Wstęp
Żywice fenolowe klasy elektronicznejsą stosowane w wybranych zastosowaniach w zakresie laminatów elektrycznych i elektronicznych oraz izolacji. Pomyślna integracja z metalami, ceramiką lub polimerami zależy od stanu utwardzenia żywicy, stanu podłoża, sposobu łączenia i wymagań aplikacji.
„Wiązanie” nie opisuje jednego uniwersalnego mechanizmu.Systemy żywic fenolowychmożna integrować z innymi materiałami różnymi drogami, w szczególności poprzez laminowanie podczas utwardzania lub wtórne łączenie klejem po całkowitym utwardzeniu. Wiązalność jest zatem zależna od zastosowania i powinna być oceniana pod kątem konkretnego systemu żywicy, podłoża, procesu łączenia i warunków użytkowania.
Co oznacza „klasa elektroniczna”.
„Stan elektroniczny” to oznaczenie handlowe zorientowane na zastosowanie, a nie pojedyncza uniwersalna specyfikacja żywicy fenolowej. W zależności od zastosowania, gatunek żywicy może zostać określony pod kątem konkretnych wymagań elektrycznych, czystości, przetwarzania lub konsystencji. Dokładne wymagania różnią się w zależności od gatunku żywicy, zastosowania i specyfikacji klienta.
Żywice fenolowe klasy elektronicznej to fenolowe systemy termoutwardzalne powszechnie oparte na chemii fenolowo-formaldehydowej i opracowane do wybranych zastosowań elektronicznych (Knop i Pilato, 1985). W zależności od zastosowania specyfikacje mogą uwzględniać takie czynniki, jak czystość, zanieczyszczenie jonowe, właściwości elektryczne, zachowanie podczas przetwarzania i konsystencja partii.
Klejenie a laminowanie: dwie różne trasy łączenia
Droga łączenia zależy w dużym stopniu od stanu utwardzenia żywicy fenolowej. Należy rozróżnić dwa istotne przypadki: laminowanie z udziałem nieutwardzonych lub częściowo utwardzonych systemów żywic oraz łączenie wtórne z udziałem całkowicie utwardzonych podłoży fenolowych.
Laminowanie i współutwardzanie
W procesach laminowania nieutwardzone lub w fazie B systemy żywic fenolowych mogą zwilżać powierzchnię podłoża i tworzyć warstwę wiążącą podczas utwardzania. Żywica fenolowa w fazie B to pośredni, częściowo przereagowany stan termoutwardzalny, który zachowuje ograniczoną zdolność płynięcia przed końcowym sieciowaniem (Knop i Pilato, 1985; Odian, 2004).
Można stosować ciepło i ciśnienie w zależności od konkretnego procesu laminowania. Ważną różnicą jest to, że wypływ żywicy następuje przed całkowitym utwardzeniem. Po całkowitym usieciowaniu termoutwardzalny fenol nie topi się i nie płynie ponownie jak tworzywo termoplastyczne (Knop i Pilato, 1985; Odian, 2004).
Wtórne klejenie
Całkowicie utwardzone części fenolowe można także połączyć z innym podłożem przy użyciu kompatybilnego kleju wtórnego lub innej odpowiedniej metody łączenia. W przeciwieństwie do laminowania przed pełnym utwardzeniem, podejście to opiera się na oddzielnym interfejsie łączącym.
Wybór kleju zależy od podłoża fenolowego, drugiego podłoża, stanu powierzchni, środowiska pracy i wymagań aplikacji. Nie należy automatycznie zakładać, że system wiążący, który działa odpowiednio w przypadku jednej kombinacji materiałów, jest odpowiedni w przypadku innej kombinacji.
Wiązanie z metalami
W przypadku podłoży metalowych skuteczność wiązania zależy od drogi łączenia, stanu powierzchni, żywicy lub systemu klejącego oraz zamierzonego środowiska pracy. Ogólnyzachowanie adhezyjnejest pod silnym wpływem zwilżenia i stanu interfejsu (Wicks i in., 2007).
Kontekst laminatu pokrytego miedzią
Materiały izolacyjne na bazie żywicy fenolowej są stosowane w wybranych zastosowaniach laminatów elektrycznych, w tym w niektórych systemach laminatów pokrytych miedzią (Knop i Pilato, 1985). W tych systemach laminat izolacyjny można połączyć z folią miedzianą, która później może stanowić część obwodu elektrycznego.
