МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙФЕДЕРАЦИИ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГООБРАЗОВАНИЯ
«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙУНИВЕРСИТЕТ СЕРВИСА»
(ГОУ ВПО ВФ МГУС)
Волгоградский филиал
РЕФЕРАТ
по дисциплине: «МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ»
Тема: Материалыпечатных плат
Выполнил:
Студентгруппы 1СКМТп
ПетровГригорий
Васильевич
Проверил:
Преподаватель
дисциплины
_____________________
«___»___________2006г.
Волгоград
2006
Содержание
Введение… 3
2. Технология получения слоистыхпластиков… 5
3. Классификация и принципмаркировки… 8
4. Физико-химические свойства… 10
5. Механическая обработка слоистыхпластиков… 17
Список литературы… 21
Введение
Замена в печатных схемах обычного трёхмерного проволочногомонтажа двумерным, состоящим из сети проводников, которые размещаются надиэлектрической подложке – это изобретение, связанное с именем К. Паролини(Франция, 1926г.), которое по важности можно сравнить с изобретением книгопечатанияГутенбергом.
Печатнаяплата (ПП) представляет собой изоляционную пластину, играющую рольмеханического каркаса ПП, на одну или обе поверхности которой нанесёнтокопроводящий рисунок (как правило медная фольга), сформированный проводниками,соединяющими электрорадиоэлементы (ЭРЭ) в соответствии с электрической схемой.ЭРЭ крепятся на печатную плату либо запайкой ножек деталей в специальныеотверстия в ПП, обеспечивая механический крепёж ЭРЭ (dip-монтаж), либо поверхностным монтажом (пайкой элементовнепосредственно на дорожки – chip-монтаж).
Материаламипечатных плат служат фольгированныйстеклотекстолит либо фольгированныйгетинакс, поэтому нас будут интересовать именно эти два продукта, а такжесоставляющие их компоненты.
Изоляционнаяподложка печатной платы состоит из ряда пропитанных термореактивными смоламислоёв стекловолокна или бумаги, которые прессуют и отверждают в нагретыхпрессах. Токопроводящую схему выполняют либо так называемым способом удаления,когда изоляционный материал полностью закрывается медной фольгой итокопроводящий рисунок (линии и плоскости) создают, удаляя ненужные участки,либо способом наложения. В этом случае нужный токопроводящий рисунок создаютметаллизацией.
Схема строения фольгированногослоистого пластика
односторонний двухсторонний
- металлическая фольга
- клеевой слой
- изоляционная подложка изслоистого пластика
Фольгированный гетинакс являетсяменее прочным, чем стеклотекстолит, и достаточно ломким, но имеет лучшиеэлектроизоляционные свойства и в 4 раза дешевле стеклотекстолита, поэтому оннаходит применение в изготовлении печатных плат для аппаратуры массовогопроизводства, при изготовлении которой одной из задач разработчика являетсяминимальная стоимость прибора.
Фольгированный стеклотекстолитимеет гораздо лучшие механические свойства по сравнению с гетинаксом (неломается и с трудом изгибается), поэтому нашёл применение в военной,вычислительной, измерительной и прочей прецезионной аппаратуре, где требуетсявысокая надёжность прибора, либо стойкость к механическим нагрузкам..
Применяемые для изготовленияпечатных плат фольгированные пластикиделятся на односторонние и двусторонние. Учитывая современныетенденции постоянного уменьшения габаритов электроаппаратуры и внедренияповерхностного (chip-) монтажа, двусторонние печатные платы занимают приоритетноеположение надо односторонними. Односторонние печатные платы имеет смыслприменять для реализации простейших небольших электрических схем.
Помимо этого, изготовлениесовременных сложнейших вычислительных и бытовых приборов требует применения многослойных печатных плат. Это связанос усложняющейся с каждым годом схемотехникой современной аппаратуры.
2. Технологияполучения слоистых пластиков
Как уже отмечалось, слоистые пластикисостоят из волокнистого наполнителя, пропитанного связующим — как правило фенолформальдегидной смолой. При этом,если применяют пропитанную бумагу, материал называют гетинаксом, если ткань из синтетических волокон – текстолитом, если стеклоткани – стеклотесктолитом. В качестве клеевогослоя для приклейки фольги при создании фольгированных слоистых пластиковприменяют синтетические термореактивные клеи как таковые или использут клеящиесвойства связующего, содержащегося в пропитанном наполнителе.
Стекловолокнистые наполнители.Стекловолокна для изготовления стекловолокнистыхнаполнителей производят 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 фильерывытягиваются непрерывные волокна, собирающиеся затем в пучок, которыйнаматывается па приемную бобину. Перед намоткой пучка на бобину производитсятак называемое «замасливание» этого пучка так, чтобы нити в нём имелинеобходимое сцепление между собой. Для этого сразу по выходе элементарныхволокон из фильер и сбора этих нитей в пучок устанавливается замасливающееyстройство (в простейшем виде это наклонный лоток), в которое непрерывнопоступает замасливатель. В результате на бобину наматывается комплексная нитьсо склеенными в ней элементарными волокнами.Скорость вытягивания элементарных стекловолокон при этом достигает 50 м/с иболее.
