|
В 80-е и последующие годы в связи с интенсивным развитием радиоэлектронной и микроэлектронной техники требования к исходным материалам для их производства значительно возросли. Так, например, с точки зрения потребительских качеств фольгированные диэлектрики для производства печатных плат должны обладать высокими физико-механическими и диэлектрическими свойствами, термохимической стойкостью, чистотой и малым весом. В это же время были разработаны промышленные варианты плазменных, лазерных, электронно-лучевых установок, позволявших в промышленных масштабах внедрять новые технологические способы производства различных композиционных материалов как специального, так и общехозяйственного назначения, а также смол, полимеризующихся под воздействием гамма-лучей или пучка ускоренных электронов.
Для генерирования электронного пучка были созданы промышленные варианты мощных ускорителей электронов с энергией ускоренных электронов от 0,1 до 2,0 МэВ.
Проведенные ЦКБ РМ исследовательские и экспериментальные работы по применению ионизирующих излучений в технологическом процессе изготовления композиционных материалов радиотехнического назначения показали ряд существенных преимуществ электронно-химических методов по сравнению с традиционными. Их использование позволяет получать принципиально новые рулонные фольгированные и нефольгированные стеклопластики с большой длиной полотна и осуществлять полимеризацию без применения высоких температур и давления, катализаторов, отвердителей и прочих добавок. Получаемые материалы отличаются повышенной чистотой, большей однородностью свойств и более высокими электроизоляционными и физико-механическими свойствами.
Основными достоинствами электронно-химического процесса производства являются: значительная автоматизация; экологическая чистота и взрывобезопасность; снижение удельной энергоемкости производства как минимум в 10 раз.
В ряде случаев применение рулонных фольгированных материалов электронного отверждения способствует оптимизации решения задачи разработки узлов и блоков аппаратуры. Изготовление длинномерных печатных плат (ПП), например диаграммообразующих схем для РЛС с фазированными антенными решетками, предпочтительнее на основе гибких, тонких, рулонных фольгированных стеклопластиков. Применение длинномерных ПП на основе рулонных фольгированных стеклопластиков электронно-химического отверждения позволило значительно снизить вес антенны РЛС и в 2-3 раза уменьшить число высокочастотных разъемов.
Разработанный в ЦКБ РМ электронно-химический технологический процесс с использованием ускорителей электронов (400-600 кэВ) позволяет получать тонкие композиционные рулонные материалы толщиной 0,04-0,20 мм, с шириной полотна до 1000 мм и длиной в рулоне до 500 м. Производительность процесса - от 1 до 6 м/мин в зависимости от вида производимого материала и основы полимерной матрицы композиционного материала.
При решении задачи по реализации электронно-химического метода в производстве рулонного композиционного материала с определенными потребительскими качествами необходимо выбрать структуру композита, исходные компоненты, рассчитать режимы радиационной обработки, разработать технологическую схему процесса. Проведенные экспериментальные исследования показали возможность получения этим методом композиционных материалов с различными структурами в зависимости от назначения.
Композиционные материалы радиотехнического назначения при высокой эластичности (допустимый радиус изгиба менее 5 мм) должны обладать высокими термостойкостью (устойчивостью к припою) и диэлектрическими свойствами:
- диэлектрические потери на частоте 1 МГц - не более 0,03;
- диэлектрическая проницаемость на частоте 1 МГц - не более 5,0;
- объемное удельное электрическое сопротивление - 1012 – 1014 Ом×м;
- поверхностное электрическое сопротивление - 1013 – 1015 Ом.
Композиционный пленочный материал может быть неармированным (армированным) стеклотканевым наполнителем или дисперсно-наполненным. Композиционные материалы могут изготавливаться на основе готового исходного пленочного материала, например полиэтилена (ПЭ) или полиэтилентерефталата (ПЭТФ) и пр., как электронно-химическим отверждением адгезионного слоя, так и электронно-химическим отверждением матрицы на основе стеклоткани и радиационно-отверждаемой смолы. Этим методом можно осуществлять и сборку многослойных структур на основе готовых пленочных материалов отверждением адгезионного слоя.
Во всех случаях для фольгирования используется медная фольга толщиной 10-50 мкм со специально обработанной поверхностью для увеличения прочности сцепления (адгезии) с диэлектрической подложкой. В качестве армирующего наполнителя для фольгированных стеклопластиков используется электроизоляционная стеклоткань толщиной 20-60 мкм.
