Технологии изготовления деталей электронных средств

Таблетирование производят без подогрева под давлением 200-400 кг/см2. Длительность цикла прессования изделий из термореактивных пластмасс складывается из времени разогрева материала до температуры его плавления и времени полимеризации (отверждения). Прессматериалы являются плохими проводниками тепла, в связи с чем время разогрева оказывается больше, чем время отверждения. Поэтому при прессовании целесообразно материал перед загрузкой в пресс-форму предварительно подогреть. Такой подогрев позволяет сократить длительность прессования в 2-3 раза.

Кроме того, предварительный подогрев приводит к улучшению физико-механических свойств изделий. При этом удельное давление снижается из-за увеличения текучести материала.

Литьевое прессование.

Литьевым прессованием получают детали сложной конфигурации с различной запрессованной арматурой (разъемы, контактные колодки и гнезда, ручки и т.п.), а также тонкостенные детали. При этом прессуемый материал загружают в обогреваемую камеру предварительно замкнутой пресс-формы. Нагреваясь от стенок загрузочной камеры и приобретая необходимую пластичность, материал под давлением пуансона поступает через литниковый канал в полость пресс-формы и заполняет ее.

Литьевое прессование позволяет получать изделия, как из термопластичных, так и из термореактивных материалов.

Литье под давлением.

Литьем под давлением получают различные детали любой конфигурации (корпуса, стаканы, втулки, колпачки и т.п.). Литье под давлением производится на литьевых автоматах. Это самый распространенный и наиболее выгодный способ переработки термопластов.

Дозировка прессовочного материала, нагрев, нагнетание его в пресс-форму, выдержка, разъем пресс-формы и выталкивание изделий в современных в современных машинах производится автоматически.

Механическая обработка пластмассовых деталей.

Методы механической обработки пластмассовых деталей используют для следующих целей удаления облоя, литников, снятия фасок по месту разъема формы, выполнение отдельных элементов детали, которые трудно получить методом литья или прессования, повышения точности размеров и качества поверхности отдельных элементов детали.

Применяются все методы механической обработки пластмассовых деталей. При обработке термопластов используют лезвийные инструменты, из любых инструментальных материалов, а при обработке реактопластов - преимущественно абразивные лезвийные из сверхтвердых материалов, поскольку реактопласты, наполненные стекловолокном или кварцевой мукой, вызывают повышенный износ обточных инструментальных материалов.

Характерным препятствием для производительной обработки резанием является низкая теплопроводность пластмасс, вызывающая местный разогрев пластмассы в зоне обработки и приводящая к различным негативным явлениям. Например, при сверлении коммутационных отверстий в многослойных печатных платах, разогретая пластмасса обволакивает срезы фольги, выходящие в отверстие и затрудняет получение электрической коммутации между слоями платы.

При сверлении различных монтажных отверстий в пластмассовых деталях их размер нередко получается уменьшенным по сравнению с размерами сверла и это необходимо учитывать. При обработке армированных пластмасс, обладающих анизотропной прочностью, под действием усилий резания может произойти расслоение материала.

9. Изготовление деталей ЭС из керамических и металлокерамических материалов

Детали и узлы из керамики широко применяются в РЭА благодаря их возможности выдерживать высокие температуры, высокой механической прочности, стабильности свойств при изменении температуры, влажности, давления и длительной эксплуатации, а также незначительных диэлектрических потерях на высоких частотах.

Керамические материалы - это материалы, полученные спеканием порошкообразных материалов и других неорганических соединений при высоких (1473-1873°К) в твердой фазе.

Из керамических изготавливают твердые изоляционные основания плат в микромодулях и в микросхемах, элементы корпусной защиты микросхем, а так же каркасы катушек и другие радиодетали. Основой керамического материала является глинозем (Al2O4).

Металлокерамика - это материалы и детали, изготавливаемые преимущественно из металлических порошков методами керамической технологии. Подбором состава керамического порошка с добавлением окислов металлов и металлических химических соединений получают уникальные свойства металлокерамических деталей стабильные магнитные свойства, дугостойкость, износостойкость, высокую твердость. Процессы создания металлокерамических деталей относят к порошковой металлургии.

Различают глинистую, например, радиофарфор, ультрафарфор и безглинистую керамику, например, алюминоксид, радиостеатит. Глину добавляют для создания пластичности керамической массы. Для обеспечения пластичности в безглинистую керамику добавляют органическую связку, которая выгорает при обжиге изделия.

Применяемые материалы и их характеристики

Керамические материалы можно разделить на 4 группы: установочная, конденсаторная, вакуумная и сегнетокерамика.

Установочная радиокерамика имеет высокую механическую прочность и применяется для изготовления изоляторов, каркасов катушек индуктивности, плат, ламповых панелей, герметичных корпусов, оснований для печатных схем и т.д. К этому виду керамики относится радиофарфор, ультрафарфор, поликор, 22ХС.

Конденсаторная керамика имеет высокую диэлектрическую проницаемость и применяется для изготовления высокочастотных конденсаторов низкого и высокого напряжения и подложек СВЧ схем. Основным компонентом конденсаторной керамики является двуокись титана или циркония.

Вакуумная керамика используется для газонепроницаемых корпусов, проходных изоляторов, внутриламповых деталей (алунд, ультрафарфор).

Сегнетокерамика обладает сверхвысокой диэлектрической проницаемостью и используется для изготовления миниатюрных конденсаторов большой емкости. Основными компонентами этой керамики являются твердые растворы титанатов бария, стронция, кальция и свинца.

Технологические процессы

Структура ТП изготовления керамических деталей в первую очередь зависит от рецептурного состава керамического материала, выбранного из условий наиболее полного удовлетворения технических требований, предъявляемых к деталям, и экономичности ее изготовления.