Przewodnictwo elektryczne zapewnia obwód miedziany, a nie wiązanie żywica-miedź. Zamiast tego przyczepność pomiędzy folią miedzianą a laminatem przyczynia się do integralności mechanicznej i odporności na separację międzyfazową. Dlatego przewodność elektryczna i przyczepność międzyfazowa są odrębnymi kwestiami dotyczącymi wydajności.
Stan powierzchni metalowej
Czystość i stan powierzchni mogą mieć wpływ na zwilżanie i przyczepność. Odpowiednie kwestie mogą obejmować skład chemiczny powierzchni, topografię, zanieczyszczenie oraz stan warstw tlenkowych lub konwersyjnych, tam gdzie ma to zastosowanie (Wicks i in., 2007).
Nie ma uniwersalnego wymogu, aby przed klejeniem każda powierzchnia metalu była całkowicie wolna od tlenków. Odpowiedni stan powierzchni zależy od podłoża, konstrukcji interfejsu i metody łączenia.
Klejenie do ceramiki
Elektroniczne układy fenolowe można także łączyć z wybranymi podłożami ceramicznymi lub innymi nieorganicznymi. Skuteczne połączenie zależy od składu ceramiki, stanu powierzchni, topografii powierzchni, żywicy lub systemu klejącego oraz metody łączenia.
Powierzchni ceramicznych nie należy traktować jako pojedynczej kategorii z jedną uniwersalną charakterystyką energii powierzchniowej. Ich zachowanie na granicy faz różni się w zależności od składu materiału i stanu powierzchni. Podobnie jak w przypadku innych spojonych powierzchni, ważnym czynnikiem jest odpowiednie zwilżenie i odpowiednie warunki powierzchni.
Wiązanie z innymi polimerami
Łączenie układów fenolowych z innymi polimerami wymaga oceny chemii powierzchni, kompatybilności termicznej, zachowania zwilżającego i wybranej drogi łączenia. Adhezji polimer-polimer nie można przewidzieć na podstawie samej polarności. Zwilżanie, stan powierzchni, interakcje międzyfazowe, zgodność procesów i środowisko pracy mogą mieć wpływ na wydajność (Wicks i in., 2007).
Jest to szczególnie ważne, gdy całkowicie utwardzone podłoże fenolowe łączy się z odmiennym polimerem, ponieważ te dwa materiały mogą odmiennie reagować na temperaturę,wilgoćlub inne warunki świadczenia usług.
Kluczowe czynniki wpływające na jakość obligacji
Stan wyleczenia
Dostępna droga łączenia zależy w dużym stopniu od stanu utwardzenia żywicy. Systemy nieutwardzone lub w fazie B mogą bezpośrednio uczestniczyć w laminowaniu, podczas gdy w pełni utwardzone części fenolowe zazwyczaj wymagają wtórnego połączenia.
Rozróżnienie to jest zasadnicze, ponieważ w pełni utwardzony materiał termoutwardzalny nie może być ponownie podgrzewany w celu przywrócenia właściwości płynięcia dostępnych przed sieciowaniem.
Stan powierzchni
Czystość powierzchni, skład chemiczny, topografia i stan warstwy konwersyjnej, jeśli ma to zastosowanie, mogą wpływać na zwilżanie i tworzenie wiązań (Wicks i in., 2007). Przygotowanie powierzchni należy zatem dobrać do konkretnego podłoża i systemu łączenia, a nie opierać się na uniwersalnej zasadzie obróbki.
Zwilżanie i topografia
Topografia powierzchni może wpływać zarówno na zwilżanie, jak i interakcję mechaniczną na styku. Preferowany warunek jest specyficzny dla podłoża i procesu; zwiększenie chropowatości nie powoduje automatycznie silniejszego wiązania. Słabe zwilżenie lub słabo kontrolowany stan powierzchni może przyczynić się do powstania defektów międzyfazowych (Wicks i in., 2007).
Temperatura i ciśnienie
Temperatura wpływa na przepływ żywicy przed utwardzeniem i rozwój sieci termoutwardzalnej (Knop i Pilato, 1985; Odian, 2004). Historia termiczna może również wpływać na stan gotowego materiału i interfejsu.
W procesach laminowania powszechnie stosuje się nacisk, aby ułatwić bliski kontakt i ograniczyć tworzenie się pustych przestrzeni. Wymagania dotyczące ciśnienia w przypadku wtórnego klejenia zależą od wybranego kleju i procesu łączenia i nie należy ich uogólniać na wszystkie zastosowania.
