркировки…………………………8

4. Физико-химическиесвойства……………………………………10

5. Механическаяобработка слоистых пластиков…………………..17

6. Список литературы……………………………………………….21

1.Введение

Замена в печатных схемахобычного трёхмерного проволочного монтажа двумерным, состоящим из сетипроводников, которые размещаются на диэлектрической подложке – это изобретение,связанное с именем К. Паролини (Франция, 1926г.), которое по важности можносравнить с изобретением книгопечатания Гутенбергом.

Печатная плата (ПП) представляет собойизоляционную пластину, играющую роль механического каркаса ПП, на одну или обеповерхности которой нанесён токопроводящий рисунок (как правило медная фольга),сформированный проводниками, соединяющими электрорадиорадиоэлементы (ЭРЭ) всоответствии с электрической схемой. ЭРЭ крепятся на печатную плату либозапайкой ножек деталей в специальные отверстия в ПП, обеспечивая механическийкрепёж ЭРЭ (dip-монтаж), либо поверхностным монтажом (пайкой элементовнепосредственно на дорожки – chip-монтаж).

Материалами печатных плат служат фольгированный стеклотекстолит либо фольгированный гетинакс, поэтомунас будут интересовать именно эти два продукта, а также составляющие ихкомпоненты.

Изоляционная подложка печатной платы состоит из рядапропитанных термореактивными смолами слоёв стекловолокна или бумаги, которыепрессуют и отверждают в нагретых прессах. Токопроводящую схему выполняют либотак называемым способом удаления, когда изоляционный материал полностьюзакрывается медной фольгой и токопроводящий рисунок (линии и плоскости)создают, удаляя ненужные участки, либо способом наложения. В этом случае нужныйтокопроводящий рисунок создают металлизацией.

Схема строения фольгированного слоистого пластика

односторонний двухсторонний

-

<img src="/cache/referats/9512/image007.gif" v:shapes="_x0000_s1056 _x0000_s1049 _x0000_s1050 _x0000_s1051">металлическаяфольга

-

клеевой слой

-

изоляционная подложка из слоистогопластика

Фольгированныйгетинакс является менее прочным, чем стеклотекстолит, и достаточно ломким, ноимеет лучшие электроизоляционные свойства и в 4 раза дешевле стеклотекстолита,поэтому он находит применение в изготовлении печатных плат для аппаратурымассового производства, при изготовлении которой одной из задач разработчикаявляется минимальная стоимость прибора.

Фольгированныйстеклотекстолит имеет гораздо лучшие механические свойства по сравнению сгетинаксом (не ломается и с трудом изгибается), поэтому нашёл применение ввоенной, вычислительной, измерительной и прочей прецезионной аппаратуре, гдетребуется высокая надёжность прибора, либо стойкость к механическим нагрузкам..

Применяемыедля изготовления печатных плат фольгированные пластики делятся на односторонниеи двусторонние. Учитывая современныетенденции постоянного уменьшения габаритов электроаппаратуры и внедренияповерхностного (chip-) монтажа, двусторонниепечатные платы занимают приоритетное положение надо односторонними.Односторонние печатные платы имеет смысл применять для реализации простейшихнебольших электрических схем.

Помимоэтого, изготовление современных сложнейших вычислительных и бытовых приборовтребует применения многослойныхпечатных плат. Это связано с усложняющейся с каждым годом схемотехникойсовременной аппаратуры.

2.Технологияполучения слоистых пластиков

Как уже отмечалось, слоистые пластики состоят из волокнистогонаполнителя, пропитанного связующим — как правило фенолформальдегидной смолой. При этом, если применяют пропитаннуюбумагу, материал называют гетинаксом,если ткань из синтетических волокон – текстолитом,если стеклоткани – стеклотесктолитом.В качестве клеевого слоя для приклейки фольги при создании фольгированныхслоистых пластиков применяют синтетические термореактивные клеи как таковые илииспользут клеящие свойства связующего, содержащегося в пропитанном наполнителе.

