Открытое акционерное общество «Институт пластмасс имени Г.С.Петрова» (ОАО «Институт пластмасс») ______________________________________ , Москва, Перовский проезд, дом

ОАО «Институт пластмасс» Наименование темы: ОКР «Разработка базовой технологии создания материалов для влагозащиты электронной компонентной базы, установленной в негерметичные корпуса СВЧ модулей антенных решеток Х-диапазона» (шифр «Лакировка-1», ГК от г.) Цель ОКР: Разработка базовой технологии создания материалов для влагозащиты электронной компонентной базы, установленной в негерметичные корпуса СВЧ модулей антенных решеток Х-диапазона. Цель 1 этапа ОКР: Разработка технического проекта. Разработка макета материалов для влагозащиты электронной компонентной базы. 2

Исполнители работ Головной исполнитель: ОАО «Институт пластмасс» г. Москва Соисполнители: МГТУ им. Н.Э. Баумана ОАО «Институт пластмасс» 3

п/п Наименование параметра Значение для печатных плат для наружных не герметичных блоков 1Прочность на изгиб, мм 11 2Прочности при ударе, кгс·см 50 3Твердость по М-З0,4 – 0,6 4Содержание сухого остатка, %30 – 40 5Удельное объемное сопротивление, Ом·см – Не менее Электрическая прочность при 50 Гц, кВ/мм 70 – 90 7 Диэлектрическая проницаемость при частоте 1 к Гц 4 – 5 8 Тангенс угла диэлектрических потерь при частоте 1 МГц 0,013 – 0,02 Требования технического задания к разрабатываемым материалам для влагозащиты электронной компонентной базы 4

Основные классы полимеров, используемые в качестве влагозащитных покрытий акриловые, эпоксидные, уретановые, кремнийорганические, париленовые; бензоциклобутеновые (ВЦВ) В настоящее время большое внимание, особенно в микроэлектронике, уделяется париленовым покрытиям. 5

Акриловые Достоинства Недостатки Высокая атмосфера- и светостойкость, эластичность, ударопрочность, высокие диэлектрические характеристики, хорошая адгезия. Ремонтопригодность. Отверждение в естественных условиях. Широкий диапазон рабочих температур от минус 70 до 150 о С. Возможность появления усадочных напряжений, коробления поверхности вследствие большой усадки при испарении растворителя. Способы нанесения: распыление, нанесение при помощи кисти, селективный способ нанесения. 6

Эпоксидные Достоинства Недостатки Высокая вода- и щелочестойкость, механическая прочность, адгезия к различным материалам, хорошие электроизоляционные свойства, малая усадка до 3%. Рабочий диапазон температур от минус 60 до 150 о С. Ремонтопригодно, тонкие покрытия можно паять насквозь, легко удалять механически. Поддается восстановлению после ремонта за счет процессов холодного отверждения. Недостаточно атмосферастойки, высокое водапоглащение. Появление «пузырьковой сыпи». Способы нанесения: заливка компаунда, окунание, распыление, нанесение при помощи кисти, селективный способ нанесения. 7

Уретановые Достоинства Недостатки Рабочий диапазон температур от минус 65 до 125 о С. Высокая вода- и атмосферастойкость, стойкостью к воздействию растворителей, низкая газопроницаемость, высокими диэлектрическими характеристиками, хорошая адгезия к различным материалам подложек (текстолит, керамика), высокие физико-механические показатели, в частности устойчивость к истиранию. Ремонтопригодно, тонкие покрытия можно паять насквозь или удалять механически. Используются очень токсичные мономеры (изоцианаты). Тщательное соблюдение особых условий хранения. Высокая стоимость лаков. Способы нанесения: заливка компаунда, окунание, распыление, нанесение при помощи кисти, селективный способ нанесения. 8

Силиконовые Достоинства Недостатки Рабочий диапазон температур от минус 45 до 200 о С. Высокая термо-, свето- и атмосферастойкость, высокая гидрофобность и эластичность, диэлектрические показатели, гасит вибрацию, выдерживает термические циклы. Ремонтопригодно. Высокий КЛТР может приводить к отрыву компонентов и проводников. Способы нанесения: окунание, распыление, селективный способ нанесения. 9