Полученные комплексные нити затемразматываются с бобины, складываются друг с другом в нужном числе сложений иподвергаются кручению (до 150 витков на 1 м) для получения нитей, из которых затем наткацких станках изготовляются стеклоткани. Для некоторых рулонных наполнителейпосле сложения комплексных нитей или совсем не производят крутку, или делаютминимальное число витков. Такие нити называют ровницей или жгутом. Из жгутов наспециальных станках изготовляют так называемые нетканные наполнители.
Для получения штапельного волокна повыходе стеклянных волокон из фильер на них из специального сопла с большойскоростью подается струя воздуха или нагретого пара, которая разбиваетнепрерывные волокна на короткие отрезки. Из этого волокна затем прядут нити споследующим изготовлением штапельных стеклотканей или эти волокна принимаютсяна конвейерную ленту и превращаются в рулонный материал в виде стекловойлоков, называемых также матами.
Состав стёкол, применяемых для изготовления стеклотканей
Вид стекла
Состав, %
SiO2
Al2O3
B2O3
CaO
MgO
Fe2O3
Na2O
Алюмоборосиликатное (бесщелочное)
53-54
14
8-12
16
4
0.2-0.7
0.5-0.7
Известково-натриевое (щелочное) для изготовления кремнеземного
72
0.5
нет
6
4
0.08
17-18
Вид стеклоткани до и после опрессования между влажными прокладкамипри 160°С
Изготовление фольгированных слоистыхпластиков Фольгирование листовых слоистых пластиков может производитьсядвумя методами. По первомуиз них металлическая фольга приклеивается куже 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, с отклонениямив толщинах склеиваемых материалов, а также с существованием допусков врасстоянии между плитами гидравлических прессов. Всё это в конечном счётезатрудняет создание необходимого надёжного контакта между металлической фольгойи готовым слоистым пластиком. При этом применение повышенной толщины клеевогослоя 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 металлическойфольги к изоляционной подложке в процессе формования фольгированного материалапозволяет использовать для выравнивания поверхности текучесть связующего впропитанном
наполнителе во время его нагревания припрессовании. Поэтому второй способ является основным в производствефольгированных слоистых пластиков.
Для изготовления слоистых пластиков взависимости от их назначения применяют: медную, никелевую или константановуюфольгу. Медная и никелевая фольга применяется главным образом дляфольгированных слоистых пластиков электротехнического назначения в целяхизготовления печатных плат, константановая – для слоистых пластиков,предназначенных для изготовления реостатных и нагревательных элементов.
Выбор материаловдля подложки и клеевого слоя, так же как и при изготовлении обычных слоистыхпластиков, зависит от рабочей температуры фольгированного материала и от рядаспецифических требований, предъявляемых к последнему.
Процессизготовления фольгированного слоистого пластика по второму, наиболее принятомуспособу, сводится к пропитке наполнителей соответствующими связующими, сушке,если был применён лаковый раствор связующего, разрезке пропитанного наполнителяна нужные размеры, сборке заготовок, сборке пачек и пакетов для прессования,прессованию последних в гидравлическом прессе и обрезке торцов готовогоматериала.
Пропиткунаполнителей лаковыми растворами связующих ведут так же, как и для обычныхслоистых пластиков. Нанесение клеевого слоя на металлическую фольгу производят на машинах, где осуществляется схемалакировки фольги. Эти машины аналогичны машинам для лакировки бумаги.
В качествеклеевого слоя иногда применяют специальные клеевые плёнки. В этом случаеисключается процесс нанесения клея на металлическую фольгу и клеевая плёнкаукладывается перед прессованием в пачку.
Во времяпрессования клей сразу после его расплавления под давлением прессования, еслиприменена фольга, на поверхности которой созданы оксидные кристаллы,вдавливается в пространство между последними распространяется под влияниемэтого давления по поверхности фольги.
3. Классификацияи принцип маркировки
Классификация различных 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
А
105
гетинакс
I
+
-
-
-
Монтажные панели, распределительные щиты, перегородки, панели, рейки, шайбы, клинья
III
+
-
-
-
То же, но в морских условиях
IV
+
+
+
+
То же, что марка I, но во влажных тропических условиях
V-1, V-2
+
-
+
-
Материал с повышенной электрической прочностью и низким tgδ
VI
+
-
+
-
Для работы в трансформаторном масле и на воздухе при повышенных частотах
VII
+
-
+
-
Радиотехнического назначения
VIII
+
-
+
-
То же, материал с пониженной степенью коробления
В
130
стеклотекстолит
СТ, СТ-1
+
+
-
-
Для низковольтных деталей, работающих по классу нагревостойкости В (130°С) или во влажном тропическом климате
F
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
H
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
Механическая прочность.У слоистых пластиков, так же как и у металлов, но в гораздо большей степени,наблюдается зависимость механической прочности от времени приложениямеханической нагрузки.
Зависимость разрушающихнапряжений при изгибе слоистых пластиков от времени приложения механическогонапряжения.
