XV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2023

Электроизоляционные эмалевые покрытия для современной электронной техники

Авиационная промышленность и специальная электронная техника для современного авиа- и ракетостроения получили колоссальное развитие в начале XXI века. Для придания материалам определенных функциональных свойств перспективным является использование эмалей на основе стекол различных составов, а также стеклокерамических покрытий [1]. Наибольший интерес представляют эмали, наносимые на поверхность подложки из стекла и керамики, а также ситаллов. Стекло также может быть использовано и в качестве наполнителя для композиционных материалов [2]. Так, ввиду диэлектрической природы стекла, возможно его использование в сфере микроэлектроники для создания толстопленочных конденсаторов и резисторов с улучшенными электрическими свойствами [1].

Рассмотрим синтез легкоплавких стабильных стекол для нанесения электроизоляционных эмалевых покрытий на подложки из стекла, керамики и ситаллов, применяющихся в современной микроэлектронике.

Основным критерием при выборе компонентов при синтезе эмалей для подложек из стекла и стеклокерамики является возможность получения эмалевых покрытий, совместимых с материалом подложки. Материалы подложек обладают следующими характеристиками:

листовое стекло

– температура начала деформации 600°С;

– температурный коэффициент линейного расширения 8,9·10-7 К^-1;

– удельное электросопротивление при 100°С 10¹³ Ом·см.

корундовая керамика марки 22ХС

– температурный коэффициент линейного расширения 6,5·10-6 К^-1;

– удельное электросопротивление при 100°С 10¹³ Ом·см.

На основании анализа свойств материалов подложек выявлено, что для синтеза электроизоляционных эмалей необходимо получить стекла с температурой формирования в интервале 450–600°С и значениями температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛР) α=(6,0–9,0)·10-6 К^-1 [1].

Для синтеза электроизоляционных эмалевых покрытий для подложек из стекла наиболее пригодными являются эмали на фосфатной и боратной основах, не содержащие токсичных компонентов.

Известны высокие электроизоляционные свойства боратных стекол и превосходство боратных стеклообразных систем по электрическим свойствам относительно силикатных систем.

Как фосфатные, так и боратные стекла отличаются легкоплавкостью, а также обладают рядом специфических свойств. Фосфатное стекло устойчиво к воздействию кислот – это свойство не характерно для эмалей с низкой температурой формирования. Фосфатные стекла также обладают высоким показателем преломления и способностью накопления электрического заряда. Недостаток фосфатных стекол – неустойчивость к воздействию щелочей. В ходе анализа была изучена химическая стойкость к щелочам эмалевых покрытий различных составов. Специфическим свойством боратных стекол является их способность поглощать медленные нейтроны. Боратные стекла также обладают высокой рентгенопрозрачностью. Борный ангидрид устойчив к воздействию паров щелочных металлов.

При синтезе электроизоляционных эмалевых покрытий на основе фосфатных стекол на электросопротивление положительно влияет введение в состав небольшого количества Al₂O₃, встраивающегося в структурную сетку и увеличивающего электроизоляционные свойства, в отличие от силикатного стекла, где встраивание в кремнекислородный тетраэдр приводит к обратному результату [1].

Известно, что фосфатные стекла обладают меньшей химической стойкостью к щелочам и воде. Благоприятно влияет на химическую стойкость введение оксида цинка ZnO, при увеличении его содержания наблюдается уменьшение электропроводности стекол. Это явление объясняется участием ионов Zn²⁺ в построении структурного каркаса стекла при воздействии щелочей путем образования [ZnO₄]^-тетраэдров. В составе стекла обязательно присутствие по крайней мере двух оксидов щелочных металлов, так как содержание лишь Li₂O приводит к расстекловыванию, содержание только Na₂O уменьшает химическую стойкость, содержание только K₂O повышает температуру начала деформации (Т_н.д) до нежелательного уровня.

Из всего выше сказанного можно сделать вывод, что для синтеза электроизоляционных эмалей наиболее пригодны фосфатная и цинкоборосиликатная стеклообразующие системы [1].

Полученные при синтезе эмали обладают высокими электроизоляционными свойствами, сопоставимыми с показателями подложки. Максимальное поверхностное сопротивление образцов составляет 7,29·10¹⁴ Ом·см.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Солнцев С. С., Соловьева Г. А., Денисова В. С. Электроизоляционные эмалевые покрытия для современной электронной техники // Электронный научный журнал "ТРУДЫ ВИАМ". - 2014. - № 9; URL: http://viam-works.ru/ru/articles?art_id=714 (дата обращения: 14.05.2022);

Стеклокерамика [Электронный ресурс] / Информационный портал Stekloport – Режим доступа: https://www.stekloport.ru/articles/Glass_ceramic_ru.php свободный – Загл. с экрана;