Вследствие двухкомпонентной природы эмали разрушаются под внешними воздействиями быстрее, чем лаки, из-за так называемого процесса меления—разрушения с поверхности, сопровождающегося потерей глянца и уменьшения толщины.
Работа с эмалями и лаками осложнена из-за токсичности и пожароопасности растворителей. Значительно большей технологичностью обладают эмали, в которых вместо органических растворителей используется вода—так называемые водноэмульсионные эмали. При работе с ними улучшаются условия труда, осуществляется механизация процесса герметизации. Такие эмали получили широкое распространение в практике герметизации, они выпускаются под маркой ВАС № 980.
Одним из традиционных направлений совершенствования эмалей является снижение содержания в них растворителя. Например, в новой эмали ЭП-974 концентрация растворителя лишь 10%, тогда как в широко распространенной ЭП-91—60%. Эмаль с малым содержанием летучих веществ, подлежащих удалению при сушке, можно наносить более толстым—до 300 мкм—слоем, что обеспечивает длительную защиту от влаги.
Компаунды—смеси полимеров с различными добавками, не содержащие летучих растворителей и отверждающиеся без выделения газо- или парообразных веществ. Отсюда следуют их преимущества по сравнению с лаками и эмалями—отсутствие пористости даже в сравнительно толстом слое (0,5 ... 1 мм), высокая химическая стойкость и электрическая прочность. Следует отметить, что неотвержденные компаунды далеко не всегда обладают жизнестойкостью, достаточной для наиболее удобной организации работ по принципу централизованное производство— применение готовых смесей. Необходимо иметь запас с учетом затрат времени на транспортировку, минимальная жизнестойкость такой смеси должна быть не меньше 3 месяцев.
К сожалению, многие ценные и распространенные компаунды начинают гелировать с повышением вязкости уже через 40 ... ... 60 мин после смешения компонентов, что вынуждает готовить их на месте и в небольших количествах. Это резко: затрудняет возможность механизации и требует ручного труда в неблагоприятных условиях.
Свойства компаундов определяются прежде всего видом полимерного связующего, которыми в большинстве случаев являются ФФС, эпоксидные смолы, кремнийорганические полимеры, и особенно сложные сополимеры из тех же компонентов. Базовой рецептурой можно во многих случаях считать компаунд ЭК-23, пригодный вследствие невысокой вязкости для герметизации заливкой, отверждающейся при 350 К в течение 30 мин с диапазоном рабочих температур 210 ... 400 К. На его основе выпускаются также компаунды с пониженной коррозионной активностью (ЭК-23А), с повышенной жизнестойкостью (ЭК-39), огнестойкий (ЭК-41).
Компаунды могут быть не только жидкими, но и твердыми при предварительном увеличении степени полимеризации. Но они сохраняют легкоплавкость, и разница состоит лишь в способе нанесения. Технология герметизации порошковыми (а также таблетируемыми, гранулированными) компаундами проще, а условия труда лучше, чем с применением жидких, однако оборудование сложнее, а выбор смесей с приемлемыми температурами плавления и отверждения невелик. Порошковые эпоксидные компаунды имеют шифр ПЭК. Компаундам можно придать тиксотропные свойства введением в них асимметричных наполнителей: аэросила—тонкодисперсного кварца, талька с удельной поверхностью 1 м2/г. Такие компаунды пригодны для герметизации методом «окукливания» за счет сравнительно толстого покрытия (0,5 ... ...0,8 мм), образующегося за один цикл при погружении изделий в ванну при вибрации на 15 ... 30 с. После этого компаунды ЭК-43, ЭК-242 отверждаются при нагреве до 373 К, ЭК-91 и ЭК-93—«на холоду». Очевидно, что два последних компаунда применимы, когда нагрев изделия недопустим. К сожалению, их жизнестойкость очень низка.
Эластичные компаунды нашли наиболее широкое применение для герметизации ИС. которые чувствительны к деформирующим усилиям, неизбежным при использовании жестких компаундов, какими являются, например эпоксидные. Другие дополнительные требования к материалам для герметизации ИС: минимальное влагопоглощение и содержание ионогенных, способных выделить ионы С1-,SO42-, Na+ примесей, устойчивость к кристаллизации, так как полимеры должны находиться в высокоэластичном состоянии во всем диапазоне рабочих температур (210 ... 400 К).
Основой эластичных компаундов являются различные кремнийорганические полимеры и их смеси с эпоксидными смолами. Разработанные составы, например КМ-9, эластичны даже при 220 ... 210К, и годятся для герметизации столь чувствительных к механическим нагрузкам материалов, как высокоиндукционные ферриты и пермаллои. Для герметизации ответственной РЭА нашли применение кремнийорганические компаунды ПДИ-21 и «Виксинт». причем их лучшие свойства проявляются лишь после неоднократного вакуумирования, для удаления газовых пузырьков и тщательной очистки герметизируемой поверхности. Последнее особенно необходимо для обеспечения адгезии, которая у кремнийорганических полимеров значительно ниже. чем у эпоксидных смол.
