- •1 Физико-химические основы материаловедения 5
- •2 Проводниковые материалы 39
- •3 Полупроводниковые материалы 114
- •4 Диэлектрические материалы 136
- •5 Магнитные материалы 188
- •Введение
- •1 Физико-химические основы материаловедения
- •1 .1 Общие сведения о строении вещества
- •1.1.1 Типы химических связей
- •1.1.2 Агрегатные состояния вещества
- •1.1.3 Кристаллическое строение вещества
- •1.1.4 Анизотропия кристаллов. Индексы Миллера
- •1.1.5 Процесс кристаллизации веществ
- •1.1.6 Полиморфизм (аллотропия)
- •1.1.7 Виды дефектов в кристаллах
- •1.1.8 Влияние термической обработки на структуру свойства материалов
- •1.1.9 Влияние пластической деформации на структурные свойства материалов
- •1.2 Основные cbeдения о сплавах
- •1.2.1 Понятие о сплавах
- •1.2.2 Диаграммы состояния двойных сплавов
- •1.2.3 Диаграмма "состав-свойство"
- •1.2.4 Диаграмма состояния сплавов железо-углерод.
- •1.3.Основные свойства и параметры материалов.
- •1.3.1 Механические и технологические свойства материалов и методы их определения
- •1.3.1.1 Определение твердости металлов и сплавов
- •1.3.2 Тепловые характеристики
- •1.3.3 Физико-химические характеристики
- •1.3.4 Электрофизические характеристики
- •1.3.5 Зонная структура твердых тел
- •2 Проводниковые материалы
- •2.1 Классификация проводниковых материалов
- •2.2 Электрические свойства проводниковых материалов
- •2.3 Материалы с высокой проводимостью
- •2.3.1 Медь и ее сплавы
- •2.3.2 Алюминий и его сплавы
- •2.3.3 Натрий
- •2.4 Материалы с высоким сопротивлением
- •2.4.1 Проволочные резистивные материалы
- •2.4.2. Пленочные резистивные материалы
- •2.4.3. Материалы для термопар
- •2.5 Проводниковые материалы и сплавы различного применения
- •2.5.1 Благородные металлы
- •2.5.2 Тугоплавкие металлы
- •2.5.3 Ртуть Hg
- •2.5.4. Легкоплавкие металлы
- •2.6 Сверхпроводники и криопроводники
- •2.6.1 Сверхпроводники
- •2.6.2 Криопроводники
- •2.7 Неметаллические проводниковые материалы
- •2.7.1 Материалы для электроугольных изделий
- •2.7.2 Проводящие и резистивные композиционные материалы
- •2.7.3 Контактолы
- •2.8 Материалы для подвижных контактов
- •2.8.1 Материалы для скользящих контактов
- •2.8.2 Материалы для разрывных контактов
- •2.9 Припои
- •2.10 Металлокерамика
- •2.11 Металлические покрытия
- •2.12 Проводниковые изделия
- •2.14 Порошковые конструкционные материалы
- •2.15 Композиционные конструкционные материалы
- •2.16 Металлы и сплавы для элементов конструкции полупроводниковых приборов и микросхем
- •3 Полупроводниковые материалы
- •3.1 Собственная и примесная электропроводность полупроводников
- •3.2 Примеси в полупроводниках
- •3.3 Основные параметры полупроводников
- •3.3.2 Удельное электрическое сопротивление - параметр, характеризующий способность материала проводить электрический ток:
- •3.3.6. Концентрация носителей заряда.
- •3.4 Влияние различных факторов на электропроводность полупроводников
- •3.4.1 Зависимость электропроводности полупроводников от температуры
- •3.4.2 Зависимость электропроводности полупроводников от внешнего электрического поля.