Стекловолокнистыенаполнители.

Стекловолокна для изготовления стекловолокнистых наполнителейпроизводят по следующей схеме.

Из исходных компонентов (песок, глинозем, мел,кальцинированная сода, борная кислота и некоторые другие) путем смешенияприготовляется шихта. Шихта плавится в печах для получения расплава стекла. Израсплава отформовываются стеклянные шарики, которые затем загружаются вплатиновый тигель, имеющий в своем днище от 100 до 1200 и более отверстий(фильер) малого диаметра. После расплавления стеклянных шариков в тигле дополучении вязкой массы (температура 1200—1400 °

С) из нее через фильеры вытягиваются непрерывныеволокна, собирающиеся затем в пучок, который наматывается па приемную бобину.Перед намоткой пучка на бобину производится так называемое «замасливание» этогопучка так, чтобы нити в нём имели необходимое сцепление между собой. Для этогосразуповыходе элементарных волокон из фильер и сбора этих нитей в пучокустанавливается замасливающее yстройство (в простейшем виде это наклонный лоток),в которое непрерывно поступает замасливатель. В результате на бобинунаматывается комплексная нить со склеенными в ней элементарными волокнами.Скоростьвытягивания элементарных стекловолокон при этом достигает 50 м/с и более.

Полученные комплексные нити затем разматываются сбобины, складываются друг с другом в нужном числе сложений иподвергаются кручению(до 150 витков на 1 м) для получениянитей, из которыхзатем на ткацких станках изготовляются стеклоткани. Для некоторых рулонныхнаполнителей после сложения комплексных нитей или совсем не производят крутку,или делают минимальное число витков. Такие нити называют ровницей или жгутом.Из жгутов на специальных станках изготовляют так называемые нетканныенаполнители.

Для получения штапельного волокна по выходестеклянных волокон из фильер на них из специального сопла с большой скоростьюподается струя воздуха или нагретого пара, которая разбивает непрерывныеволокна на короткие отрезки. Из этого волокна затем прядут нити с последующимизготовлением штапельных стеклотканейили эти волокна принимаютсяна конвейерную ленту и превращаются в рулонный материал в виде стекловойлоков, называемыхтакже матами.

Составстёкол, применяемых для изготовления стеклотканей

Вид стекла

Состав, %

SiO2

Al2O3

B2O3

CaO

MgO

Fe2O3

Na2O

Алюмоборосиликатное (бесщелочное)

53-54

8-12

0.2-0.7

0.5-0.7

Известково-натриевое (щелочное) для изготовления кремнеземного

0.5

нет

0.08

17-18

Видстеклоткани до и после опрессования между влажными прокладками при 160

°С

Изготовлениефольгированных слоистых пластиков

Фольгирование листовых слоистых пластиков может производитьсядвумя методами. По первомуизних металлическая фольгаприклеивается к уже готовому слоистомупластику,по второму приклейка фольги осуществляется одновременно с формованием подложки.Однако приклейка металлической фольги к готовому слоистому пластику вызываеттрудности, связанные с недостаточно ровной поверхностью последнего, сотклонениями в толщинах склеиваемых материалов, а также с существованиемдопусков в расстоянии между плитами гидравлических прессов. Всё это в конечномсчёте затрудняет создание необходимого надёжного контакта между металлическойфольгой и готовым слоистым пластиком. При этом применение повышенной толщиныклеевого слоя для устранения неровностей приводит, как правило, к уменьшению прочностисцепления фольги и слоистого пластика ввиду возникновения на границе разделаслоёв повышенных скалывающих напряжений.

В этом отношении приклейка металлической фольги кизоляционной подложке в процессе формования фольгированного материала позволяетиспользовать для выравнивания поверхности текучесть связующего в пропитанномнаполнителе во время его нагревания при прессовании. Поэтому второй способявляется основным в производстве фольгированных слоистых пластиков.

