ПОЛИМЕРЫ

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 Јnp 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.