9.3. Материалы для изготовления гпп, гпк и гжп

При изготовлении и эксплуатации ГПП, ГПК и ГЖП подвергаются климатическим, механическим воздействиям, а также воздействию агрес­сивных сред.

Выбор конструкции, материалов и технологических процессов изготов­ления ГПП, ГПК и ГЖП зависит:

• от электрических требований;

• от конструкторских требований;

• от условий и режимов эксплуатации;

• от эксплуатационных требований;

• от условий производства;

• от механических напряжений при сборке и эксплуатации; \

• назначения устройства с точки зрения максимального числа выдерживаемых циклов и радиуса изгиба в процессе эксплуатации;

• характера изгиба и деформации при сборке и эксплуатации: высоты между жесткими участками ГЖП при изменении формы, расстояния между жесткими участками, минимального радиуса изгиба, макси­мального числа изгибов и сложений, формы ГПП, ГПК и ГЖП в наиболее сложных условиях эксплуатации.

9.3.1. Изоляционные материалы для изготовления гпп, гпк и гжп

Поскольку в процессе эксплуатации или сборки ГПП, ГПК и ГЖП должны изгибаться и изменять форму, одним из требований, предъявляе­мых к материалам, из которых они изготовлены, является требование гиб­кости (задается числом циклов изгиба вокруг оправки, диаметр которой равен нескольким значениям толщины гибкого участка). Например, по во­енному американскому стандарту материал ПП должен выдерживать 25 циклов изгиба вокруг оправки с диаметром, равным 12-кратной толщи­не гибкого участка ГЖК. Поэтому к изоляционным материалам ГПК предъявляются следующие требования:

• устойчивость к перегибам и скручиванию, так как при этом может возникнуть отслоение и нарушение целостности проводящих участ­ков ГПК. При выборе изоляционного материала необходимо учиты­вать допустимое число перегибов при заданном радиусе изгиба, а также силу сцепления (адгезию) металлической фольги с диэлектри­ческим основанием;

• устойчивость к высоким температурам при изготовлении (в процессе пайки) и эксплуатации. Когда результирующая температура складыва­ется из максимальной температуры окружающей среды и температуры нагрева ГПК при максимально допустимой электрической нагрузке;

• минимальная диэлектрическая постоянная для обеспечения передачи высокочастотных сигналов;

• высокая электрическая прочность изоляции при различных климатических воздействиях;

• незначительные колебания диэлектрической постоянной и электри­ческой прочности изоляции при изменении частоты, давления и влажности;

• незначительная усадка материала особенно для ГПП и ГПК с высо­кой плотностью проводящего рисунка;

• высокая прочность при растяжении и надрыве, что необходимо для обеспечения целостности проводников;

• минимальное водопоглощение, что связано с электрической прочно­стью изоляции ГПК, возможностью расслаивания диэлектрика и об­разованием раковин;

• способность к равномерному травлению в сильных щелочных средах для получения отверстий в диэлектрическом слое и пассивность к действию растворов, применяемых в данном технологическом про­цессе;

• невоспламеняемость;

• способность к металлизации вакуумным напылением, химическим и электрохимическими методами для получения переходных металли­зированных отверстий малого диаметра (порядка 0,07...0,1 мм);

• высокое сопротивление изоляции при климатических воздействиях;

• малая масса;

• устойчивость к внешним воздействиям.

Для изготовления ГПП и ГПК, способных выдерживать многократные изгибы на 90° (в обе стороны от исходного положения) с радиусом 3 мм, применяют фольгированный лавсан, полиимид (фольгированный и нефольгированный), фторопласт, а также полиэтилен, полисульфон и др.

Для электронной аппаратуры общего назначения применяют диэлек­трики на основе полиэфирной {лавсановой пленки или полиэтилентерефталат), которые обладают следующими достоинствами:

• хорошие электроизоляционные характеристики;

• высокая устойчивость к перегибам;

• высокая прочность при растяжении и устойчивость к разрыву;

• низкое водопоглощение;

• хорошая адгезия пленки к фольге;

• устойчивость к агрессивным технологическим средам;

• низкая стоимость;

• рабочий диапазон температур -60 до +105°С;

• хорошая формуемость, поскольку они являются низкотемпературны­ми термопластами.

Однако этим диэлектрикам присущи и недостатки: низкая точка плав­ления; хрупкость при пониженной температуре.

В электрорадиоаппаратуре ответственного назначения для изготовле­ния ГПК используют фольгированный лавсан марки ЭФЛ, который обла­дает следующими достоинствами:

• выдерживает длительное пребывание в растворах электрохимическо­го никелирования и золочения;

• не подвержен подтравливанию адгезива и отслаиванию печатных проводников.