Основные элементы структуры ТП следующие

приготовление технологической керамической массы

формообразование

низкотемпературный обжиг для удаления технологической связки (1173-1273 К)

высокотемпературный обжиг (1373-1773 К), формирующий основные физические свойства керамических деталей

глазурование;

доработка деталей с целью формирования специфических физических свойств, геометрии и размеров детали

Точность металлокерамических деталей после спекания не превышает 10-12 квалитета. После доработки калибровкой точность может быть повышена до 8-9 квалитета, а шероховатость снижена с Rа -2,5 до Rа -0,63 мкм.

Подготовка керамического сырья. Основой керамической технологии является приготовление керамической массы в виде однородной смеси тонкодисперсных сырьевых компонентов. Такая смесь изготавливается смешением тонкодисперсных сырьевых компонентов или одновременным тонким измельчением и смешением сравнительно крупнозернистых компонентов в шаровых мельницах периодического действия.

Тонкий (мокрый) помол обычно длится 15-30 ч. Смесь материалов, полученная в шаровых мельницах, называется шликером. Шликер подвергают магнитной сепарации, пропускают через вибрационное сито (900 -1600 отв./см2) для отделения механических включений и сливают в бак с вертикальной пропеллерной мешалкой, в которой проводится непрерывное перемешивание шликера для предотвращения его расслаивания

Формование полуфабриката. Способ формования керамических полуфабрикатов определяется конструкцией детали, составом керамического сырья и размером партии деталей.

Сухое прессование. Сухим прессованием изготовляют относительно небольшие плоские детали, имеющие незначительные выступы и углубления, с большой точностью размеров. Процесс поддается автоматизации и может быть использован в крупносерийном производстве.

Для сухого прессования коржи керамической массы высушивают в сушильных шкафах или токами высокой частоты, до получения веса, установленного по ТУ, а затем размалывают в дезинтеграторах. В порошок добавляют связку - 6% воды или 7-10% парафина или 15% водного раствора поливинилового спирта. Массу формуют в металлических пресс-формах на гидравлических или пневматических прессах или специальных пресс-автоматах.

Большая плотность заготовки, полученной при сухом прессовании, обеспечивает большую точность деталей. Допуск на размеры керамической радиодетали при этом методе принимают равным мм, где - размер детали. При этом необходимо учитывать коэффициент усадки, который определяется опытным путем.

Выдавливание через мундштук. Этот способ применяется для получения керамических деталей удлиненной формы - трубок, стержней, колодок, каркасов катушек индуктивности.

Керамическая масса для выдавливания через мундштук должна содержать от 20 до 40% влаги, кроме того, в нее добавляют декстрин или тунговое масло. Тонкие стержни и тонкостенные трубки выдавливают на вертикальных мундштучных прессах, стержни большого диаметра - на горизонтальных прессах с механическим, гидравлическим или пневматическим приводом. Из мундштука полуфабрикат попадает в электросушилку, где слегка подсушивается, затем его укладывают на деревянный лоток, откуда полуфабрикат поступает на сушку и обжиг.

Горячее литье под давлением. Литьем под давлением получают небольшие керамические детали точных размеров и сложной конфигурации в массовом производстве.

При горячем литье под давлением уменьшается расход массы. Литье под давлением заключается в заполнении металлической формы литейным шликером при определенных температурах их нагрева и необходимом давлении; выдержки формы под давлением в течение времени, требуемого для охлаждения шликера, и извлечения отливки из формы.

Сушка и пропитка заготовок. Сушка - это процесс удаления влаги и летучих компонентов из керамических шликеров, формовочных полуфабрикатов и заготовок. Эта операция представляет один из наиболее трудных и ответственных этапов технологического процесса изготовления керамических изделий, от которого в значительной степени зависит качество выпускаемой продукции.

Керамические массы и заготовки сушат в печах периодического и непрерывного действия одним из следующих способов: конвективным, термоконтактным, радиационным, высокочастотным и электроконтактным.

При конвективном способе тепло, необходимое для испарения влаги, передается газообразным теплоносителем, обычно сухим воздухом.

При термоконтактном способе тепло передается заготовке от соприкасающейся с ними поверхности.

При радиационном способе сушки изделие нагревается инфракрасными лучами от электрических ламп или специальных излучателей.

При высокочастотном способе нагрев заготовок, помещенных в поле высокой частоты (для керамики не ниже 5 МГц) осуществляется за счет диэлектрических потерь.

При электроконтактном способе сушки, основанном на электропроводности влажных керамических заготовок, тепло выделяется непосредственно в заготовке при пропускании через нее переменного тока промышленной частоты.

Высушенные керамические заготовки пропитывают парафином (кроме изделий, полученных горячим литьем, т.к. они содержат парафин в качестве связующего литейной массы). При этом парафин расплавляют в ванне до температуры 90 - 100єС. Заготовки перед погружением в парафин нагревают до температуры 70 -80єС. Продолжительность пропитки зависит от толщины заготовки и составляет 1 - 6 часов. Заготовки, пропитанные парафином, можно долго хранить на складе, т.к. они влагу не поглощают.

Обжиг. Обжиг проводится для обеспечения необходимой механической прочности в результате спекания керамической массы.

Обжиг проводится в два этапа: предварительный и окончательный.

Предварительный обжиг проводится при температуре 800 -1000єС без спекания керамической массы. При этом происходит выгорание органических веществ.

После предварительного обжига заготовки поступают на окончательный обжиг. Иногда между этими операциями проводят механическую обработку заготовок.

Окончательный обжиг. Во время этой операции происходит усадка материала, и заготовки керамических изделий приобретают окончательные размеры. Для каждого состава керамической массы режимы различных стадий окончательного обжига подбирают опытным путем.