- •3.4.3 Влияние деформации на проводимость полупроводников
- •3.4.4 Влияние света на проводимость полупроводников
- •3.5 Производство полупроводниковых материалов
- •3.5.1. Выращивание монокристаллов кремния по методу Чохральского
- •3.5.2. Зонная плавка кремния и германия
- •3.6 Свойства полупроводниковых материалов и их применение
- •3.6.1 Классификация полупроводниковых материалов
- •3.6.2 Применение полупроводниковых материалов
- •3.6.3 Германий
- •3.6.4 Кремний
- •3.6.5 Карбид кремния
- •3.6.6. Полупроводниковые соединения aiii bv
- •3.6.7. Соединения aiibvi и другие халькогенидные полупроводники
- •4 Диэлектрические материалы
- •4.1 Общие сведения о диэлектриках
- •4.2 Поляризация диэлектриков
- •4.2.1 Электронная поляризация
- •4.2.2 Ионная поляризация
- •4.2.3 Дипольно-релаксационная поляризация
- •4.2.4 Ионно-релаксационная поляризация
- •4.2.5 Самопроизвольная (спонтанная) поляризация
- •4.3 Классификация диэлектриков по виду поляризации
- •4.4 Диэлектрическая проницаемость
- •4.4.1 Зависимость ε от температуры для полярных диэлектриков
- •4.4.2 Зависимость ε от температуры для неполярных диэлектриков
- •4.4.3 Зависимость ε от влажности
- •4.4.4 Зависимость ε от частоты f
- •4.5 Электропроводность диэлектриков
- •4.6 Диэлектрические потери
- •4.6.1 Виды диэлектрических потерь
- •4.7 Пробой диэлектриков
- •4.7.1 Основные понятия пробоя диэлектрика
- •4.7.2 Виды пробоев в диэлектриках
- •4.8 Физико-химические свойства диэлектриков
- •4.8.1 Теплопроводность
- •4.8.2 Химические свойства диэлектриков
- •4.9 Газообразные диэлектрические материалы
- •4.10 Жидкие диэлектрические материалы
- •4.11 Активные диэлектрики
- •4.11.1 Сегнетоэлектрики
- •4.11.2 Пьезоэлектрики
- •4.11.3 Электреты
- •4.11.4 Диэлектрики для оптической генерации
- •4.11.5 Электрооптические материалы
- •4.11 Твердые органические диэлектрики
- •4.11.1 Основные понятия о высокомолекулярных соединениях (полимерах)
- •4.11.2 Пластмассы
- •4.11.3 Компаунды
- •4.11.4 Лаки
- •4.11.5 Эпоксидные смолы
- •4.11.6 Клеи
- •4.12 Твердые неорганические диэлектрики
- •4.12.1 Неорганические стёкла
- •4.12.1.1 Классификация неорганических стекол
- •4.12.1.2 Кварцевое стекло
- •4.12.2 Ситаллы
- •4.12.3 Керамика, свойства, типы, применение
- •4.13 Диэлектрические материалы в микроэлектронике.
- •5 Магнитные материалы
- •5.1 Природа магнетизма
- •5.2 Основные параметры магнитных веществ
- •5.3 Классификация магнитных материалов
- •5.3.1 Слабомагнитные вещества
- •5.3.2 Сильномагнитные вещества
- •5.4 Магнитомягкие материалы
- •5.4.1 Технически чистое железо (низкоуглеродистая сталь)
- •5.4.2 Пермаллои
- •5.4.3 Аморфные магнитные материалы
- •5.4.4 Магнитодиэлектрики
- •5.4.5 Ферриты
- •5.5 Магнитотвёрдые материалы
- •5.5.1 Литые высококоэрцитивные сплавы
- •5.5.3 Магнитотвердые ферриты
- •5.5.4 Сплавы на основе редкоземельных металлов
- •5.5.5 Другие магнитотвердые металлы
- •5.6 Материалы специального назначения
2.7.3 Контактолы
Для получения электрических контактов в радиоэлектронике применяют токопроводящие пасты, клеи, эмали, объединяемые общим названием – контактолы. Они представляют собой композиции на основе эпоксидных и кремнийорганических смол с добавлением порошков металлов с высокой теплоэлектропроводностью. Адгезионные свойства таких композиций определяются связующей основой (смолой), а проводимость достигается применением наполнителей (мелкозернистых порошков металлов). Скорость полимеризации контактолов зависит от состава и количества растворителя. Приготовленный состав хранится при температуре ниже нуля в парах растворителя. Контактолы обладают следующими свойствами: высокая прочность и эластичность; хорошие антикоррозионные свойства; низкая плотность; удельное электрическое сопротивление в 5...100 раз выше, чем у мягких припоев (удельное электрическое сопротивление ρ находится в пределах 1·10-2…6·10-4 Ом·см).
