Керамической технологии

Из керамических материалов для изготовления оснований печатных плат наиболее широко используют стеатит, диоксид титана и титановую керамику. Стеатит имеет хорошие электрические и механические характеристики и очень экономичен; он имеет очень низкую гигроскопичность и работает в широком диапазоне температур.

ские образцы должны иметь диаметр 25—150 мм, для квадратных образцов эти размеры относятся к стороне квадрата. Трубчатые образцы могут иметь длину 100—300 мм. На диаметр трубки ограничений не налагается. Форма и размеры (указанные выше) оговариваются в стандарте на материал; если размер не оговаривается, то следует использовать наибольший размер. В тех случаях, когда толщина образцов не позволяет определить электрическую прочность 'в направлении, перпендикулярном к поверхности, применяют фасонные образцы ( 5-2, б и ,>). Для определения электрической прочности керамических материалов используют образцы со сфе-

Для МПЛ используют подложки из керамики, ситалла, ферритов, полупроводниковых материалов (кремний, арсенид галлия). Максимальные размеры подложки из керамики, ситалла и ферритов составляют 48 х 60 мм, толщина их 0,5 и 1,0 мм для керамики и ситалла, 1 и 2 мм для феррита. Полупроводниковые подложки вырезаются из пластин дисковой формы. Идеальный материал должен иметь минимальные потери на заданной частоте, температурную и временную стабильность е и tg5, минимальную шероховатость поверхности после обработки, минимальное количество пор, хорошую теплопроводность, обеспечивать заданную точность, усадку и коробление, поддаваться обработке шлифовкой и полировкой, быть стойким к травителям. Материала, удовлетворяющего одновременно всем требованиям, не существует. Поэтому он (см. табл. 7.4) выбирается для каждого применения. На частотах до 10...20 ГГц обычно используют диэлектрические подложки, обладающие меньшими, чем полупроводниковые (особенно кремниевые), потерями. На более высоких частотах иногда применяют полупроводниковые подложки (например, на основе арсенида галлия), что позволяет выполнить все устройство СВЧ в едином технологическом цикле и уменьшить его массу и габариты. Диэлектрические подложки из поликора и сапфира имеют малые потери, минимальную шероховатость после обработки, высокую теплопроводность. Оксид бериллия и брокерит-9, содержащий 99,7% Ве2О4, обладают наивысшей для керамических материалов теплопроводностью, но их пыль (образующаяся при механической обработке) токсична, а потери больше, чем потери подложек из поликора. Подложки из кремния обладают высокой теплопроводностью, но потери в них велики. Достоинством кварца является стабильность диэлектрической проницаемости в широком диапазоне частот и очень низкие диэлектрические потери. Арсенид галлия имеет малые потери, диэлек-

Тигли могут быть электропроводящими (из электропроводящих материалов — стали, графита) или неэлектропроводящими (из керамических материалов). Электропроводящие тигли применяют для улучшения КПД печи при нагреве металлов и сплавов с малым удельным электросопротивлением, Толщина тиглей из стали лежит в пределах 20—40 мм, графитовых—30—70 мм. Графитовые тигли применяют для плавки меди и алюминия, стальные — для плавки магния ( 3.15). Электропроводящий тигель закрепляется с помощью уголков и полос, приваренных к тиглю и кожуху печи в нескольких местах по окружности тигля и соединяемых между собой болтами с изолирующими втулками и шайбами. Между тиглем и индуктором предусматривают огнеупорный и теплоизоляционный слои из шамотной и диатомитовой крупки и асбестового картона.

9. ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ РЭА ИЗ ПЛАСТМАСС, КЕРАМИЧЕСКИХ И ME Г АЛЛ ©КЕРАМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Организация контроля качества изготовления деталей на предприятиях переработки пластмасс и исходных керамических материалов предусматривает три вида контроля: контроль качества сырья; контроль качества деталей в процессе их изготовления, а также режимов и условий переработки материалов в детали, непосредственно влияющих на качество деталей, и межоперационное выявление брака; контроль качества готовых изделий работниками отделов технического контроля

В качестве керамических материалов для подложек микросхем применяют высокоглиноземную керамику ВК98-1 и ВК100-1 (см. § 9.1). Типовой технологический процесс изготовления керамических подложек содержит этапы: подготовки сырьевых материалов; приготовления технологических керамических материалов (порошка, шликера или пластичной массы); формообразования сырых заготовок; обжига загото-

Однако следует иметь в виду, что применение этих материалов в конструкциях неоднозначно. Слюда представляет собой слоистую структуру, и прокладки из слюды способны выдерживать большие механи^ ческие нагрузки. Микронеровности контактирующих поверхностей не вызывают разрушения слюдяных прокладок даже при толщине 0,1 — 0,2 мм. Прокладки из керамических материалов такой толщины изгб-товить трудно. Прессование с последующим обжигом приводит к короблению керамических пластин, поэтому необходимо использовать шлифованные керамические пластины. Этот технологический процесс трудоемок. Кроме того, керамика — хрупкий материал и при малых толщинах легко разрушается. Поэтому, чтобы обеспечить механическую прочность прокладки, толщину ее приходится увеличивать, что, в свою очередь, приводит к увеличению теплового сопротивления и сводит на нет разницу в теплопроводности керамики и слюды. На практике в качестве изоляционной прокладки чаще используют слюду.

троизоляционной технике диэлектриках: органических природных и синтетических полимерах, неорганических стеклах и кристаллах, многих видах керамических материалов преобладает ионная электропроводность. На. проводимость твердых диэлектриков большое влияние оказывают различные примеси, которые обычно значительно легче диссоциируют с образованием свободных ионов, чем основной диэлектрик. В кристаллических диэлектриках примеси могут увеличивать проводимость за счет ослабления связей решетки, что способствует диссоциации самого диэлектрика.

алюминия (глинозема): а-глинозем (корунд) имеет плотность 3990 кг/м3 и tg б, равный 0,0003 (при 1 МГц и 100° С), а v-глинозем с плотностью 3600 кг/м3 имеет tg б (при тех же условиях), равный 0,0040. Ионно-релаксационная поляризация установлена также в различных видах электро-' технических керамических материалов и в стеклах. В кристаллических диэлектриках при нарушении нормальной структуры кристаллической решетки иногда даже ничтожными количествами примесей может быть вызвано появление местной неплотности упаковки, приводящей к резкому увеличению tg б за счет появления ионно-релаксационной поляризации.

К числу электроизоляционных керамических материалов относится также дугостойкая керамика, применяемая в коммутационной аппаратуре. Для изготовления дугога-сительных камер требуется материал с пониженным температурным коэффициентом расширения; в противном случае при воздействии дуги материал растрескивается. Дугостойкая керамика изготовляется с введением в массу достаточного количества талька, обеспечивающего получение при обжиге черепка с большим количеством кристаллов кордие-рита, имеющего состав 2MgO -2A\2O3 -5SiO2. Кордиеритовая керамика имеет температурный коэффициент расширения (1—1,2) •\0~в°С~1. Дугостойкая керамика выпускается с плотным и с пористым черепком. Пористая керамика обладает повышенной дугостойкостью и стойкостью к термоударам.

Магнитодиэлектрики, как и ферриты, обладая высоким удельным электрическим сопротивлением, являются высокочастотными магнитными материалами. Они имеют некоторые преимущества перед ферритами, прежде всего более высокую стабильность свойств. Кроме того, особенности технологии производства магнитодиэлектриков соответствующей технологии пластмасс, позволяют получить изделия значительно более высоких классов точности и чистоты, чем при керамической технологии получения ферритов. По ряду электромагнитных параметров магнитодиэлектрики уступают ферритам.

Варисторы изготовляются в виде дисков, стержней, шайб ( 1.5, б- -г) методом керамической технологии.. Варисторы, рассеивающие большую мощность, состоят из набора элементов. В одном корпусе могут компоноваться несколько варисторов, линейных резисторов или терморезисторов, соединенных по соответствующей схеме.