Сначала температуру повышают с заданной скоростью для удаления связанной воды до некоторой максимальной температуры (1270 - 1750єС) с последующей выдержкой. На этой стадии обжига часть компонентов керамической массы расплавляется и пропитывает всю массу заготовки, в результате чего в ней происходят реакции растворения и образования новых соединений. Точность поддержания температуры ± 15єС, т.к. при превышении температуры заготовки могут расплавиться или покоробиться, а при недостаточной температуре спекание неполное и могут появляться поры.

Затем заготовки охлаждают также с определенной скоростью, чтобы они не растрескались.

Обжиг заготовок проводится в газовой среде определенного состава в зависимости от типа керамики.

Качество обожженных заготовок контролируется измерением тангенса угла диэлектрических потерь, после выдержки во влажной среде. Увеличение потерь свидетельствует о повышенной пористости детали.

Глазурование. Для защиты поверхности керамических деталей от загрязнения, повышения поверхностного сопротивления, получения красивого внешнего вида, а также для склеивания отдельных конструктивных элементов применяется глазурование.

Глазури получают из высокодисперсных порошковых материалов, близких по составу к керамическим массам, с добавлением керамических составляющих.

Механическая обработка обожженных керамических заготовок. В случае необходимости изготавливать точные керамические детали или сопрягать их с точными металлическими деталями (по 2-му - 3-му классам) возникает необходимость в механической обработке путем шлифования порошковым абразивом из корунда, карбида бора и т.п. Шлифуют плоскости, цилиндрические и сферические поверхности. Кроме того, заготовки иногда разрезают или сверлят в них отверстия различной формы.

10. Технология изготовления контактных и упругих элементов

Контактами называют токоведущие детали устройств, обеспечивающих коммутацию электрических цепей. По условию работы контакты подразделяют на высокочастотные, слаботочные и сильноточные. Контакты работают попарно, а их соприкасающиеся поверхности оформляют в виде цилиндров, плоскостей и сферы.

Слаботочные контакты для токов от долей до единиц ампер изготовляют обычно из благородных и тугоплавких металлов, преимущественно из серебра, платины, палладия, золота, вольфрама и сплавов на их основе типа твёрдых растворов, в том числе дисперсионно-твердеющих и диффузионно-окисленных. Например, контактный сплав СрМ960 состоит из 96% серебра и 4% меди. Он имеет удельное сопротивление 0,018 мкОмм. Основными эксплуатационным параметрами контактов являются: переходное сопротивление (обычно 0,01 - 0,03 Ом), ёмкость между контактами (для высокочастотных узлов должна быть не более 1 - 2 пФ), срок службы, который оценивается числом переключений и составляет от нескольких тысяч до нескольких миллионов переключений.

Сильноточные контакты для токов от единиц до сотен ампер используются в электромеханических и других устройствах. Их изготавливают из спечённых псевдосплавов, состоящих из двух и более компонентов, из которых один обладает значительно большей тугоплавкостью, другой большей электро- и теплопроводностью. Тугоплавкие компоненты из окиси кадмия, никеля, вольфрама повышают износостойкость, термическую стойкость и препятствуют свариванию контактов друг с другом. В качестве электропроводного компонента используют серебро или медь. Например, контактный материал КМК-А10м состоит из 85% серебра и 15% окиси кобальта и имеет удельное сопротивление 0,028 мкОмм, а материал СВ50Н2 - из 48% серебра, 50% вольфрама и 2% никеля и имеет удельное сопротивление 0,041 мкОмм.

Технология достижения заданных физических свойств контактных и упругих элементов.

В коммутационных устройствах различной аппаратуры надёжный электрический контакт обеспечивается, если контактные детали имеют хорошую электропроводность, теплопроводность, износоустойчивость и коррозионную стойкость. Эти характеристики контактов обеспечивают выбором материала и ТП их изготовления. При малых разрывных токах, для изготовления контактов применяют серебро, так как контакты из серебра имеют малое переходное сопротивление, почти не изменяющееся в процессе эксплуатации. При большой частоте разрыва цепей с малыми токами используют дугостойкие и износостойкие контакты из вольфрама, палладия, платины и их сплавов. Для сложных условий эксплуатации применяют золото, платину, палладий, родий, иридий и их сплавы.

Следует особо отметить, что при изготовлении контактов их поверхность, размыкающая электрическую цепь, должна обладать коррозионной и электроэрозионной стойкостью. При изготовлении контактов для экономии драгоценных и дефицитных материалов применяют накладки из этих материалов, а остальную часть контакта выполняют из более дешёвого материала, например, из меди или латуни.

Пружины (винтовые цилиндрические, спиральные и плоские) должны иметь требуемую зависимость осевой силы от деформации, стабильную характеристику в рабочем диапазоне температур и во времени, быть коррозионно-стойкими и т.д. Эти характеристики обеспечиваются выбором материала и ТП изготовления пружины. Материалы для изготовления пружин разделяют на три основные группы (табл. 2). В первой группе цикл термической обработки осуществляется до формирования пружины. Требуемые упругие свойства обеспечиваются нагартовкой материала. Во второй группе требуемые упругие свойства обеспечиваются закалкой и отпуском после формирования пружины. В третьей группе упругие свойства создаются за счёт дисперсионного твердения, выполняемого после формирования пружины.

Таблица 2

Группа сплавов	Основные марки материалов	Основные этапы ТП
1	Бр0Ф6,5-0,4; Бр0Ф4-0,25; Л63; Л68; Л80; МНЦ-15 - 20	Отжиг Формование
2	У8А, У10А, 65Г, 40Х13, 51ХФА, 60С2А, 65С2ВА	Отжиг Формование Закалка Отпуск
3	БрБ2, БрБ2,5, БрБНТ1,7,БрБНТ1,9, Н36Х11, Н36ХТЮМ5, Н43ХТ, Н36ХТЮМ5,Н43ХТ, МНМц 20-20, 40КНХМ, Н14ХТ	Закалка Формование Дисперсионное твердение

Спиральные пружины, работающие при статической нагрузке в условиях длительного нагружения, изготовляют из высококачественной углеродистой стали, например У8А, обладающей большой прочностью и стабильностью. Исходным материалом служит нагартованная или термически обработанная лента. Бронзы и латуни применяют в тех случаях, когда нецелесообразно использовать сталь, например в магнитных полях, в агрессивных средах и т.д. Часто для изготовления пружин применяют термически обработанные материалы, которые после формования подвергают только низкотемпературному отпуску для снятия внутренних напряжений.