Фольгированный лавсан выпускается в рулонах, что позволяет механи­зировать процесс обработки.

Фольгированный и нефольгированный полиимид применяется в ЭА ответ­ственного назначения, работающей при высоких температурах, для изго­товления ГПП, ГПК, ГЖП, а также МПП, лент-носителей интегральных схем (ИС) и больших гибридных интегральных схем (БГИС) с числом вы­водов до 1000.

Достоинствами полиимидов является:

• высокое удельное объемное и поверхностное сопротивление;

• низкое значение диэлектрической проницаемости (на f= 1 МГц, ε= 3,5);

• высокая теплостойкость;

• высокая механическая прочность при малой толщине и эластич­ность;

• линейная стабильность размеров;

• широкий диапазон рабочих температур (4...673 К);

• стабильность электрических и физико-химических свойств при изме­нении температуры в широком диапазоне;

• высокая прочность на разрыв при изменении температур от 473 до 673 К;

• негорючесть до 773 К;

• химическая устойчивость по отношению к органическим растворите­лям и кислотам;

• ТКЛР полиимида, равный 20,0 • 10^-б, К^-1, близок к ТКЛР металлов, применяемых при изготовлении печатных проводников и выводов ЭРИ-меди (16,6 • 10^-6, К^-1) и алюминия (23,6 • 10^-6, К^-1), что умень­шает внутренние механические напряжения и напряжения в местах пайки выводов ЭРИ и ПМК;

• высокая электрическая прочность (28 • 10^-9 Вт/мм);

• химическая стойкость;

• температурная устойчивость (не теряет гибкость при температуре жидкого азота -196 °С);

• высокая радиационная устойчивость;

• высокое временное сопротивление на разрыв (1,75 • 10^-8 Па);

• способность к равномерному травлению в сильных щелочных средах;

• минимальные газовыделения в вакууме при высоких температурах. К их недостаткам можно отнести:

• повышенное влагопоглощение (около 3 %), которое может привести к деструкции пленки при пайке;

• высокая стоимость;

• низкая адгезия к полиимидной пленке металлов, клеев и мастик;

• относительно низкая стабильность линейных размеров;

• относительно низкая электрическая прочность (для ПМ-1 марка А);

• ограниченное использование в СВЧ технике из-за нестабильности диэлектрических параметров.

Фторопласт отличается высокими диэлектрическими свойствами, мало зависящими от температуры, химической стойкостью к агрессивным хими­ческим средам (концентрированным кислотам, щелочам, сильным раство­рителям даже при высоких температурах); не смачивается водой, не набу­хает, не растворяется ни в одном растворителе, не горит, хорошо обраба­тывается резанием, интервал рабочих температур лежит в диапазоне от -250 до +250 "С.

Наиболее широко в качестве материала основания ГЖП применяют:

• полиимид;

• полиимид с адгезионным слоем;

• стеклоэпоксид, толщиной порядка 0.1 мм, который обладает мень­шей гибкостью по сравнению с полиимидом, но имеет низкую стои­мость.

Марки некоторых материалов для изготовления ГПП, ГПК и ГЖП представлены в табл. 9.2.4. Зарубежные торговые марки полиимида — Kapton, Upilex, Novax, Apical, Espanex; лавсановых пленок — Melinex, Mylon, Luminor, Celanar.

САФ — склеивающий материал с регулируемой текучестью, который используется при изготовлении ГЖП, обладает адгезией как к стеклотек­столиту, так и к полиимиду.

Таблица 9.2.4.

Материалы гибких ПП, ГПК и ГЖП

Материал	Марка	Толщина, мм
Лавсан фольгированный	ЛФР	-
Лавсан фольгированный	ЛФ-1 (фольга 35, 50 мкм)	0,05; 0,1
Полиимид фольгированный	ПФ-1, ПФ-2 (фольга 35 мкм)
Полиимид нефольгированный	ПИ-40 А	0,040
Полиимид фольгированный	ПФМ-Ц2) (фольга 18, 35, 50, 105 мкм)	-
Лавсан фольгированный	ФДЛ-1 (фольга 35, 50 мкм)	0,02; 0,05
	ФДЛ-100 (фольга 35, 100 мкм)	0,1
	ЭФЛ-1 (фольга 35, 50 мкм)	0,02; 0,05
	ЭФЛ-100 (фольга 35 мкм)	0,1
Диэлектрик фольгированный тонкий	ФДМ-1А, ФДМ-2А, ФДМ-1Б, ФДМ-2Б	0,1; 0,13; 0,16; 0,2
Фольгированный диэлектрик для микроэлектронной аппаратуры	ФДМЭ-1А (1Б), ФДМЭ-2А (2Б)	0,15; 0,20; 0,23; 0,30
Фольгированный армированный фто­ропласт	ФАФ-4Д	-
Стеклотекстолит теплостойкий с алю­миниевым протектором	СТПА-5-1, СТПА-5-2	0,1; 0,12; 0,15; 0,2; 0,25
Стеклоткань с эпоксидной пропиткой	СПТ-3	0,025; 0,1
Полиимид фольгированный	Элифом-ПФ-1, Элифом-Ф-2	-
Покрывная пленка	Элифом-ППП	-
Склеивающая пленка	Элифом-ППС	-
Стеклоткань прокладочная	САФ	0,025...0,062