1 – гетинакс I;
2 – стеклотекстолит СТ;
3 – стеклотекстолит СТЭФ
Аналогично металлам, разрушение слоистых пластиков приприложении повторно-переменных напряжений можно объяснить тем, что в результатевнутреннего трения в материале возникают и постепенно расширяются трещины,ослабляющие его вплоть до разрушения. Так, многократное приложение нагрузки,составляющей всего 75% предела прочности при растяжении в течение 20 с, вызвалоследующее изменение механических свойств гетинакса:
Характер приложения
механического напряжения
Предел прочности при растяжении, % к исходному
Исходное состояние
100
После пятидесятого приложения нагрузки
92
После сотого приложения нагрузки
85
Для оценки материалов при циклических нагружениях пользуютсяпоказателем предела выносливости, который показывает максимальное напряжение,при котором материал выдерживает приблизительно 10 млн. повторных циклов безразрушения. Ниже приводятся ориентировочные данные о пределах выносливостинекоторых слоистых пластиков.
Вид нагрузки
Предел выносливости для различных слоистых пластиков, МПа
стеклотекстолит
гетинакс
текстолит
Изгиб
60
35-40
27.5-30
Растяжение
и сжатие
-
58
39
Предел выносливости слоистых пластиков зависит от содержаниясвязующего. При этом увеличение содержания смолы, например, в гетинаксе, с 40%до 50% уменьшает его предел выносливости примерно на 20%
Влияние нагревания.Механические свойства большинства видов слоистых пластиков довольно сильноизменяются даже при небольшом повышении температуры.
Влияние температуры испытанияна предел прочности при растяжении
1 – гетинакс I стеклотекстолит СТ
2 – текстолит А
Зависимость предела прочностислоистых пластиков при сжатии перпендикулярно слоям от температуры
1 – стеклотекстолит СТ-ЭТФ
2 – стеклотекстолит СТЭФ
3 – стеклотекстолит СТ
4 – гетинакс I
5 – текстолит А
Как видно из графиков, понижение прочности у различного вида слоистых пластиков происходит в неодинаковой степени и зависит от вида как применяемого связующего, так инаполнителя.
Длительноенагревание слоистых пластиков приводит в конечном счёте к довольно большомуснижению их механических свойств.
Зависимость предела прочностипри статическом изгибе слоистых пластиков от времени старения при температуре160°С (измерения при 20°С)
1 – стеклотекстолит СТ
2 – гетинакс I
Как видно изграфика, некоторое превышение предела прочности при статическом изгибегетинакса после первого месяца нагревания следует объяснить процессомувеличения степени отверждения связующего, которое при прессовании гетинаксаэтой марки, по-видимому, прошло не до конца.
Однаконагревание слоистых пластиков при недопустимо высоких температурах можетпривести к резкой деструкции либо связующего, либо наполнителя. Так, принагревании слоистых пластиков, изготовленных с применением фенолформальдегидныхсвязующих, начиная примерно с 200°Cпоявляется науглероживание этих связующих, котороеусиливается при повышении температуры до 300-400°С. В то же время при нагревании слоистых пластиков,изготовленных с применением эпоксиднофенолформальдегидного связующего, приупомянутых температурах начинается сильная деструкция связующего с возгонкойпродуктов деструкции без существенного образования продуктов обугливания. Еслив первом случае, даже при полном обугливании связующего, ещё остаётся ощутимаямеханическая прочность за счёт оставшегося кокса, способного в некоторойстепени связывать между собой слои наполнителя, то во втором случае практическинаступает полное разрушение пластика.
Помимопадения жёсткости слоистых пластиков по мере увеличения температуры нагревания,также ухудшаются их электрические свойства, что видно из графиков.
Зависимость кратковременнойэлектрической прочности слоистых пластиков от температуры испытания
1 – стеклотекстолитСТ
2 – стеклотекстолитСТК
3 – гетинакс I
Однако снижение такого показателя электрических свойств какэлектрическая прочность, происходит и после теплового старения слоистыхпластиков. Из приведённых ниже графиков следует, что если даже кратковременныйнагрев до соответствующей температуры может не влиять на электрическуюпрочность слоистого пластика, то тепловое старение при такой же температуреприводит к снижению его электрической прочности.
Влияние теплового старения Зависимость электрической прочности
на кратковременную электрическую гетинакса I и стеклотекстолита СТ
прочность стеклотекстолита СТК от времени старения при160°С
(температура испытания 20°С)
1 – стеклотекстолитСТ
2 – гетинакс I
Влияние увлажнения.Большинство слоистых пластиков обладает сравнительно высокойвлагопоглощаемостью. Исключение составляют такие пластики как текстолит ЛТ истеклотекстолит СТВЭ, изготовленные с применением негидрофильных наполнителей,у которых водопоглощаемость оказывается и существенно не увеличивается припродолжительном увлажнении. У всех других видов слоистых пластиков с течениемвремени водопоглощение увеличивается до насыщения. Одновременно с увеличениемводопоглощения изменяются и размеры самогопластика.
Зависимость водопоглощения иизменения размеров 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 сравнения