Termoset Plastik İstehsal Prosesi və Elektronika Sənayesində Tətbiqi
Termoset plastikləri (və ya termosetlər) qızdırıldıqda və ya kataliz edildikdə daimi kimyəvi dəyişikliklərə məruz qalan və üçölçülü şəbəkə strukturu (çarpaz keçid) əmələ gətirən polimerlər qrupudur. Dəfələrlə əridilə və yenidən forma verilə bilən termoplastiklərdən fərqli olaraq, "sərtləşdikdən" sonra termoset plastikləri parçalanmadan yenidən əridilə bilməz. Bu xüsusiyyət, termoset plastiklərini yüksək istilik müqaviməti, ölçülü sabitlik və yaxşı elektrik müqaviməti tələb edən tətbiqlər üçün xüsusilə üstün edir - bu xüsusiyyətlər elektronika sənayesində çox vacibdir.
Termoset Plastiklərinin Əsas Xüsusiyyətləri
İstehsal prosesini müzakirə etməzdən əvvəl, elektronikada termosetin niyə geniş istifadə olunduğunu anlamaq vacibdir:
1. İstiliyə davamlıdır və asanlıqla yumşalmır: Bərkidikdən sonra material bir çox termoplastikdən daha yüksək işləmə temperaturlarında sabit qalır.
2. Yüksək ölçülü sabitlik: Daha aşağı büzülmə və deformasiya, dəqiq komponentlər üçün vacibdir.
3. Yaxşı elektrik izolyasiya xüsusiyyətləri: Bir çox termoset qatranları yüksək dielektrik möhkəmliyə və yüksək müqavimətə malikdir.
4. Kimyəvi və nəmə davamlılıq: Dövrələri korroziyadan və ya nəm mühitdən qorumaq üçün uyğundur.
5. Mexaniki möhkəmlik və sərtlik: Ümumiyyətlə daha sərt olur, xüsusən də liflərlə (məsələn, şüşə lif) möhkəmləndirildikdə.
Termosetinqin məşhur nümunələri: epoksi, fenol (bakelit), melamin formaldehid, karbamid formaldehid, doymamış poliesterlər və termosetinq poliuretanları.
-
Termoset Plastik İstehsal Prosesinin Ümumi Mərhələləri
Qətranın növündən asılı olaraq dəyişsə də, ümumiyyətlə termoset məhsullarının hazırlanması prosesi aşağıdakı mərhələlərdən keçir.
1. Qatran Formulu: Materialın "Resept"inin Müəyyənləşdirilməsi
Proses əsas qatran və bərkidici/bərkidici maddənin seçilməsi ilə başlayır. Bu mərhələdə istehsalçılar xüsusiyyətləri tənzimləmək üçün əlavələr də əlavə edirlər:
– Silisium, kalsium karbonat, alüminium trihidrat kimi doldurucular: möhkəmliyi artırır, xərcləri azaldır, istilik xüsusiyyətlərini yaxşılaşdırır.
– Şüşə lif, karbon lif, aramid kimi möhkəmləndiricilər (möhkəmləndiricilər): dartılma möhkəmliyini və zərbəyə davamlılığı artırır.
– Alov gecikdirici: elektron təhlükəsizlik standartları üçün vacibdir (məsələn, UL 94).
– Piqmentlər: rəng və komponentlərin identifikasiyası.
– Katalizator/sürətləndirici: bərkimə reaksiyasını sürətləndirir.
– Plastikləşdirici (müəyyən formulalarda): elastikliyi tənzimləyir.
– Birləşdirici maddə: qətran və doldurucu/möhkəmləndirici arasındakı əlaqəni artırır.
Bu formulasiya elektronika sənayesində çox vacibdir, çünki komponentlər lehimləmə istiliyinə davamlılıq, dielektrik performans və nəmə davamlılıq kimi ciddi tələblərə cavab verməlidir.
2. Qarışdırma və qazsızlaşdırma
Qatran, bərkidici, doldurucu və aşqarlar sənaye qarışdırıcısı (planetar qarışdırıcı, yüksək kəsicili qarışdırıcı və ya müəyyən sistemlər üçün iki vintli ekstruder) istifadə edilərək qarışdırılır. Elektronika tətbiqləri üçün hava qabarcıqlarını çıxarmaq üçün tez-tez vakuum deqazasiyası aparılır. Qabarcıqlar mexaniki zəif nöqtələr ola bilər və elektrik nasazlıqlarına səbəb ola bilər (məsələn, izolyatorlarda qismən boşalma).