Wyleczyć historię
Wiązanie i wydajność materiału mogą zależeć od historii utwardzania, w tym czasu i temperatury, odpowiednio do konkretnego systemu żywicy. Nieodpowiednie utwardzenie może uniemożliwić systemowi żywicy osiągnięcie zamierzonych właściwości, podczas gdy nadmierna ekspozycja termiczna może spowodować degradację lub kruchość niektórych preparatów fenolowych (Knop i Pilato, 1985).
Narażenie środowiska
Działanie wiązania należy oceniać w warunkach użytkowania odpowiednich dla zamierzonego zastosowania. Mogą one obejmować wahania temperatury, wilgoć, narażenie na działanie środków chemicznych i inne warunki środowiskowe lub związane z układem elektrycznym, które mają wpływ na cały zespół.
Właściwości materiału masowego a wydajność interfejsu
Właściwości żywicy fenolowej w masie i właściwości wiązania międzyfazowego należy traktować oddzielnie.
Izolacja elektryczna, zachowanie termiczne i odporność chemiczna zależą od składu żywicy, stanu utwardzenia, geometrii materiału i warunków użytkowania (Knop i Pilato, 1985). Natomiast wydajność międzyfazowa zależy od takich czynników, jak metoda łączenia, stan podłoża, zwilżenie i jakość połączenia.
W zależności od zastosowania, wydajność powierzchni międzyfazowej można ocenić za pomocą pomiarów związanych z adhezją, odrywaniem, ścinaniem lub rozwarstwianiem. Nie należy wnioskować o działaniu izolacji elektrycznej na podstawie samej siły wiązania; zależy to od właściwości elektrycznych i konfiguracji materiałów w całym systemie izolacyjnym.
Co powinni zweryfikować kupujący i inżynierowie
Oceniając żywicę fenolową klasy elektronicznej pod kątem łączenia z innym materiałem, kupujący i inżynierowie powinni wziąć pod uwagę:
- Gatunek i specyfikacja żywicy
- Forma żywicy lub stan dostarczony
- Stan utwardzenia: nieutwardzony, w fazie B lub całkowicie utwardzony
- Materiał podłoża i stan powierzchni
- Zamierzona trasa połączenia
- Wymagania dotyczące stanu powierzchni
- Wymagania elektryczne
- Wymagania dotyczące usług termicznych i środowiskowych
- Metody badania przyczepności lub laminatu zależne od zastosowania
- Karta danych technicznych (TDS)
- Karta Charakterystyki (SDS)
- Dane dotyczące przyczepności lub odrywania, jeśli dotyczy
- Dane dotyczące kwalifikacji specyficzne dla aplikacji, jeśli ma to zastosowanie
Czynniki te pozwalają na ocenę wymagań materiałowych i interfejsowych pod kątem rzeczywistego zastosowania, a nie na podstawie ogólnego oznaczenia „klasy elektronicznej”.
Wniosek
Systemy żywic fenolowych klasy elektronicznej można integrować z wybranymi metalami, ceramiką i polimerami, ale odpowiednia droga łączenia zależy od stanu utwardzenia żywicy, stanu podłoża, wymagań dotyczących interfejsu i warunków aplikacji.
Laminowanie lub współutwardzanie można stosować w przypadku systemów nieutwardzonych lub w fazie B, podczas gdy w pełni utwardzone podłoża fenolowe zazwyczaj wymagają wtórnego klejenia lub innej kompatybilnej metody łączenia. W pełni utwardzone termoutwardzalne tworzywa fenolowe nie topią się i nie płyną ponownie jak tworzywa termoplastyczne.
Dlatego też skuteczność wiązania należy weryfikować pod kątem konkretnej kombinacji materiałów, drogi łączenia i warunków użytkowania, a nie wyciągać wnioski z ogólnych opisów materiałów. W zastosowaniach elektronicznych właściwości elektryczne masy i przyczepność międzyfazową należy również oceniać jako oddzielne, ale powiązane aspekty działania całego systemu.
Referencje
- Knop, A. i Pilato, Los Angeles (1985). Żywice fenolowe: chemia, zastosowania i działanie. Springer-Verlag.
- Odian, G. (2004). Zasady polimeryzacji (wyd. 4). Johna Wileya i synów.
- Wicks, ZW, Jones, FN, Pappas, SP i Wicks, DA (2007). Powłoki organiczne: nauka i technologia (wyd. 3). Johna Wileya i synów.