Для изготовления слоистых пластиков в зависимости отих назначения применяют: медную, никелевую или константановую фольгу. Медная иникелевая фольга применяется главным образом для фольгированных слоистыхпластиков электротехнического назначения в целях изготовления печатных плат,константановая – для слоистых пластиков, предназначенных для изготовленияреостатных и нагревательных элементов.

Выбор материалов дляподложки и клеевого слоя, так же как и при изготовлении обычных слоистыхпластиков, зависит от рабочей температуры фольгированного материала и от рядаспецифических требований, предъявляемых к последнему.

Процесс изготовленияфольгированного слоистого пластика по второму, наиболее принятому способу,сводится к пропитке наполнителей соответствующими связующими, сушке, если былприменён лаковый раствор связующего, разрезке пропитанного наполнителя нанужные размеры, сборке заготовок, сборке пачек и пакетов для прессования,прессованию последних в гидравлическом прессе и обрезке торцов готовогоматериала.

Пропитку наполнителейлаковыми растворами связующих ведут так же, как и для обычных слоистыхпластиков. Нанесение клеевого слоя наметаллическую фольгу производят на машинах, где осуществляется схема лакировкифольги. Эти машины аналогичны машинам для лакировки бумаги.

В качестве клеевого слояиногда применяют специальные клеевые плёнки. В этом случае исключается процесснанесения клея на металлическую фольгу и клеевая плёнка укладывается передпрессованием в пачку.

Во время прессования клейсразу после его расплавления под давлением прессования, если применена фольга,на поверхности которой созданы оксидные кристаллы, вдавливается в пространствомежду последними распространяется под влиянием этого давления по поверхностифольги.

3.Классификацияи принцип маркировки

Классификацияразличных марок стеклотекстолита и гетинакса

Класс нагревостойкости

Предельно допустимая рабочая температура, °С

Название

слоистого

пластика

Промышленная марка

Возможность применения

Преимущественные

области

применения

Для напря-жений до 1000 В

Свыше 1000 В

При норм. климати-ческих условиях

Во влажном тропи-ческом климате

При норм. климати-ческих условиях

Во влажном тропи-ческом климате

105

гетинакс

Монтажные панели, распределительные щиты, перегородки, панели, рейки, шайбы, клинья

III

То же, но в морских условиях

То же, что марка I, но во влажных тропических условиях

V-1, V-2

Материал с повышенной электрической прочностью и низким tgδ

Для работы в трансформаторном масле и на воздухе при повышенных частотах

VII

Радиотехнического назначения

VIII

То же, материал с пониженной степенью коробления

130

стеклотекстолит

СТ, СТ-1

Для низковольтных деталей, работающих по классу нагревостойкости В (130°С) или во влажном тропическом климате

155

СТЭФ, СТЭФ-1

Для деталей, работающих по классу нагревостойкости F(155°С), с требованиями повышенной механической прочности

СТВЭ

То же для работы во влажном тропическом климате

180

стеклотекстолит

СТК

Для деталей сухих трансформаторов шахтного взрывобезопасного исполнения и других деталей, работающих при температуре180°С или кратковременно до 300°С

СТ-ЭТФ

С высокими механическими и электрическими свойствами при температуре до 180°С

СТК-41/4

То же, что СТК, но с повышенной монолитностью и влагостойкостью

СТВК

То же, что СТК, 41/V, для работы во влажных тропических условиях

4.Физико-химическиесвойства

<img src="/cache/referats/9512/image011.jpg" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1062">Механическаяпрочность.

У слоистых пластиков, так же как и у металлов, нов гораздо большей степени, наблюдается зависимость механической прочности отвремени приложения механической нагрузки.

Зависимость разрушающих напряжений приизгибе слоистых пластиков от времени приложения механического напряжения.