11. Защитные покрытия

Общие сведения, классификация покрытий

Все покрытия независимо от их назначения должны иметь прочное сцепление с изделиями, на которые оно наносится.

По основному назначению покрытия разделяют на защитные, защитно-декоративные и специальные покрытия.

Защитные покрытия служат для предотвращения коррозии металла деталей в условиях эксплуатации.

Защитно-декоративные покрытия наносят на детали, требующие декоративной отделки при одновременной защите их от коррозии.

Специальные покрытия предназначаются для придания поверхности деталей особых свойств или защиты металла от воздействия особых сред, например: серебрение, применяют для повышения электропроводности поверхности, хромирование - для повышения твердости и т.д.

По способу нанесения различают покрытия металлические негальванические, неметаллические химические, металлические и неметаллические гальванические и лакокрасочные.

Подготовка поверхности перед нанесением покрытий

Для обеспечения хорошей адгезии покрытия к поверхности детали перед нанесением покрытия проводится тщательная подготовка поверхности. Очистку и подготовку поверхности осуществляют механическим, химическим, электрохимическим и ультразвуковым способами.

Механические способы подготовки поверхности. Механическая обработка поверхности применяется для удаления окалины, ржавчины, старой краски, царапин и т.д. Для этого поверхность детали подвергают пескоструйной обработкой, крацеванию, галтовке, шлифованию, полированию.

Пескоструйную очистку применяют для удаления, например окалины, шлаковых и других включений с поверхности, например, литых деталей.

Гидропескоструйную очистку производят струей смеси песка с водой, подаваемой с большой скоростью из специального аппарата через сопло под давлением сжатого воздуха около 4 ат и выше.

Крацевание - обработка поверхности изделия вращающимися щетками из стальной, латунной или медной проволоки диаметром 0,2 - 0,4 мм. Крацевание применяют для удаления заусенцев, окислов, остатков жировых загрязнений, и др. дефектов поверхности. Крацевание обычно проводится мокрым способом с применением, например, 5% раствора соды, мыльной воды, и т.д.

Галтовка - проводится обработка изделий в барабанах. Детали загружают во вращающийся барабан, где они трутся и царапают друг друга краями. При этом удаляются грубые неровности, заусенцы, поверхность деталей очищается от ржавчины и окалины. Иногда в барабан добавляют, куски железа, стекло, наждак и т.д.

Для ускорения галтовки в барабан вводят жидкую среду, например, слабый раствор кислоты или щелочи.

Очень хорошие результаты дает полирование мелких изделий шариками из закаленной стали.

Шлифование - процесс обработки материалов, при котором острые грани мелких зерен абразивного материала снимают с обрабатываемого материала очень тонкую стружку, обеспечивая сравнительно гладкую и ровную поверхность. Шлифование осуществляют на станках абразивными кругами.

Полирование - обработка материалов с целью удаления мельчайших неровностей с поверхности детали и придания ей зеркального блеска. Полирование проводится на станках кругами из полотна, фетра, замши. Для полирования применяют более мелкие абразивные материалы, чем для шлифования, которые наносят на круги во время работы.

Химическая и электрохимическая обработка поверхности. К химическим и электрохимическим видам обработки поверхностей относятся обезжиривание, травление и декапирование.

При химическом обезжиривании применяют растворы щелочей, щелочных солей и органические растворители.

При электрохимическом обезжиривании обезжиривание производится в щелочном растворе на катоде или на аноде. Эффективность этого способа может во много раз превышать эффективность химических способов очистки.

Травление - это процесс удаления окислов с поверхности металлов путем обработки изделий в растворе кислот и кислых солей или щелочей. Травление производится как химическим, так и электрохимическим способом. Перед травлением поверхность должна быть обезжирена.

Декапирование - один из видов химической обработки, который производится непосредственно перед погружением изделий в гальванические ванны. Эта операция необходима, прежде всего, для быстрого удаления тонкого слоя окисла с поверхности очищенных изделий при их транспортировании или во время хранения. Для химического декапирования применяют более слабые растворы, чем для травления.

Ультразвуковая очистка. Ультразвуковая очистка заключается в возбуждении жидкости энергией звуковых колебаний высокой частоты с помощью магнитострикционных и других вибраторов. При этом происходит так называемая кавитация - захлопывание» пузырьков газа, образующихся при периодическом сжатии и расширении жидкости под действием знакопеременного давления.

Как правило, кавитация сопровождается разрушением поверхности твердого тела, находящегося в жидкости, и сопровождается отрывом прилипших к поверхности изделия частиц загрязнений, а также разрушением окислов.

При низких ультразвуковых частотах преобладает механическое действие кавитационных ударов, химическое действие растворителя на загрязнения усиливаются интенсивным движением жидкости.

При высоких частотах важную роль играет повышение температуры в поверхностном слое благодаря поглощению энергии ультразвуковых колебаний и превращению их в тепло.

Ультразвуковая очистка проводится в водных растворах солей, органических растворителях, щелочных и кислотных растворах.

Металлические негальванические покрытия

При производстве радиоаппаратуры применяют вакуумное испарение, магнетронное распыление, горячее распыление, горячую металлизацию

Вакуумное испарение. Вакуумное испарение - способ нанесения на поверхность изделия тонкой металлической пленки путем конденсации паров металла, испаряемого нагревом металлической навески до высокой температуры в вакууме.