Дисперсность и тип дисперсного наполнителя определяются предъявляемыми к материалу требованиями. Выбор связующего (смолы) для формирования диэлектрической основы с необходимыми эксплуатационными свойствами обусловлен возможностью реализации этих свойств при комбинировании связующего с тем или иным армирующим наполнителем.
Физико-механические и диэлектрические свойства рулонных стеклопластиков электронно-химического отверждения марки СТФЭО-1 и СТФЭО-2, разработанных ЦКБ РМ, определяются свойствами полимерной матрицы и стеклотканевого наполнителя. В качестве радиационно-отверждаемых связующих используются олигомерные или олигомер-мономерные связующие на основе смол с ди- или полифункциональными связями, что позволяет отверждать полимерную матрицу фольгированного стеклопластика типа СТФЭО (ДМГ0.023.001 ТУ) при поглощенных дозах электронного излучения 25+3 Мрад.
Совместно с Институтом точной механики и вычислительной техники (ИТМ и ВТ) им. акад. С.А. Лебедева с применением электронно-химического отверждения разработана технология производства слоев многослойных печатных плат (МПП) по методу, названному авторами «ПАФОС» (полностью аддитивное формирование слоев). Данный технологический процесс состоит из трех основных стадий:
1. На «временный» носитель из нержавеющей стали толщиной 1мм наносится подслой химической меди толщиной 10-12 мкм. Затем с использованием пленочного фоторезиста формируется проводящий рисунок схемы, причем проводники рисунка отделены от медного подслоя разделительным слоем никеля толщиной 3-4 мкм. Толщина проводников схемы составляет 35-40 мкм.
2. На «временный» носитель со сформированной схемой ПП наносятся два слоя стеклоткани Э1-62, пропитанной радиационно-отверждающимся связующим, и сверху пленка ПЭТФ толщиной 70 мкм. Затем вся эта система облучается пучком ускоренных электронов со стороны пленки.
3. После отверждения диэлектрической матрицы пленка удаляется, слой МПП легко отделяется от «временного» носителя, так как адгезия медного подслоя к носителю незначительна. Медный подслой подвергается травлению. Подтрава проводников схемы не происходит, так как они защищены никелем.
Основным достоинством слоев МПП «ПАФОС» является то, что проводники схемы «утоплены» в массе стеклопластика и не выступают над его поверхностью, что значительно увеличивает прочность сцепления проводников с диэлектрическим основанием, а также сопротивление изоляции между ними. И что особенно важно, упрощается процесс прессования при изготовлении МПП, так как проводники не испытывают тангенциальных напряжений при растекании смолы из препрегов и вся поверхность слоя МПП смачивается более равномерно.
На основе слоев МПП «ПАФОС» в ИТМ и ВТ им. акад. С.А. Лебедева разработана технология изготовления крупномасштабных МПП размером 460х500 (800) мм с числом слоев 20.
К важнейшим преимуществам радиационной технологии следует отнести возможность изменения свойств материалов только за счет воздействия на них ионизирующих излучений. Под действием излучения высокой энергии происходят изменения физических и химических свойств материалов, причем количественные величины этого процесса легко регулируются. В промышленном масштабе широкое применение нашла радиационная модификация полиэтилена. В зависимости от степени радиационного воздействия (поглощенной дозы) он приобретает повышенные термостойкость, прочность на разрыв, устойчивость к растворителям,. Полиэтилен, облученный интегральной дозой 70 Мрад, стоек к кратковременному перегреву до 250°С и выдерживает длительный нагрев до 110°С. При этом предел прочности увеличивается на 15-50% в зависимости от марки исходного сырья.
Наиболее интересное свойство облученного полиэтилена - эффект «памяти». Он проявляется в том, что если заготовку из облученного полиэтилена нагреть до температуры выше точки плавления и, изменив его размеры (например, растянув в 2-3 раза), охладить до комнатной температуры, зафиксировав таким образом новую геометрию изделия, последнее сохранит эти размеры неограниченно долго, до тех пор, пока не будет снова нагрето до температуры выше точки плавления.
Эффект «памяти» полиэтилена используется для получения термоусаживаемых изделий. ЦКБ РМ разработаны технологические процессы производства термоусаживаемых полиэтиленовых трубок диаметром от 0,5 мм (ДМГ7.975.016 ТУ), облученных трубок (ДМГ7.975.017 ТУ) для изоляции кабельных изделий, а также рулонной термоусаживаемой полиэтиленовой ленты толщиной 1-2 и шириной 500 мм, применяемой при изоляции трубопроводов.
|