Кроме вышеупомянутых при изготовлении ГПК (ГПП) применяются также и другие изоляционные материалы, которые обладают определенны­ми преимуществами и недостатками.

Стеклоткань, пропитанная эпоксидной смолой. Достоинства:

• хорошие электрофизические характеристики;

• стабильность геометрических размеров после травления фольги с пробельных мест;

• высокая прочность на растяжение;

• устойчивость к высоким температурам (пайка).

Недостатки:

• нестойкость к перегибам ГПК;

• значительные диэлектрические потери;

• недостаточный нижний предел рабочих температур (253 К).

• Полисульфонные пленки

Достоинства:

• хорошие электрофизические свойства, независящие от температуры;

• высокая верхняя рабочая температура 533 К;

• способность к металлизации;

• устойчивость в различных химических средах.

Недостатки:

• деструкция пленок при климатических воздействиях.

Арамидный ламинат

Достоинства:

• высокая теплостойкость (523 К);

• стабильность электроизоляционных и механических свойств при на­греве до 523 К;

• стабильность геометрических размеров;

• высокие электрофизические свойства;

• химическая стойкость к растворителям;

• радиационная устойчивость.

Недостатки:

• низкий предел прочности на разрыв;

• повышенное влагопоглощение;

• значительная пористость.

• Пленки на основе силиконового каучука

Достоинства:

• высокая теплостойкость (573 К);

• широкий диапазон рабочих температур (203...573 К);

• радиационная стойкость;

• устойчивость к УФ-излучению;

• влагоустойчивость;

• устойчивость к действию соляного тумана;

• возможность создания ГПК с высокой плотностью рисунка;

• возможность использования для работы в динамическом режиме.

Недостатки:

• низкая прочность на растяжение.

• Полиолефиновые и полифторолефиновые пленки

Достоинства:

• диэлектрическая проницаемость менее 2,5 при частоте 1 МГц;

• тангенс угла диэлектрических потерь 5 • Ю^-4;

• низкая стоимость.

Недостатки:

• низкая теплостойкость;

• нестабильность геометрических размеров;

• низкая стойкость к химическим реактивам; незначительная прочность сцепления фольги с материалом.

Полиэфиримидные пленки. Достоинства:

высокая теплостойкость (643К);

возможность металлизации;

свойства аналогичные полиимиду, но проще и экономичнее в изго­товлении.

Поливинилхимоксалиновые пленки

Достоинства:

• высокая теплостойкость;

• хорошие электрофизические свойства;

• высокие; механические свойства;

• негорючие.

Недостатки:

• водопоглощение порядка 1,5 %.

• Полиизоциануратные пленки

Достоинства:

• высокие диэлектрические свойства;

• стабильность геометрических размеров;

• высокие механические свойства;

• хорошая штампуемость;

• высокая механическая прочность;

• устойчивость к температуре (пайка);

• хорошая адгезия меди с пленкой;

• незначительное водопоглощение.

• Диэлектрик на основе поликарбоновой кислоты

Достоинства:

• высокая теплостойкость 548 К;

• стабильность электрофизических и механических свойств при низ­ких температурах;

• более влагостоек, чем полиимид;

• в два раза дешевле полиимида.

Полиэтилен >

Достоинства:

• высокая химическая стойкость;

• высокие электрофизические свойства;

• гибкость;

• хорошая обрабатываемость.

Недостатки:

• низкая термостойкость;

• склонность к атмосферному старению;

• плохая адгезия к фольге.

• Поливинилхлорид и полипропилен.

Достоинства:

• высокие электрофизические свойства.

Недостатки:

• низкая рабочая температура (358 и 398 К);

• неустойчивость к вибрациям, грибкам и низким температурам;

• нестабильность геометрических размеров.