3. Qəlibləmə/Formalaşdırma
Adətən əridilən və sonra yeridilən termoplastiklərdən fərqli olaraq, termoset qətranları nisbətən maye/özlülük halında və ya preform şəklində (məsələn, sıxılma qəlibləmə üçün dənəvər/qranul şəkilli birləşmələr) əmələ gəlir. Ümumi qəlibləmə üsullarına aşağıdakılar daxildir:
a. Sıxılma Qəlibləmə
Termoset materialları (məsələn, fenol qəlibləmə birləşmələri) isti qəlibə yerləşdirilir və sonra preslənir. İstilik və təzyiq məhsul sərtləşənə qədər bərkiməyə səbəb olur.
– Üstünlükləri: açarlar, müəyyən korpuslar və izolyatorlar kimi elektrik komponentləri üçün uyğundur.
– Dezavantajları: proses dövrü termoplastik enjeksiyon qəlibləməsindən daha uzun ola bilər.
b. Transfer Qəlibləmə
Sıxılma qəlibləməsinə bənzər şəkildə, material qazanda qızdırılır və sonra kanallar vasitəsilə qəlib boşluğuna "ötürülür". Bu üsul, epoksi qatran qəlibləmə birləşmələrindən istifadə edərək yarımkeçirici komponentlərin (IC qablaşdırma) kapsullaşdırılması üçün geniş istifadə olunur.
– Üstünlüklər: mürəkkəb formalar üçün daha bərabər qəlib doldurma.
– İnterfeys paketləri, diodlar, tranzistorlar üçün çox aktualdır.
c. Reaksiya Enjeksiyon Qəlibləmə (RIM)
İki və ya daha çox maye komponent (məsələn, poliuretan) qarışdırılır və qəlibə yeridilir, orada reaksiyaya girir və içəridə bərkiyir.
– Möhkəmlik və yüngüllüyün kombinasiyasını tələb edən komponentlər üçün uyğundur.
– Ətraf mühitə davamlılıq tələb edən bir neçə elektron hissədə istifadə olunur.
d. Laminasiya və Emprenye
FR-4 (epoksi + şüşə lif əsaslı PCB substratı) kimi materiallar üçün proses şüşə lif parçasının epoksid qatranı (prepreq) ilə hopdurulmasını, sonra təzyiq və istiliklə laminasiya edilməsini əhatə edir.
– Çıxış: yaxşı dielektrik xüsusiyyətlərə və istiliyə davamlılığa malik PCB üçün laminat təbəqə.
4. Bərkitmə: Termosetinqin mahiyyəti
Bərkimə, qətranın daimi, sərt bərk maddəyə çevrilməsinə səbəb olan çarpaz əlaqə prosesidir. Bərkimə aşağıdakılar tərəfindən tetiklenebilir:
– İstilik (termik bərkimə)
– Katalizator/sürətləndirici
– UB şüalanması (bəzi xüsusi qətranlar üçün, məsələn, müəyyən tətbiqlərdə UB ilə bərkiyən epoksi qatranı)
– İstilik və zamanın kombinasiyası (maksimum xüsusiyyətlərə nail olmaq üçün bərkimə sonrası proses tez-tez aparılır)
Mühüm bərkimə parametrləri:
– Kalıp/soba temperaturu
– Bərkimə müddəti
– Təzyiq (qəlibləmə üçün)
– Qatran: sərtləşdirici nisbəti
– Ekzotermik reaksiyalar nəticəsində yaranan boşluqların və ya çatların qarşısını almaq üçün isitmə profili (ramp-up)
Elektronika sənayesində bərkiməyə nəzarət keyfiyyəti müəyyən edir: qeyri-kafi bərkimə delaminasiyaya, çatlamağa, qalıq qoxulara və ya elektrik izolyasiyasının azalmasına səbəb ola bilər.