Металлокерамика — это материалы и детали, изготавливаемые преимущественно из металлических порошков методами керамической технологии. Металлические порошки получают размолом, грануляцией жидкого металла, восстановлением из окислов, электролизом. Формообразование металлокерамических деталей осуществляют прессованием. Основные физические свойства металлокерамика приобретает после операции спекания. Подбором состава металлического порошка с добавлением окислов металлон и металлических химических соединений получают уникальные свойства металлокерамических деталей: стабильные магнитные свойства, дугостойкость, износостойкость, высокую твердость. Процессы создания металлокерамических детален относят к порошковой металлургии.

Значительную экономию металлов обеспечивает использование керамической технологии для изготовления деталей из металлов.

Формованные магнитопроводы состоят из одной или нескольких монолитных объемных деталей, изготовленных из порошкообразных магнитодиэлектриков или ферритов с использованием керамической технологии (формование и спекание).

Типовой ТП изготовления пьезоэлементов резонаторов из пьезокерамики включает следующие основные этапы: изготовление заготовок; обработка поверхностей пьезоэлементов, металлизация, поляризация, контроль. Заготовки изготавливают методами керамической технологии (см. § 9.6)

Сейчас для контактов всех классов мощностей применяют наряду с металлическими сплавами металлокерамические материалы. Наиболь-шее-применение находят они для мощных контактов. Сущность металло-керамической технологии, называемой также порошковой металлургией, заключается в спекании при высокотемпературном обжиге прессованных заготовок из смеси металлических порошков.

Терморезисторы (термисторы), отличающиеся большой абсолютной величиной отрицательного температурного коэффициента сопротивления, изготовляют на основе некоторых окислов, в частности: окилов меди, марганца, кобальта, железа, цинка. Чаще всего используют смеси нескольких окислов, так как при этом удается получить требующиеся свойства. Сами материалы для терморезисторов изготовляют в виде шайб, стерженьков, бусинок методом керамической технологии: подготовка (измельчение) компонентов, приготовление соответствующей смеси, прессование заготовок и их обжиг. В качестве примеров терморезисторных материалов можно указать на составы из смеси окислов меди и марганца (применяются для изготовления серийных терморезисторов типа ММТ), окислов кобальта и марганца (для типа КМТ). В зависимости от соотношения окислов меди Си2О и марганца Мп3О4 материалы имеют удельное сопротивление от 1,0 до 103 Ом-м. Для изготовляемых из этих окислов терморезисторов ММТ рабочая температура не должна превышать 120° С. Температурный коэффициент сопротивления терморезисторов 'ММТ в пределах от — 0,24 до — 0,034° О1, у терморезисторов КМТ в пределах от — 0,045 до — 0,06 С'1. В качестве материалов для термо-резисто'ров применяют и чистую окись марганца.

2. Основная часть термисторов, выпускаемых промышленностью, изготовлена из оксидных полупроводников — оксидов металлов переходной группы таблицы Д. И. Менделеева (от титана до цинка). Такие термисторы в форме стержней, трубок, дисков или пластинок получают методом керамической технологии, т. е. путем обжига заготовок при высокой температуре.

Варисторы изготовляют методом керамической технологии, т. е. путем высокотемпературного обжига заготовок из порошкообразного карбида кремния со связкой, в качестве которой обычно используют глину. Конструктивное оформление варисто-ров может быть различным в зависимости от назначения и необходимых параметров. Чаще всего варисторы имеют форму стержней или дисков с электродами на противоположных концах или поверхностях, к которым припаяны выводы для присоединения к схеме.

Исходным материалом для таких варисторов является оксид цинка ZnO, легированный примесями висмута, кобальта и других элементов. Варисторы из оксидных полупроводников делают методом керамической технологии, которая, однако, имеет ряд особенностей, отличающих ее от технологии производства электроизоляционных изделий. Особенности эти обусловлены тем, что