1– гетинакс

I;

2– стеклотекстолит СТ;

3– стеклотекстолит СТЭФ

Аналогичнометаллам, разрушение слоистых пластиков при приложении повторно-переменныхнапряжений можно объяснить тем, что в результате внутреннего трения в материалевозникают и постепенно расширяются трещины, ослабляющие его вплоть доразрушения. Так, многократное приложение нагрузки, составляющей всего 75%предела прочности при растяжении в течение 20 с, вызвало следующее изменениемеханических свойств гетинакса:

Характер приложения

механического напряжения

Предел прочности при растяжении, % к исходному

Исходное состояние

100

После пятидесятого приложения нагрузки

После сотого приложения нагрузки

Для оценкиматериалов при циклических нагружениях пользуются показателем пределавыносливости, который показывает максимальное напряжение, при котором материалвыдерживает приблизительно 10 млн. повторных циклов без разрушения. Нижеприводятся ориентировочные данные о пределах выносливости некоторых слоистыхпластиков.

Вид нагрузки

Предел выносливости для различных слоистых пластиков, МПа

стеклотекстолит

гетинакс

текстолит

Изгиб

35-40

27.5-30

Растяжение

и сжатие

Пределвыносливости слоистых пластиков зависит от содержания связующего. При этомувеличение содержания смолы, например, в гетинаксе, с 40% до 50% уменьшает егопредел выносливости примерно на 20%

Влияниенагревания.

Механические свойства большинства видов слоистыхпластиков довольно сильно изменяются даже при небольшом повышении температуры.

<img src="/cache/referats/9512/image015.jpg" v:shapes="_x0000_s1065">
Влияние температуры испытания на пределпрочности при растяжении

1 – гетинакс

I стеклотекстолит СТ

2 –

текстолит А

<img src="/cache/referats/9512/image017.jpg" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1066">Зависимость предела прочности слоистыхпластиков при сжатии перпендикулярно слоям от температуры

1 – стеклотекстолит СТ-ЭТФ

2 – стеклотекстолит СТЭФ

3 – стеклотекстолит СТ

4 – гетинакс

I

5 – текстолит А

Как видно изграфиков, понижение прочности уразличного вида слоистых пластиковпроисходит в неодинаковой степени изависит от вида как применяемого связующего, так и наполнителя.

Длительное нагревание слоистыхпластиков приводит в конечном счёте к довольно большому снижению ихмеханических свойств.

Зависимость предела прочности пристатическом изгибе слоистых пластиков от времени старения при температуре 160

°С (измерения при 20°С)

1 – стеклотекстолит СТ

2 – гетинакс

I

Как видно из графика, некотороепревышение предела прочности при статическом изгибе гетинакса после первогомесяца нагревания следует объяснить процессом увеличения степени отверждениясвязующего, которое при прессовании гетинакса этой марки, по-видимому, прошлоне до конца.

Однако нагревание слоистых пластиковпри недопустимо высоких температурах может привести к резкой деструкции либосвязующего, либо наполнителя. Так, при нагревании слоистых пластиков,изготовленных с применением фенолформальдегидных связующих, начиная примерно с200°

C появляется науглероживаниеэтих связующих, которое усиливается при повышении температуры до 300-400°С. В то же время при нагреваниислоистых пластиков, изготовленных с применением эпоксиднофенолформальдегидногосвязующего, при упомянутых температурах начинается сильная деструкциясвязующего с возгонкой продуктов деструкции без существенного образованияпродуктов обугливания. Если в первом случае, даже при полном обугливаниисвязующего, ещё остаётся ощутимая механическая прочность за счёт оставшегосякокса, способного в некоторой степени связывать между собой слои наполнителя,то во втором случае практически наступает полное разрушение пластика.

Помимопадения жёсткости слоистых пластиков по мере увеличения температуры нагревания,также ухудшаются их электрические свойства, что видно из графиков.

Зависимость кратковременной электрической прочности слоистых пластиковот температуры испытания

1 – стеклотекстолит СТ

2 – стеклотекстолит СТК

3 – гетинакс I

Однакоснижение такого показателя электрических свойств как электрическая прочность,происходити после тепловогостарения слоистых пластиков.Изприведённых ниже графиков следует, что если даже кратковременный нагрев досоответствующей температуры может не влиять на электрическую прочностьслоистого пластика, то тепловое старение при такой же температуре приводит кснижению его электрической прочности.

