Неорганических материалов

Ионная связь обусловлена кулоновским притяжением противоположно заряженных ионов. Такие связи наиболее характерны для неорганических диэлектриков, имеющих в своем составе ионы противоположных знаков, например, NaCl (Na+ - СГ).

В дальнейшем была установлена возможность получения электретов из неполярных органических и даже не неорганических диэлектриков, в частности керамических. Необходимое для этого условие поляризации сводится к длительному воздействию сильного постоянного электрического поля при повышенной температуре. В сравнительно слабых поляризационных полях получаются при этом электреты с гетерозарядами, а в сильных — с гомозарядами. Плотность зарядов достигает обычно значений порядка 10~5 Кл/м2, но при соблюдении некоторых специфических условий можно получить электреты с большей плотностью зарядов.

На 2-30 наглядно видно тепловое воздействие при электротепловом пробое образца каменной соли, пробитого в двух местах. Одно место пробоя имело форму выплавленной воронки, второе выплавилось в значительных размеров отверстие. Иновда при электротепловом пробое кристаллических неорганических диэлектриков происходит назначите

Важной радиационной характеристикой диэлектрика является время установления величины 0Р и ее уменьшения до нуля после окончания облучения. Для неорганических диэлектриков это время при 293 К (20 °С) составляет единицы-десятки, для органических — тысячи — десятки тысяч секунд.

пряжении. Под действием частичных разрядов в газовом включении протекают различные процессы, которые приводят к разрушению диэлектрика в объеме, примыкающем к газовому включению. Одним из таких процессов является образование дендритов — ветвящихся тонких (диаметром 1 мкм) трубочек, заполненных образующимся в результате разложения полимера газом. Дендриты в ходе роста ветвятся и с течением времени пронизывают всю толщу диэлектрика, замыкая электроды заполненным газом каналом, по которому происходит пробой изоляции. Такой механизм пробоя наблюдается в бумажно-масляной изоляции кабелей, в изоляции на основе эпоксидных смол. Если изоляция работает в условиях повышенной влажности, то могут развиваться и водные дендриты. В слоистой изоляции на основе полимерных пленок под действием частичных разрядов происходит разрушение поверхности пленки. В ре^зульта-те уменьшения толщины уменьшается ее пробивное напряжение. Старение неорганических 'диэлектриков протекает более интенсивно на постоянном напряжении. В процессе ионной электропроводности происходит перенос ионов, т. е. вещества, что приводит к необратимому изменению химического состава материала в объеме образца или изделия. Поэтому ?ир диэлектрика может уменьшить-

электрохимических процессов электрического старения при постоянной температуре органических и неорганических диэлектриков можно рассчитать по эмпирической формуле тж -- АЕ~т, где Л — постоянная, зависящая от условий старения; т — показатель, определяемый экспериментально и изменяющийся ' в широких пределах: 3 — 14. Время жизни уменьшается с ростом температуры по экспоненциальному закону тж -

Поверхностный искровой разряд существенно не повреждает поверхность неорганических диэлектриков. Однако при мощном дуговом разряде происходит оплавление приповерхностных слоев даже фарфоровых изоляторов, а поверхность органических диэлектриков обугливается и на ней образуется сплошной проводящий след.

Из неорганических диэлектриков наибольшую стойкость проявляют следующие: кварц, слюда, глинозем, окись циркония, окись бериллия и слюдяные материалы со стекловидным связующим, хотя р и Еир

Нагревостойкость. Способность диэлектрика выдерживать воздействие повышенной температуры в течение времени, сравнимого со сроком нормальной эксплуатации, без недопустимого ухудшения его свойств. В зависимости от значений допустимых в эксплуатации температур диэлектрики различают по классам нагревостойкостн. Нагревостойкость неорганических диэлектриков определяют, как правило, по началу существенного изменения электрических свойств, например, по заметному росту tg б или снижению удельного электрического сопротивления. Нагревостойкость оценивают соответствующими значениями температуры, при которой появились эти изменения. Нагревостойкость органических диэлектриков часто определяют по началу механических деформаций растяжения или изгиба, погружению иглы в материал под давлением при нагреве. Однако и для них возможно определение нагревостойкости по электрическим характеристикам.

Наибольшее влияние облучение оказывает на поверхностные свойства материалов. После отжига облученных неорганических диэлектриков возможно восстановление первоначальных свойств. Рассмотрение процессов, вызываемых воздействием излучения на материалы, показывает, что у последних может произойти изменение практически всех свойств: электрических, физико-химических и механических. Как видно из 5-9, при N — 1е1в-ИОго м-2 механические свойства смолы очень ре: ко ухудшаются Политетрафторэтилен при сильном облучении становился очень хрупким и рассыпается, полиизобутилен из резинопоД( <> ного вещества превращается в вяз-

Кремнийорганические смолы (полиорганосилоксаны, силиконы). В их состав помимо характерного для органических полимеров углерода С входит кремний, являющийся одной из важнейших составных частей многих неорганических диэлектриков: слюды, асбеста, ряда стекол, керамических материалов и пр. Таким образом, эти материалы должны быть отнесены к элементоорганическим (см. стр. 105). Основу строения их молекул образует силоксановая

Для защиты электронной аппаратуры 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 изделия, а следовательно, и его параметры при изменении состояния окружающей среды. Все методы герметизации можно условно разделить на две группы: бескорпусную и корпусную герметизацию. К первой группе относятся пропитка, обволакивание, пассивирование, во вторую группу включена герметизация изделий в корпусах из неорганических материалов, литьевым прессованием, заливкой и капсулированием. Вне зависимости .от метода герметизации для обеспечения качества и эффективности процессов необходимо выполнить следующие условия:

Для герметизации используются и неорганические материалы, которые практически не адсорбируют влагу, обладают высокой нагревостойкостью и стойкостью к воздействию механических нагрузок, не выделяют летучих соединений. Из этих материалов изготавливают вакуум-плотные корпуса (металлические, стеклянные, керамические) или наносят защитное покрытие (легкоплавкие халькогенидные стекла, окисные пленки кремния или алюминия, нитриды кремния). Использование таких корпусов усложняет сборку и герметизацию изделий, вызывает повышенный расход материала, затрудняет механизацию процесса. По этим причинам герметизация в вакуум-плотные корпуса с использованием неорганических материалов применяется в тех случаях, когда к изделиям предъявляются особенно жесткие требования. Пленочные защитные покрытия имеют малую толщину (0,5. ..10 мкм) и используются для стабилизации параметров полупроводниковых приборов и ИС на стадии производства.

Герметизация изделий. Бескорпусная герметизация проводится путем нанесения различными методами тонких и сверхтонких покрытий из неорганических и органических материалов. Пленки из неорганических материалов, обладая малой толщиной, значительной пористостью и низкой механической прочностью, выполняют в основном защитно-пассивирующие функции, т. е. подавляют химическую активность поверхностей при контакте с окружающей средой. Однако высокая чистота этих материалов и возможность стабилизации параметров деталей позволяют их широко использовать как промежуточные слои перед нанесением дополнительных полимерных покрытий или перед герметизацией в корпусах.

Практически все пленки из неорганических материалов можно получать методами испарения в вакууме, что обеспечивает их химическую чистоту, позволяет избежать термического воздействия на изделия и применять материалы с высокой нагревостойкостью.

Герметизация изделий в вакуум-плотных корпусах из неорганических материалов приобрела особую значимость в связи с переходом на производство бескорпусных компонентов и микросборок, которые на сборку ячеек и блоков поступают только с кратковременной технологической защитой. Она характеризуется: повышенной надежностью при хранении и эксплуатации за счет заполнения полостей корпусов инертным газом и обеспечения нормального теплового режима; ремонтопригодностью; возможностью гибкого сочетания общей герметизации с локальной бескорпусной герметизацией наиболее ответственных элементов и технологической защитой навесных и пленочных элементов; экономичностью,

13.9. Технологическая схема герметизации в корпусах из неорганических материалов

Полые влагозащитные оболочки позволяют освободить защищаемые компоненты от механического контакта с оболочкой, что обеспечивает работу в более широком диапазоне температур и исключает химическое взаимодействие оболочки и защищаемого компонента. Полые оболочки, особенно из неорганических материалов, обеспечивают более высокую надежность влагозащиты, но имеют значительные габариты, массу, стоимость. Наиболее эффективно использование полых оболочек для групповой герметизации бескорпусных компонентов в составе блока. Это объясняется уменьшением длины герметизирующего шва (по сравнению

Монолитные оболочки можно использовать для защиты элементов и узлов от влаги на этапе изготовления и сборки (пленочные оболочки) или для защиты их при эксплуатации (толстостенные оболочки). Пленочная защита не может служить конструктивной основой для крепления внешних выводов, а является лишь технологической защитой компонентов (см. 1.19) до герметизации их в монолитных (полых) оболочках или до сборки в узлы с общей герметизацией. Пленочные оболочки выполняются из органических и неорганических материалов и имеют толщину (для различных способов защиты от влаги) 0,2...20 мкм.

Значительно уменьшить габариты и массу модулей можно используя гибкие платы на основе перспективных полимерных материалов (см. табл. 7.4). Для увеличения диэлектрической проницаемости применяют композиционные материалы (смесь органической основы с порошком неорганических материалов), имеющие большое значение е (для материала ПТ5 е«5, для материала Duroid-6010 e=10,5±0,26, для материала Epsilam 10 — около 10 и т. д.). Уменьшить габариты модулей СВЧ можно, применяя эластичные подложки микросборок из полимерных материалов (табл. 7.10), выполненные с учетом формы корпуса, например в виде цилиндра.

Существуют и материалы со свойствами, промежуточными между свойствами органических и неорганических материалов: это злемептооргашпескке материалы, з молекулы которых, помимо атомов углерода, входят атомы других элементов, обычно не входящих в состав органических веществ и более характерных для неорганических материалов: Si, Al, P и др.

В последнее время также получает распространение изоляция из неорганических материалов, к которой следует отнести стеклоткани, сотканные из волокон толщиной 4—6 мкм. Их исходным материалом является бесщелочное стекло. Стеклоткани не гигроскопичны и не чувствительны почти ко всем кислотам, обладают большой теплостойкостью и теплопроводностью. Допустимая температура стеклоткани ограничивается свойствами пропиточных материалов. Исходным материалом классов В, F, Н и С являются стекловолокно, слюда и асбест. Эти классы различаются в зависимости от вида применяемых связывающих пропитывающих составов. Материалы, в которых применяются органические лаки и смолы повышенной нагревостойкости, принадлежат к классу В; их допустимая температура нагрева составляет 130° С. В случае применения синтетических связующих составов материалы относятся к классу F, их допустимая температура нагрева 155°; при пропитывании кремнийорганическими связующими составами — к классу Н, имеющему допустимую температуру нагрева 180°. Материалы без примеси связующих веществ принадлежат к классу С, допустимая температура которого не ограничивается.