Композиционные материалы

Композиционные материалы, как и контактолы, являются многофазными системами, которые представляют один или несколько порошкообразных компонентов, например, металлы их окиды или другие соединения, диспергированные в растворе полимера или расплаве стекла.

Варьируя состав смеси и соотношение компонентов, можно менять свойства композиционных материалов в очень широких пределах.

Композиционные материалы применяют в настоящее время в толстопленочной микроэлектронике для изготовления проводниковых, резистивных и емкостных элементов.

Используется технология трафаретной печати с последующим вжиганием в диапазоне температуры 500-1000°С.

При этом композиционным материал изготавливается в виде паст, для чего в его состав вводится временное органическое связующее.

Существуют проводниковые пасты, резистивные пасты, и припойные пасты.

Проводниковые пасты состоят из мелкодисперсных порошков металлов и стеклянной массы, диспергированных в органических связующих. Органическое связующее выполняет свою основную функцию в процессе нанесения пасты, а затем выгорает при обжиге.

Комбинация же основных двух компонентов пасты – металла и стекла – определяет такие важные свойства, как проводимость, возможность пайки, адгезия к подложке, совместимость с резистивными, диэлектрическими составами и др.

Резистивные пасты также являются многокомпонентными композициями, содержащими функциональную фазу (оксиды или другие соединения металлов), неорганическое связующее (стекло) и временную технологическую добавку, обеспечивающую необходимый комплекс реологических свойств. Вариации качественного состава и количественного соотношения компонентов позволяют создавать материалы с различными свойствами.

Припойные пасты – композиционные материалы, представляющие собой мелкодисперсные порошки припоев, диспергированные во флюсе с добавлением органического связующего. Применяются для монтажа навесных элементов при производстве толстопленочных микросхем. Технологический процесс пайки с помощью припойных паст заключается в нанесении пасты методом трафаретной печати или специальным шприцем на подлежащие обслуживанию проводящие слои на диэлектрической подложке, размещение навесных элементов, оплавление припойной пасты и отмывка подложки от остатков флюса и органического связующего припойной пасты.

2.5.13 Провода и кабели

Обмоточные провода предназначены для изготовления обмоток электрических машин, аппаратов и различных приборов. По материалам применяемым для изготовления токопроводящих жил, они делятся на медные, алюминиевые и из сплавов сопротивления. Выпускаются также провода с проводниками из драгоценных металлов, биметаллов и специальных сплавов, в частности сверхпроводящих, но объем их выпуска незначителен и используются они в основном в изделиях, работающих в специфических условиях (высокая или низкая температура, вакуум, агрессивные среды).По видам изоляцию обмоточных проводов можно классифицировать следующим образом: эмалевая, волокнистая и эмалево-волокнистая, бумажная, пластмассовая, включая пленочную, стекловолокнистая, стеклоэмалевая и сплошная стеклянная.

Монтажные провода состоят и алюминиевых или медных жил, покрытых изоляционной резиной или полихлорвиниловым пластикатом, а также хлопчатобумажной, шелковой или капроновой пряжей и синтетической пленкой. Монтажные провода выпускают с лужеными медными жилами, что облегчает пайку проводов. Для распознавания монтажных проводов их изоляционные оболочки окрашивают в разные цвета.

Установочные провода и шнуры служат для распределения электрической энергии, а также для присоединения электродвигателей, светильников и других потребителей тока к сети. Токопроводящие жилы установочных проводов и шнуров изготавливают из медной и алюминиевой проволоки. Для обеспечения большей гибкости жилы шнуров и некоторых типов проводов являются многопроволочными. Шнуры выпускают двухжильными, т.е. состоящими из двух изолированных и свитых друг с другом жил. Шнуры изготаливают на напряжение до 220 В переменного тока.

Для воздушных линий электропердачи выпускаются неизолированные провода из меди, алюминия, алюминиевых сплавов, а также сталеалюминиевые провода, которые изготовляются путем скрутки из отдельных элементарных проволок. В некоторых случаях для повышения стойкости проводов к атмосферным воздействиям их поверхность покрывают термостойкой смазкой. Медные провода (марки М) выпускаются в диапазоне сечений 4-400 мм2 с числом проволок от1 до 37; алюминиевые (марки А) – 16-800 мм2 с числом проволок от 7 до 61; из алюминиевого упорядоченного сплава (марки Ап) – 16 -185 мм2 с числом проволок от 7 до 19.

Силовые кабели применяют для передачи и распределения электрической энергии. Токопроводящие жилы кабелей изготавливают из мягкой медной проволоки (марки ММ), а также из алюминиевой мягкой или твердой проволоки (марки АМ и АТ).

Токопроводящие жилы до 16 мм2 включительно изготавливают однопроволочными. Начиная с сечения 25 мм2 и выше жилы кабелей изготавливают многопроволочными, что необходимо для обеспечения определенной гибкости кабелей.

Сечения токопроводящих жил могут иметь круглую, сегментную или секторную форму. В одножильных кабелях применяют жилы круглой формы, в двухжильных – круглой и сегментной, а трех- и четырехжильных кабелях – секторной.

Для передачи и распределения электрической энергии в установках с напряжением до 500, 3000 и 6000 В переменного тока применяют кабели с резиновой и пластмассовой изоляцией.

На напряжение 1,3,5,20,35 кВ м выше выпускают силовые кабели с бумажной пропитанной изоляцией.

Каждая из жил в кабеле имеет изоляцию, состоящую из нескольких слоев кабельной бумаги толщиной 0,125 или 0,175 мм, пропитанной вязким электроизоляционным составом из минерального масла и растворенной в нем канифоли.

Сопротивление проводников на высоких частотах

Вихревые токи (токи Фуко), возникающие в металлических проводниках, по которым течет переменный ток, направлены таким образом, что ослабевают ток внутри проводника и усиливают его вблизи поверхности. В результате высокочастотный ток оказывается распределенным по сечению проводника неравномерно — большая его часть сосредоточивается у поверхности проводника. Это явление называют скин-эффектом. Из-за скин-эффекта внутренняя часть проводников в высокочастотных цепях оказывается бесполезной. Поэтому в высокочастотных цепях проводники могут быть полыми.

Скин-эффект характеризуется глубиной проникновения электромагнитного поля в металлический проводник: чем выше частота поля, тем на меньшую глубину оно проникает в проводник. С увеличением глубины проникновения поля плотность тока уменьшается по экспоненте. Глубину, на которой амплитуда электромагнитной волны затухает до величины 1/е (до ~37 %) своего значения на поверхности проводника, называют глубиной проникновения поля Δ. Величина Δ зависит от частоты тока ω, удельной электропроводности γ и магнитной проницаемости μ:

где а — коэффициент затухания электромагнитной волны; μ 0 — магнитная постоянная.

Сопротивление проводника, вызванное скин-эффектом, можно оценить сопротивлением квадрата его поверхности Rs, Ом:

Rs = 1/ γ Δ

Откуда следует, что сопротивление Rs плоского проводника при скин-эффекте равно сопротивлению плоского проводника толщиной Δ при постоянном токе.

2.5.14 Резисторы. Система условных обозначений