Этот метод широко применяется в технологии тонкопленочных НЧ и СВЧ ГИС, а также при изготовлении металлизации в п/п ИС.

Перед нанесением покрытий поверхность изделия тщательно очищают.

Недостаток метода - низкий коэффициент использования материала.

Магнетронное распыление. Один из самых современных методов получения металлических пленок с высокой адгезией к поверхности.

Действие магнетронного распылителя основано на распылении материала мишени - катода при его бомбардировке ионами рабочего газа, образующими в плазме аномального тлеющего разряда.

Наиболее широко применяют планарные магнетроны.



Рис. 4 Схема планарной магнетронной распылительной системы: 1 - вакуумная камера; 2 - основание; 3 - трубопровод водяного охлаждения; 4 - клемма; 5 - корпус; 6 - постоянные магниты; 7 - вакуумная камера; 8 - анод; 9 - зона эрозии; 10 - катод-мишень.

Мишень - катод 10 из распыляемого материала охлаждается проточной водой, поступающей по трубопроводу 3. На катод подается постоянное напряжение (300 - 800 В) через клемму 4 от источника питания; под катодом расположена магнитная система, состоящая из центрального и периферийных постоянных магнитов 6, расположенных на основании из магнитомягкого материала. Все элементы смонтированы на корпусе 5, присоединенном к вакуумной камере 1, 7 изолирующими вакуум-плотными прокладками.

Основные режимы напыления: напряжение и сила тока разряда, давление рабочего газа, магнитная индукция.

Преимущество этого способа, по сравнению со способом испарения в вакууме, высокая скорость напыления пленки, воспроизведение состава распыляемого материала и более высокая адгезия пленки.

Горячее распыление. Расплавленный металл распыляется сжатым воздухом и осаждается на поверхности изделия. Посредством горячего распыления на поверхность любого материала можно нанести любое металлическое покрытие.

Покрытие наносят распылительным пистолетом. Ствол пистолета состоит из трех металлических трубок, вставленных одна в другую. По трубке меньшего диаметра подается проволока из металла, который используется для образования покрытия. По трубке среднего диаметра подается горючая смесь газов: водорода и кислорода или ацетилена и кислорода. Между наружной стенкой средней трубки и корпусом ствола, который представляет третью трубку самого большого диаметра, подается под давлением азот или углекислый газ. На конце корпуса ствола укреплена насадка с отверстием, через которое разбрызгивается расплавленный металл.

Горячая металлизация. Горячая металлизация применяется нанесения покрытия на металлические изделия. Этим способом проводят горячее лужение и цинкование путем погружения в расплавленный металл после предварительной тщательной очистки его поверхностей от окислов и загрязнений.

Неметаллические химические покрытия

Из химических способов покрытия поверхности наиболее распространены оксидирование, фосфатирование и антикоррозионное азотирование.

Оксидирование - процесс создания окисной пленки исходного металла на поверхности деталей. Химическое оксидирование - один из способов защиты от коррозии деталей из стали, меди алюминия и их сплавов.

Оксидирование проводят в щелочных и кислотных растворах при повышенной температуре.

Фосфатирование - химический процесс образования на поверхности деталей пленки фосфатов. Для фосфатирования применяют главным образом растворы фосфорных солей марганца, цинка и железа и раствор фосфорной кислоты с добавками.

Полученные пленки имеют шероховатую поверхность, являются хорошим грунтом для лаков и красок.

Азотирование - состоит в насыщении поверхности стальных деталей азотом в потоке аммиака при температуре 500 - 600єС с образованием нитридов. Азотированию подвергают детали из малоуглеродистых сталей, работающих в средних и жестких условиях эксплуатации (например, оси под посадку шарикоподшипников, зубчатые колеса, втулки, муфты и т.д.).

Металлические и неметаллические гальванические покрытия

При выборе способа защиты металлических деталей от коррозии путем нанесения гальванических покрытий из других металлов исходят из электрохимических свойств металла в данной среде. Одним из этих свойств является способность металла с определенной силой переходить в раствор в указанной среде. Эта сила характеризуется электрохимическим потенциалом в вольтах.

Величина электрохимического потенциала для различных металлов в водной среде при pH =6:

Золото +0,306; Серебро +0,194; Титан +0,181; Латунь +0,145; Медь +0,140; Бронза БрБ2 0,140; Никель 99,6 +0,118; Алюминий 99,5 -0,169; Олово анодное -0,175; Олово 98 -0,275; Свинец 99,9 - 0,283; Кадмий - 0,574; Цинк, 100 мкм -0,807.

Из двух металлов, находящихся в контакте, более интенсивно будет коррозировать тот, у которого более отрицательный потенциал.

Для предотвращения контактной коррозии необходим надлежащий подбор пары металл - покрытие создающей минимальную разность потенциалов или надежную герметизацию зоны контакта полимерными покрытиями.

Гальваническое покрытие называется анодным, если в данной среде электрохимический потенциал металла покрытия является более отрицательным, чем потенциал металла детали. В этом случае покрытие будет защищать металл детали даже в случае нарушения целостности покрытия.

Гальваническое покрытие называется катодным, если в данной среде электрохимический потенциал металла покрытия является более положительным, чем потенциал металла детали. При нарушении целостности покрытия в этом случае будет разрушаться материал детали.

В зависимости от материала покрытия различают цинкование, кадмирование, меднение, никелирование, хромирование, покрытие сплавом олово-свинец, серебрение и золочение.

Цинкование типичное анодное покрытие, применяемое для защиты черных металлов.

Кадмирование также применяется для защиты черных металлов, но в химическом отношении более стоек, чем цинк и его применяют для покрытия резьбовых деталей.

Высокая стоимость и дефицитность кадмия ограничивает его использование.

Меднение как самостоятельный вид покрытия не применяется, так как медь легко окисляется. Медное покрытие (3-25 мкм) используется в качестве подслоя перед нанесением никеля, хрома, олова, серебра и золота, а также для покрытия деталей из черных металлов перед пайкой, лужением или сваркой.