В зависимости от типа металлического наполнителя выделяют контактолы, содержащие серебро, никель, палладий, золото, посеребренный никель и др.
Токопроводящий клей К-3 – пастообразная жидкость стального цвета, которая обладает следующими свойствами: удельное электрическое сопротивление ρ = 0,05 Ом·см; жизнеспособность 24 ч; выдерживает пять термоциклов при изменении температуры от -60 до +120°С; адгезия к алюминию, ковару, никелю и золоту, σсдв =
= 2·106Н/м2.
В состав клея входят лак ПЭ-933 (100 мас. ч.), порошок серебра
(200 мас. ч.).
Используют для крепления кристаллов цифро-знаковых индикаторов к подложкам и основаниям корпусов с обеспечением электрического контакта.
Токопроводящий клей АС-40В – пастообразная жидкость стального цвета, которая обладает следующими свойствами: удельное электрическое сопротивление ρ = 0,01 Ом·см; жизнеспособность 24 ч; выдерживает десять термоциклов при изменении температуры от -60 до +450 °С; адгезия к алюминию, ковару, никелю, σсдв = 2·106 Н/м2; диапазон рабочих температур от -60 до +450°С.
В состав клея входят клей АС-40 (100 мас.ч.), глицидиловый эфир(10...15 мас.ч.), толуол(20 мас.ч.), порошок серебра (200 мас. ч.). Используют для крепления кристаллов цифро-знаковых индикаторов к основанию корпусов с обеспечением электрического контакта.
Токопроводящий клей ЭВТ – пастообразная однородная масса серого цвета, которая обладает следующими свойствами: удельное электрическое сопротивление ρ = 0,005 Ом·см; жизнеспособность в открытом объеме не более 12ч; диапазон рабочих температур от -60 до +200 °С; может выдерживать температуру до 400°С в течение 15 мин; время отверждения при температуре 250°С равно 3 ч; предел прочности при сдвиге для алюминия σсдв = 2,5·106 Н/м2, для меди σсдв = 4·106 Н/м2, для никеля σсдв = 4,5·106 Н/м2; прочность склеивания золоченных поверхностей 3·106 Н/м2.
Используют вместо пайки в сборочных операциях в производстве полупроводниковых приборов и микросхем.
Никельсодержащие контактолы обладают:
- более низким удельным электрическим сопротивлением, чем серебросодержащие клеящие композиции;
- хорошей адгезией к различным материалам (предел прочности при сдвиге σсдв = 2·106 Н/м2);
- низкой жизнеспособностью;
- высокой стабильностью свойств при климатических и механических воздействиях.
Токопроводящий клей КН-1 – жидкая однородная масса черного цвета, которая обладает следующими свойствами: удельное электрическое сопротивление ρ = 0,01 Ом·см; жизнеспособность 30 мин; диапазон рабочих температур от -60 до +120°С; выдерживает три термоцикла при изменении температуры от -60 до +120°С; предел прочности на сдвиг для алюминия, никеля, золота, ковара σсдв = 2· ·106Н/м2.
В состав клея входят эпоксидная смола ЭД-20 (100 мас. ч.), смола ТЭГ-1 (9 мас. ч.), отвердитель (полиэтиленполиамин) (20...30 мас. ч.), порошок никеля (200...300 мас. ч.).
Используется для крепления полупроводниковых кристаллов к диэлектрической подложке с токоведущими дорожками с обеспечением электрического контакта.
Палладийсодержащие контактолы – пасты, которые обладают высоким удельным электрическим сопротивлением ρ = 10...20 мкОм· ·м; высокой стабильностью контактных соединений; хорошей адгезией ко всем металлам и ряду полупроводниковых материалов (σсдв = 4...106 Н/м2).
Контактолы наносятся с помощью дозаторов (шприцев). Это позволяет дозировать количество клеящего состава, что имеет важное значение для обеспечения высокого качества контактного соединения.