Влияниетеплового старения Зависимость электрической прочности

накратковременную электрическую гетинакса

Iи стеклотекстолита СТ

прочностьстеклотекстолита СТК от времени старения при 160

°С

(температура испытания 20

°С)

1 – стеклотекстолит СТ

2 – гетинакс

I

Влияниеувлажнения.

Большинство слоистых пластиков обладаетсравнительно высоко влагопоглощаемостью. Исключение составляют такие пластикикак текстолит ЛТ и стеклотекстолит СТВЭ, изготовленные с применениемнегидрофильных наполнителей, у которых водопоглощаемость оказывается исущественно не увеличивается при продолжительном увлажнении. У всех другихвидов слоистых пластиков с течением времени водопоголощение увеличивается донасыщения. Одновременно с увеличением водопоглощения изменяются и размеры самого пластика.

Зависимость водопоглощения и измененияразмеров слоистых пластиков от времени пребывания в воде.

А – водопоглощение Б– изменение размеров

1 – текстолит Вч 1 – длины текстолита Вч

2 – стеклотекстолит СТ 2 – длины стеклотекстолита СТ

3 – стеклотекстолит СТ-1 3 – длины стеклотекстолита СТ-1

4 – толщины текстолита Вч

5 – толщины стеклотекстолита СТ

6 – толщины стеклотекстолита СТ-1

Из сравненияграфиков следует, что водонасыщение у стеклотекстолитов наступает гораздораньше, чем у гетинакса и текстолита типа Вч, и что после наступленияводонасыщения прекращается и изменение размеров слоистых пластиков. После пребывания слоистых пластиков в воде их механическая прочностьнесколько падает и, например для отдельных видов стеклотекстолитов это падениедостигает 20-25%. Однако механическая прочность таких стеклотекстолитоввосстанавливается после сушки при умеренной температуре (около 105°

С). Снижениемеханических свойств наблюдается у слоистых пластиков, способных ксущественному влагопоглощению после пребывания при высокой относительнойвлажности воздуха. Так, у стеклотекстолита марки СТЭФ, после его пребывания втечение 6 мес. при относительной влажности воздуха 98-100%наблюдается падениепредела прочности при растяжении на 5%, удельной ударной вязкости на 7% ипредела прочности при изгибе даже на 50%.

Также увлажнениев заметной степени ухудшает электрические характеристики слоистых пластиков. Приэтом очень чувствительными показателями оказываются tg d

и сопротивление изоляции,что видно из графиков.

Зависимость

tg d (при 50 Гц) от времени увлажнения слоистых пластиков при относительнойвлажности воздуха 98% и температуре 35°С

1 – стеклотекстолит ЛТ

2 – стеклотекстолит ЛТВЭ

3 – стеклотекстолит СТЭФ

4 – гетинакс

IV

5 – стеклотекстолит СТ

6 – гетинакс

I

При этомсушка слоистых пластиков после увлажнения не всегда приводит к восстановлениюэлектрических свойств до исходного состояния. Так после увлажнения стеклотекстолитаСТЭФ при относительной влажности 95-98% и температуре 30°

С, tg dего возрастает с 3 до 23-26%. Однакодаже после продолжительной сушки при 160°С tg dостаётся выше 10-15%. В меньшейстепени ухудшается удельное объёмное сопротивление слоистых пластиков.

Зависимость удельного объёмного сопротивления слоистых пластиков отвремени увлажнения при относительной влажности воздуха 95-98% и температуре 35

°С

1 – гетинакс I

2 – гетинакс

IV

3 – стеклотекстолит СТВЭ

4 – стеклотекстолит СТ

5 – стеклотекстолит СТЭФ

6 – текстолит А

7 – текстолит ЛТ

Влияние времени приложения электрического напряжения

.Электрическаяпрочность слоистых пластиков зависит от продолжительности прило