Никелирование дает покрытия, обладающие высокой твердостью и применяют главным образом как защитно-декоративные. На воздухе никелевое покрытие изменяется незначительно, тем не менее, оно не имеет особых преимуществ по сравнению с цинковым или другими покрытиями. Поэтому в радиоаппаратуре никелирование следует применять только для деталей, находящихся снаружи (например, на лицевых панелях), где требуются декоративно-защитные покрытия.

Хромирование используют для защиты от коррозии стальных, медных, алюминиевых деталей и никеля, а также для повышения отражательной способности поверхностей деталей, износоустойчивости, жаростойкости и твердости. Хромовые покрытия обладают высокой стойкостью при работе на трение, хорошо полируются и не тускнеют при нагревании до 300єС. Однако они имеют трещины и поры, поэтому требуют наличия подслоя из меди или никеля, без которого они не могут надежно защищать стальные детали от коррозии.

Покрытие сплавами олово-свинец (электролитическое лужение) применяется для защиты деталей из стали, меди и ее сплавов от коррозии, а также для подготовке поверхности к пайке. Луженые покрытия хорошо противостоят воздействию паров серы. Электролитические покрытия из сплавов олово-свинец обладают хорошим сцеплением с металлом детали, выдерживают изгибы и вытяжку.

Серебрение и золочение применяют лишь в случаях, когда никакие другие покрытия не удовлетворяют требованиям к антикоррозионной защите деталей; серебрение используют также для повышения электропроводности поверхностных слоев токоведущих деталей и элементов радиоаппаратуры (например, СВЧ волноводов), а золочение - для электрических контактов, где недопустимо повышение или изменение переходного сопротивления. Для повышения твердости золотого покрытия применяют золочение с добавкой 0,17% никеля. Однако следует учесть, что незначительные добавки никеля могут существенно уменьшить электропроводность. Эти покрытия наносятся, например, на медь, ее сплавы. Серебро легко реагирует с сернистыми соединениями, поэтому рядом с такими деталями нельзя размещать детали из эбонита, содержащие серу.

Из числа неметаллических гальванических покрытий, в производстве РЭА широко применяют анодирование (электрохимическое оксидирование) и фосфатное электрохимическое оксидирование алюминия.

Оксидные пленки, полученные анодированием, надежно защищают алюминий от коррозии, хорошо адсорбируют красители при окрашивании деталей в различные цвета в декоративных целях. Оксидные пленки на алюминии отличаются большой твердостью и хорошо сопротивляются износу при трении; пленки имеют высокие электроизоляционные свойства.

Алюминиевые детали, работающие в тяжелых климатических условиях, следует после анодирования покрывать особо стойкими эмалями. Твердость закрепленной красителями пленки достигает твердости хромового покрытия. К анодированным поверхностям нельзя производить соединения пайкой, электрической сваркой без предварительного удаления с них оксидного слоя.

Фосфатное оксидирование алюминия и его сплавов осуществляется в электролите, в состав которого входит фосфорная кислота, хромовый ангидрид и фтористый натрий. При этом образуется пленка серо-зеленого цвета толщиной 5-7 мкм, обладающая высокими антикоррозионными свойствами.

Лакокрасочные покрытия

Лакокрасочные покрытия представляют собой пленку лака или краски, нанесенную в один или несколько слоев на поверхность детали и высушенную при определенном режиме. Основой лакокрасочного покрытия является органическое пленкообразующее вещество и пигмент. Эти покрытия в большинстве случаев более удобны для нанесения, выгоднее по стоимости работ и часто более долговечны, чем металлические или другие виды покрытий. Лакокрасочные покрытия обладают высокими антикоррозионными свойствами и их можно наносить на большие поверхности.

Лакокрасочные покрытия не применяют для деталей подвергаемых значительным механическим воздействиям (вибрациям, изгибам и т.п.), имеющих поверхности трения и скольжения, нагреваемые до температуры выше 250єС или имеющие точные посадочные размеры.

Для повышения качества покрытия необходимо правильно выбрать материал для грунтования и количество слоев.

Для правильного выбора покрытия конструктор должен знать условия эксплуатации.



12. Герметизация ЭС

Способы герметизации и технологические требования, предъявляемые к качеству

ЭС эксплуатируются в различных климатических условиях и на надежность их работы оказывают влияние такие параметры окружающей среды, как температура, влажность, наличие микроорганизмов, пыли, радиации. Под действием температуры происходит деструкция изоляционных материалов, которая сопровождается снижением физико-механических характеристик, выделением веществ, увеличением жесткости и хрупкости, а так же усиливается влияние других факторов.

Влага, содержащаяся в среде, проникает в микроскопические и субмикроскопические поры материалов и заметно ухудшает их свойства вызывает возрастание диэлектрических потерь, возрастание паразитных емкостей, снижение сопротивления изоляции, снижение магнитных характеристик. при продолжительном воздействии, это приводит к нарушению работы электрических цепей.

Нарушение работы электрических цепей связано с тем, что молекулы воды обладают способностью растворять в себе углекислый газ, сернистые и другие соединения, вызывая химическую и электрохимическую коррозию металлических слоев. Существенный вклад в эти процессы вносят микроорганизмы (плесневые грибы, бактерии), которые выделяют продукты обмена, состоящие преимущественно из различного вида органических кислот.

Находящаяся в атмосфере пыль легко распространяется в пространстве, оседает на поверхности материалов ЭС и проникает внутрь изделия через не плотные соединения. Она адсорбирует влагу, служит сборником органических веществ, которые ускоряют коррозию металлов.

Влияние солнечной радиации заключается в воздействии теплового и ультрафиолетового излучения, приводящих к окислению и химическому разложению полимеров и изменению электрических свойств материалов.