5. İşlənmə, emal və keyfiyyətə nəzarət
Bərkidildikdən sonra komponentlər aşağıdakılara keçə bilər:
– kəsmə (ani kəsmə)
– qazma/emal (laminatlarda və ya müəyyən komponentlərdə)
– əlavə örtük və ya örtük
– ölçülü və vizual yoxlama
Elektronika üçün keyfiyyətə nəzarət tez-tez aşağıdakıları əhatə edir:
– dielektrik möhkəmlik testi
– izləmə və qövs müqaviməti testi
– İstiliyə davamlılıq testi
– nəm udma testi
– etibarlılıq testi (termal dövriyyə testi, vibrasiya testi, yaşlanma testi)
-
Elektronika Sənayesində Termoset Tətbiqləri
1. Yarımkeçiricilərin Kapsullaşdırılması və Qablaşdırılması
Epoksi qatranı inteqral sxemlər üçün üstünlük verilən qəlibləmə birləşməsidir. Onun funksiyaları aşağıdakılardır:
– çipləri və tel birləşmələrini nəmdən, tozdan və zərbələrdən qoruyur
- mexaniki sabitlik təmin edir
– istilik yayılmasına kömək edir (xüsusən də alüminium oksidi kimi istilik keçirici doldurucu ilə əlavə edildikdə)
Transfer qəlibləmə ən çox IC paketlərinin kütləvi istehsalı üçün istifadə olunur.
2. PCB (Çap Dövrə Lövhəsi) Substratı
FR-4 epoksi-şüşə lifli laminat sənaye standartıdır. Onun üstünlükləri:
– yüksək elektrik izolyasiyası
– yaxşı ölçülü sabitlik
– istiliyədavamlı lehimləmə prosesi
– komponentləri dəstəkləmək üçün kifayət qədər mexaniki möhkəmlik
FR-4-dən əlavə, sadə elektronika üçün fenol əsaslı laminatlar da mövcuddur (daha qənaətcildir), baxmayaraq ki, onların performansı daha aşağıdır.
3. Saksı və Konformal Örtük
Termoset enerji təchizatı, LED sürücüləri, sensorlar və ya avtomobil modullarında qatran dövrələrini doldurmaq (doldurmaq və "möhürləmək") üçün istifadə olunur. Onun üstünlükləri aşağıdakılardır:
– su, vibrasiya və kimyəvi maddələrdən qorunma
– fiziki girişin qarşısının alınması (müdaxilə əleyhinə)
– izolyasiyanı artırır və qısaqapanma riskini azaldır
4. İzolyator Komponentləri və Elektrik Avadanlıqları
Fenol, melamin və ya epoksi qatranları aşağıdakılar üçün istifadə olunur:
– açar korpusu
– terminal bloku
– izolyator
– istilik müqaviməti və qövs müqaviməti tələb edən hissələr
Termosetlər üstündür, çünki yerli temperatur artdıqda yumşalmırlar.
5. Elektron Yapışdırıcı
Termoset epoksidləri də aşağıdakı kimi istifadə olunur:
– komponentlər üçün struktur yapışdırıcı
– istilik dövranına qarşı müqaviməti artırmaq üçün BGA/CSP-nin az doldurulması
– bir neçə növ yarımkeçirici paketə yapışdırıcı yapışdırılır
-
İnkişaf Çətinlikləri və Trendləri
Üstünlüklərinə baxmayaraq, termosetin məhdudiyyətləri var: mexaniki olaraq təkrar emal etmək çətindir, çünki yenidən əridilə bilməz. Hal-hazırda sənaye aşağıdakı istiqamətlərdə irəliləyir:
– aşağı VOC tərkibli və daha ekoloji cəhətdən təmiz formulasiya
– yenidən emal edilməsi daha asan olan bağları ayırma qabiliyyətinə malik termosetlər və ya dinamik şəbəkələr (vitrimerler)
– yüksək güclü cihaz tələbləri üçün artan istilik keçiriciliyi
– yeni nəsil yarımkeçirici paketlərdə çatlamanın qarşısını almaq üçün daxili gərginliyin azaldılması
-
Nəticə
Termoset plastiklərinin istehsal prosesi qətran formulasiyasına və bərkiməsinə əsaslanır ki, bu da daimi çarpaz əlaqəli strukturla nəticələnir. Sıxılma qəlibləmə, transfer qəlibləmə, RIM və laminasiya kimi qəlibləmə üsulları termosetlərin elektronikada - IC qablaşdırmasından və PCB-lərdən modul qablaşdırmasına və hətta izolyasiya komponentlərinə qədər geniş tətbiq tapmasına imkan verir. Müasir elektronika getdikcə daha çox istiliyə davamlılıq, ətraf mühitin qorunması və ölçülü sabitlik tələb etdiyi üçün termoset əsas material olaraq qalır və daha yüksək səmərəlilik və dayanıqlılıq üçün innovasiyanı irəli sürür.
İstəsəniz, bu məqaləni daha texniki bir versiyaya (bərkimə parametrləri, epoksid sərtləşdirici növləri və ya UL/IPC standartları nümunələri ilə) və ya ümumi oxucular üçün daha populyar bir versiyaya uyğunlaşdıra bilərəm.
