4.11.5 Эпоксидные смолы

Эпоксидные смолы – синтетические смолы, содержащие в молекуле эпоксидные группы.

Наиболее распространенные эпоксидные смолы – продукты взаимодействия дефинилолпропана с эпихлоргидрином. Отвержденные эпоксидные смолы отличаются малой усадкой, высокой адгезией, механической прочностью, влагостойкостью, хорошими электроизоляционными свойствами. Применяются в производстве клеев, лаков, пластмасс.

Эпоксидные смолы – в чистом виде термопластичные, жидкие или низкоплавкие материалы. Они легко растворяются во многих органических растворах (ацетоне, толуоле), не растворяются в воде, мало растворимы в спирте. При добавлении в эпоксидную смолу отвердителя эпоксидная смола сравнительно быстро из жидкого состояния переходит в твердое. Отвердитель – ароматические амины, ангидриды кислот. Отвержденные эпоксидные смолы уже будут термореактивным материалом.

Эпоксидные смолы широко применяются для приготовления компонентов токопроводящих клеев (контактолов), используются в электротехнике. На основе эпоксидных смол изготавливают литую изоляцию для высоковольтных приборов.

4.11.6 Клеи

Клеи – полимеры или композиционные материалы на их основе, применяемые для соединения различных материалов. Действие клея основано на образовании между клеем и склеиваемым материалом адгезионной связи. Клеи могут быть жидкие (растворы, эмульсии) и твердыми (в виде пленки, порошка, прутка) которые расплавляются перед употреблением или наносятся на нагретые поверхности.

Клеи широко используются в полупроводниковых приборах в производстве для подсоединения кристаллов с активными и пассивными элементами к токопроводящей и диэлектрической подложке, а так же к основанию или фланцу корпуса прибора.

В зависимости от требований сборочных операций полупроводниковых приборов и ИС клеи делятся на токопроводящие и изолирующие.

К клеям, которые применяются в полупроводниковом производстве, предъявляются, повышенные требования по чистоте исходных материалов, должны обладать высокой адгезией к соединяемым деталям, механической прочностью и надежностью при эксплуатации.

Токопроводящие клеи это композиционные материалы на основе эпоксидных смол с добавлением порошка Ag или Ni. Они представляют собой пастообразные жидкости.

Изолирующий клей представляет собой композицию на основе эпоксидных смол с наполнителем из стекла или кварца.

Широко распространен изолирующий клей БФ, изготавливают его посредством соединения поливинилоацетатного и фенолоформальдегидных смол. Клей БФ обладает большой прочностью, высокой адгезией, его целесообразно применять для склеивания металлов друг с другом, для электроизоляции деталей и в том случае, когда клеевой шов должен быть эластичным, стойким к вибрациям и обладать повышенной нагревостойкостью. Рабочий диапазон -60 - 180 С.

4.12 Твердые неорганические диэлектрики

4.12.1 Неорганические стёкла

Стекла – неорганические термопластичные аморфные вещества, представляющие собой сложные системы различных окислов SiO₂, B₂O₃, P₂O₅, Na₂O, K₂O (щелочные металлы), щелочноземельные (CaO, BaO), ZnO.

Большинство стекол состоят из SiO₂ – это силикатные стекла.

Получение стекол и стеклянных изделий. Сырьем служат следующие материалы: кварцевый песок, сода, известняк, доломит, сульфат натрия, борная кислота, сурик, полевой шпат. Все эти материалы измельчают, отвешивают в нужных соотношениях, тщательно перемешивают, полученную шихту загружают в стекловарочную печь. При нагревании шихта плавится, летучие соединения удаляются, а оставшиеся окислы вступают в химические реакции друг с другом, в результате чего и образуется однородная кашеобразная стекломасса, из которой получают листовое стекло или стеклянные изделия. Стекло получается при быстром охлаждении стекломассы. Горячее стекло, благодаря своей пластичности, легко обрабатывается путем выдувания (баллоны электровакуумных приборов, химическая посуда), путем прессования, отливки и так далее. Нагретые стеклянные части можно приварить друг к другу, а так же к деталям из металла, керамики. Таким образом, из стекла можно получить изделия любой, в том числе и сложной конфигурации.

Изготовленные стеклянные изделия подвергаются отжигу, чтобы снять внутренние механические напряжения, возникающие при остывании. Отжигание состоит в нагреве до достаточно высокой температуры, а затем медленно охлаждают. Особо прочные на удар стеклянные изделия получают путем закалки стекла – это очень быстрое и равномерное охлаждение в потоке воздуха или жидкости.

Стекла подвержены механической обработке в холодном состоянии. Их можно резать алмазом, шлифовать, полировать, сверлить, например, победитовыми или латунными сверлами с применением абразивов.

Можно проводить матирование поверхности стекла путем кратковременных воздействий плавиковой кислоты. Стекло покрывают парафином. Надписи, деление на шкалах наносят процарапыванием штрихов в слое парафина до поверхности стекла и погружением в плавиковую кислоту.

Металлизация стекла – нанесение металла в вакууме; вжиганием Ag и Pt пасты при t t размягчению стекла.

Свойства стекол: зависят от состава стекол.

Наилучшими электроизоляционными свойствами обладает кварцевое стекло, удельное сопротивление стекла резко уменьшается при введении окислов щелочных металлов Na₂O, K₂O.

Окислы тяжелых металлов (бария, Ti, Pb) приводят к значительному увеличению удельного сопротивления стекол. И при высокой температуре у таких стекол электроизоляционные свойства лучше, чем у кварцевого стекла. Поверхностная проводимость зависит от наличия загрязнений поверхности и увеличивается при увеличении загрязнения.

Стекла с большой плотностью имеют более высокие значения ε, что зависит от их состава. Содержания Na₂O повышает ε у силикатных стекол увеличивается при увеличении температуры.

Стекла, содержащие в большом количестве окислы тяжелых металлов (PbO, BaO) отличаются маленьким tgd при нормальных и при повышенных температурах.

При значительном увеличении f tgd у большинства технических стекол увеличивается и только у кварцевого стекла, он практически не изменяется.

Электрическая прочность зависит от однородности поля. В однородном поле электрическая прочность очень велика E_пр = 500 Мв/м. Пробой стекла носит электротепловой характер.

Из изложенного следует, что изменяя химический состав, можно получить различные сорта стекол, которые имеют различные характеристики, что обеспечивает их различное применение.