Для защиты ЭС от климатических воздействий широко применяется герметизация отдельных элементов сборочных единиц и всего изделия в целом. Она позволяет стабилизировать процессы, происходящие на поверхности или в объеме изделий, а, следовательно, и его параметры при изменении состояния окружающей среды.

Все методы герметизации можно условно разделить на две группы

бескорпусную герметизацию

корпусную герметизацию.

К первой группе относится: пропитка, обволакивание, пассивирование. Ко второй - герметизация изделий в корпусах из неорганических материалов, литьевым прессованием, заливкой и капсулированием.

В независимости от метода герметизации, для обеспечения качества и эффективности процессов необходимо выполнять следующие условия

перед влагозащитой тщательно очистить изделия от всех видов загрязнений и полностью удалить присутствующую в них влагу

при выборе материалов предпочтение следует отдавать химически чистым материалам с низким значением влагопроницаемости и высокой нагревостойкостью, в которых отсутствуют релаксационные процессы образования поверхностных зарядов

температурные коэффициенты линейного расширения герметизирующих материалов, материалов корпусов и электрических выводов должны быть максимально сближены

режим отверждения герметичных материалов необходимо выбирать в зависимости от температуры эксплуатации изготовленных изделий с учетом нагревостойкости применяемых материалов и предельно допустимой температуры ЭРЭ

остаточные напряжения не должны превышать прочности на разрыв герметизирующего материала изделия чувствительные к механическим усилиям, возникающих при отвердении, рекомендуется покрывать демпфирующим слоем из эластичного материала

в процессе эксплуатации герметизированных изделий должен быть обеспечен нормальный температурный режим

процессы приготовления герметизирующих смесей не должны загрязнять исходные материалы, а используемые растворители должны быть удалены при полимеризации.

Выбор оптимального ТП герметизации ЭС зависит от степени устойчивости изделия влиянию климатических факторов, от условий эксплуатации изделия, а так же от экономических факторов.

Материалы, применяемые для герметизации

В промышленности разработано огромное количество герметизирующих материалов, сведения о которых можно найти в отраслевых стандартах и специальной литературе.

Герметизирующие материалы должны обладать приемлемыми технологическими свойствами, к которым относятся скорость отверждения, возможность полимеризации при пониженной температуре без применения внешнего давления, отсутствие усадки и летучих веществ, длительная жизнеспособность, не токсичность.

Основную часть материалов, использующихся для герметизации, составляют органические полимеры и композиции на их основе термопластичные и термореактивные. Они характеризуются доступностью сырья, простотой переработки, широким диапазоном свойств, возможностью автоматизации ТП, экономичностью. К числу наиболее важных термопластичных материалов относятся полиэтилен, полистирол, фторопласты, полиамиды, которые обладают высокими диэлектрическими и механическими свойствами.

Термореактивные материалы имеют более высокую нагревостойкость по сравнению с термопластичными и находят широкое применение при герметизации изделий. Они образуются на основе поликонденсационных смол (фенолоальдегидных, полиэфирных, эпоксидных), полиуретанов, кремний органических материалов, каучуков и их сочетаний.

Для герметизации используются и неорганические материалы, которые практически не адсорбируют влагу, обладают высокой нагревостойкостью и стойкостью к воздействию механических нагрузок, не выделяя летучих соединений. Из этих материалов изготавливают вакуум плотные корпуса (металлические, стеклянные, керамические) или наносят защитные покрытия (легкоплавкие халькоинидные стекла, оксидные пленки кремния или алюминия, нитриды кремния). Использование таких корпусов усложняет сборку и герметизацию изделий, вызывает повышенный расход материала, затрудняет механизацию процесса.

Электрические высокочастотные и высоковольтные выводы к аппаратуре осуществляют через проходные стеклянные и керамические изоляторы. Низкочастотные цепи отдельных герметизированных блоков соединяют с помощью герметизированных разъемов.

Герметичные соединения отдельных деталей могут быть получены следующими способами: пайкой швов и изоляторов припоями, электроконтактной или дуговой сваркой, холодной сваркой, уплотняющими прокладками из вакуум-плотной резины.

Внутри корпуса создают пониженное или повышенное давление и в отдельных случаях (например, в СВЧ микросборках), корпус заполняют сухим инертным газом.

Качество герметизации при избыточном давлении внутри корпуса контролируют жидкостным методом, погружая корпус в жидкость. При отсутствии герметичности в месте, где герметичность нарушена, наблюдается выделение пузырьков газа. Если требуется высокая степень герметичности, то герметичность корпуса проверяется с помощью гелиевого течеискателя. При этом корпус подсоединяется к течеискателю и обдувается гелием.

Герметизация в вакуум - плотные корпуса с использованием неорганических материалов является наиболее эффективным способом защиты РЭА от воздействия климатических факторов и повышения ее надежности. Однако этот способ применяется в максимальных случаях, когда к изделию предъявляются особенно жесткие требования.

Пленочные покрытия имеют малую толщину (0,5...10 мкм) и используют для стабилизации параметров полупроводниковых приборов и ИМС на стадии производства.

По виду герметизирующие полимерные материалы разделяют на лаки, эмали, компаунды. Пропиточные лаки состоят из пленкообразующих веществ (масел натуральных или синтетических смол) и растворителей, в которые при необходимости вводят пластификаторы, ускорители отвердения (сиккативы), фунгициды (противогрибковые вещества).

Для влагозащиты ПП, гибких кабелей, высокочастотных ячеек, разработаны специальные лаки УР-231, ЭП 9114, ЭП-730, ФЛ-582, ФП-525.

Высокое содержание растворителей в лаках не дает возможности получить хорошее заполнение пор и пустот, вызывают трудности при сушке, усложняют ТП, делают его пожаро - и взрывоопасным, поэтому в последнее время их заменяют маловязкими составами без растворителей. К ним относятся эпоксидные (ЭПК-5,ЭПК-6); эпоксидно-метакриловые (КП-101,КП-103,ЭПМ-1,ЭПМ-2); полиуретановые (КТ-102) и другие.