Оптически прозрачные компаунды необходимы при герметизации оптоэлектронных приборов — фотоприемников, светодиодов, оптопар. В производстве светодиодов компаунду иногда придают форму линз, концентрирующих световой поток. Кроме того, прозрачные покрытия оказываются удобными для защиты печатных плат: в этом случае возможен контроль правильности и целостности коммутации с помощью прокалывающих щупов. Прозрачен эластичный компаунд КМ-9, порошкообразный компаунд ОП-429 обладает 90%-ным пропусканием в сравнительно толстом слое (20 мм) и пригоден, как и оптически прозрачные термопласты (оргстекло и полистирол), для изготовления оптических деталей. К сожалению, все органические материалы не обладают столь высокой твердостью, как силикатные стекла, и поэтому легко повреждаются механически.
Для резкого повышения скорости отверждения компаундов начинается применение облучения ускоренными электронами. Такие радиационноотверждаемые компаунды требуют обработки «на холоде» лишь в течение 15 ... 30 с, что позволяет резко повысить производительность при экономии площадей и энергии.
ПОЛИМЕРНЫЕ КЛЕИ И АДГЕЗИВЫ
Клеи—вещества, обладающие высокой адгезионной способностью, пригодные для соединения между собой материалов разных классов. При склеивании, в отличие от сварки и пайки, не требуется нагревать изделие до высоких температур, а высокая нагревостойкость обеспечивает возможность повторных нагревов. Соединение может обладать эластичностью, что снижает уровень механических напряжений после отверждения и обеспечивает прочность в условиях термоударов, динамических нагрузок, при большой разнице ТКЛР.
Разрушение клеевого соединения, как правило, означает внезапный отказ РЭА, поэтому к клеям предъявляются высокие требования. Чтобы обеспечить стабильность технологических характеристик клея, а благодаря этому и качество соединения полимерная его основа должна иметь узкое молекулярно-массовое распределение, т. е. к полимеру предъявляются повышенные требования. В специальных случаях от них требуется еще и такие качества, как биостойкость, негорючесть, электро- и теплопроводность. Универсальных клеев не существует; труднее поддаются склеиванию металлы, легче—неметаллы, за исключением неполярных термопластов, не подвергнутых специальной обработке. Поэтому клей, предназначенный для металлов, пригоден и для неметаллов, но гораздо реже бывает обратное. Так, эпоксидные клеи применимы для всех материалов, а не модифицированные фенолформальдегидные, кремнийорганические, поливинилацетатные (ПВА)—хорошо склеивают только неметаллы.
В клеи на основе термореактивных смол часто вводятся наполнители и добавки, которые могут придать им следующие свойства: биостойкость (соединения мышьяка и ртути); негорючесть (оксид сурьмы); тиксотропность (аэросил, слюдяная мука); электропроводноcть (порошки серебра или никеля); теплопроводность (нитрид бора); способность вспениваться (фреоны, карбонаты), Следует учитывать, что при введении в состав клея наполнителей его адгезионная способность снижается.
Химическая промышленность поставляет большое количество клеев, причем их исходное состояние может быть различным:
· жидкость, содержащая летучий растворитель, или без него;
· твердое тело в форме легкоплавких порошков, таблеток, гранул;
· расплав на основе термопластов;
· пленка, нанесенная на подложку (склеивающие прокладки многослойных ПП) или в свободном состоянии, без подложки;
· липкая лента с постоянной липкостью или активируемая растворителями, водой, повышением температуры. (Липкостью называют способность клея в момент контакта с твердой поверхностью немедленно образовывать соединение. Это свойство важно, например, для приклеивания декоративно-отделочных материалов, при монтаже кристаллов ИС и т. д.) Липкие ленты на лавсановой основе применяют для герметизации конденсаторов.
Особое значение в технологии РЭА имеют тепло- и электропроводящие клеи. Они широко используются для крепления полупроводниковых кристаллов ИС к металлизированным корпусам с обеспечением теплового и электрического контакта, а также выводов и контактным площадкам. Электропроводящее покрытие используется для экранирования РЭА от электромагнитных полей. Высокая технологичность этого способа коммутации объясняется исключением из процесса операции пайки, неизбежно вызывающей термоудар, а также возможностью нагрева изделия при последующей обработке вплоть до 673 К без разрушения клеевого соединения. Проблема выбора наполнителя является главной при разработке электропроводящих клеев (контактолов). Вследствие невакуумной природы полимеров в качестве наполнителей можно использовать лишь благородные металлы и никель. Тонкодисперсная медь очень быстро окисляется в составе полимерной композиции и годится только в посеребренном виде. Для экономии дефицитного серебра (а наполнитель в составе электропроводящего клея составляет 60 ... 80% по массе) можно использовать также посеребренный графит. Современные электропроводящие клеи, например АС-40В, обладают удельным сопротивлением менее 0,01 Ом-см, коэффициентом теплопроводности—4 Вт/(м*К), выдерживают 10 термоциклов с перепадом от 210 до 720 К, нагревостойки до 720 К. Клеевая неотвержденная композиция жизнеспособна в течение 12 ... 24ч. Клеи на основе карбонильного никелевого порошка менее электро- и теплопроводны и ограничены рабочей температурой 493 К (120°С).