Компаунды представляют собой механические смеси, не содержащие растворителей, на основе полимерных материалов, отвердителей, наполнителей, пластификаторов, пигментов и др. специальных добавок.

Самое широкое распространение получили эпоксидные компаунды. Это связано с их высокими техническими свойствами хорошей адгезией к различным материалам малой усадкой (0,..0,6 %) высокой электропрочностью мало изменяющейся при увлажнении и нагревании высокой механической прочностью малой влагопроницаемостью.

Порошковые герметизирующие материалы, изготовленные на основе эпоксидно-кремнийорганических и полиэфирных смол, характеризующихся не только высокими техническими свойствами, но и технологичностью. Для их нанесения используются высокопроизводительные автоматизированные методы (напыление, опрессовка), которые встраиваются в общую линию сборки и монтажа ЭВС, быстро отверждаются (до 5 минут с последующей термообработкой), перерабатываются при малых удельных давлениях (0,5...5 МПа). Поставка потребителям производится в готовом для применения виде. Возможен длительный срок хранения и получения покрытий с широким диапазоном толщины (0,2...3 мм).

Для герметизации методом напыления используют порошкообразные компаунды ЭП-49С, ПЭП-177, ЭПВ-10 быстроотверждаемые опрессовочные компаунды “премиксы” КЭП-2, КФ-1, ЭКП-200, ЭФП-63.

Порошкообразные материалы применяют для герметизации ЭРЭ, ГИМС и др., работающих в условиях тропического климата.

Пено-компаунды - это газонаполненные полимерные материалы, имеющие ячеистую структуру, образованную замкнутыми парами. Вспенивание происходит под действием газов, выделяющихся в результате взаимодействия компонентов, после чего гранулы спекаются при температуре 60...180?С. Они применяются для повышения тепло -, звуко- и электроизоляционных свойств изделий влаго - и вибростойкости, устойчивости к действию масел, щелочей, грибковой плесени отдельных элементов, сборочных единиц и блоков ЭС, для механической фиксации их в аппаратуре.

К этой группе герметизирующих материалов относятся пенополиуретаны (ПУ-101Е, ПГУ-ЗМ-1), вспенивающийся полистирол (ПСВ), кремнийорганический пенопласт (К-40) и др.

Эмалями называются составы, в которые, кроме пленкообразующих веществ, введены частицы наполнителей и пигменты. Они широко применяются при отделочных работах при герметизации изделий.

Структура процесса герметизации приведена на рис. 5

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.5. Структура герметизации изделий ЭС



Основная литература

1. Юрков Н.К. Технология производства электронных средств / Н.К. Юрков - Санкт-Петербург: Издательство `Лань`, 2014 - 480 стр. http://e.lanbook.com/view/book/41019/

2. Медведев А.М. Печатные платы. Конструкции и материалы / А. М. Медведев . - М.: Техносфера , 2005. - 302 с.

3. Медведев А.М. Технология производства печатных плат : / А. М. Медведев . - М. : Техносфера , 2005. - 358 с.

4. Медведев А.М. Сборка и монтаж электронных устройств / А. М. Медведев . - М. : Техносфера , 2007. - 255 с.

5. Пирогова Е. В. Проектирование и технология печатных плат - М.: издательство: Форум, Инфра-М, 2005 - 560с.

6. Грачев А.А. Конструирование электронной аппаратуры на основе поверхностного монтажа компонентов / А.А. Грачев, А.А. Мельник, Л.И. Панов - М.: НТ Пресс, 2006. - 384с.

7. Простатов И.Л. Планирование инженерного эксперимента.: учебное пособие / И.Л. Простатов. - Казань : Изд-во Казан. гос. техн. ун-та, 2004. 135 с

8. Простатов И.Л. Планирование инженерного эксперимента.: учебное пособие / И.Л. Простатов. - Казань : Изд-во Казан. гос. техн. ун-та, 2004. 135 с

9. Крючатов В.И. Автоматизированные системы технологического обеспечения качества при проектировании и серийном изготовлении высоконадежных тонкопленочных интегральных схем с резистивными элементами: Учебное пособие. - Казань: ЗАО «Новое знание», 2013. - 179 с.

10. Крючатов В.И. Составление плана контроля надежности аппарат-куры при известном и неизвестном законах распределения наработки аппарватуры на отказ: методическик указания к практическим занятиям / В.И. Крючатов. - Казань : Изд-во Казан. гос. техн. ун-та, 2001. 32 с.

Дополнительная литература

1. Технология и автоматизация производства радиоэлектронной аппаратуры: Учебник для вузов./И.П. Бушминский, О.Ш. Даутов, А.П. Достенко и др.; Под ред. А.П. Достенко, Ш.М. Чабдарова.- М.: Радио и связь,1989. - 624с.: ил.

2. Управление качеством электронных средств: Учебник для ву-зов./ О.П. Глудкин, А.И. Гуров, А.И. Коробов и др.; Под ред. О.П.Глудкина. - М.: Высш. шк.,1994. - 414с.: ил.

3. Хартман К., Лецкий Э., Шеффер В.И др. Планирование экспе-римента в исследовании технологических процессов. / Под ред. Лецкого.- М.: Мир, 1977г.

4. Леонов А.И., Дубровский Н.Ф., «Основы технической эксплуа-тации бытовой РЭА». М., Легпромбытиздат,1991.

5. Ксенз С.П. «Диагностика и ремонтопригодность радиоэлектронных средств».М.,1989.

6. «Рекомендации. Аппаратура радиоэлектронная бытовая. Показатели и оценка ремонтопригодности и контролепригодности» Р-50-84-88,М,1988.

Размещено на Allbest.ru

...