Париленовые Достоинства Недостатки Хорошие адгезия к текстолитовой подложке и диэлектрические свойства, устойчивость к растворителям, низкая влаго- и газопроницаемость, отсутствие внутренних напряжений, покрытие не содержит сквозных пор. Равномерная толщина покрытия по всей поверхности материала, в т.ч. в тонких зазорах, полостях и «пазухах». Диапазон рабочих температур от минус 70 до 150 о С Усложняется защита участков поверхности там, где покрытия не должно быть. Отсутствие отечественной сырьевой базы. Высокая стоимость импортных сырьевых материалов дипараксилилена /кг). Низкий КИМ по дипараксилилену – 20-30%. Необходимо дорогостоящее технологическое оборудование для проведения последовательных стадий: возгонки в вакууме (1 мм.рт.ст) при 150 о С, термического разложения при 680 о С в вакууме (0,5 мм.рт.ст) с образованием бирадикалов, осаждения бирадикалов на поверхность подложки в условиях глубокого вакуума (0,1 мм.рт.ст). Ремонт невозможен. Способ нанесения: вакуумная пиролитическая полимеризация. 10

Бензоциклобутеновые Достоинства Недостатки Возможность получения тонких пленочных покрытий 3-10 мкм. Высокая химическая стойкость, хорошая термостабильность, низкое водапоглощение, низкая диэлектрическая проницаемость. При отверждении не выделяет летучих веществ. Ремонтопригодно. Отсутствие отечественной сырьевой базы. Способ нанесения: окунание, распыление, селективный способ нанесения. 11

В работе в качестве влагозащитных материалов для электронной компонентной базы выбраны покрытия на основе: Эпоксикремнийорганические смолы; Фторэпоксидной смолы (ФЛК-ПА); Полидициклопентадиена (ПДЦПД). 12

Эпоксикремнийорганические смолы В ОАО «Институт пластмасс» выпускаются эпоксикремнийорганические органические смолы, которые применяются в настоящее время в качестве основы клеевых композиций в изделиях специального назначения и радиоэлектронике. Выпускаются смолы марок СЭДМ-1, СЭДМ-2, СЭДМ-3, СЭДМ-3Р, СЭДМ-4, СЭДМ-8 по ОСТ (с изменением 1) и СЭДМ-6 по ОСТ (с изменениями 1 – 5) 13

Наименование показателей Норма для марок СЭДМ-2СЭДМ-3СЭДМ-3РСЭДМ-4СЭДМ-6 Внешний вид от бесцветного до коричневого цвета от светло- до темно-коричневого цвета от коричневого до темно- коричневого цвета Массовая доля нелетучих веществ (сухого остатка), %, не менее 98,599,078,098,087,0 Массовая доля эпоксидных групп, %, не менее 14,015,517,015,012,0 Время желатинизации при 25 о С, с., не более Условная вязкость по вискозиметру ВЗ-246 при 50 о С, не более Технические характеристики

Схема производства эпоксикремнийорганических смол в условиях ОАО «Институт пластмасс» 15

16

Фторэпоксидная смола (ФЛК-ПА) Отличается высокой химической стойкостью и хорошей адгезией, в т.ч. к полированной поверхности металлов. Обладает высокой радиационной стойкостью, легко дезактивируется до фона штатными растворами. Обеспечивает долговременную защиту поверхностей на срок более 15 лет от воздействия солевого тумана, кислотных дождей, паров бензина, аммиачных и сероводародных выбросов в интервале температур от минус 60 до плюс 110 о С. Лак наносится кистью, окунанием, пневматическим и безвоздушным распылением. 17

Полициклопентадиен Сырье - Дициклопентадиен (ДЦПД) – готовый мономер, который является невостребованным побочным продуктом «Этиленовых производств». Увеличение производства этилена и пропилена, наблюдаемое в мире и в России в последние годы, делает доступным значительное количество побочного продукта - дициклопентадиена (ДЦПД). Производители ДЦПД в России: ОАО «Нижнекамскнефтехим» - около 30 тыс.т./г ЗАО «Стерлитамакский НХЗ» - около 5 тыс.т./г. (может быть увеличено) Потенциальные производители: ЗАО «Ангарская нефтехимическая компания» - более 30 тыс.т./г ОАО «Салаваторгсинтез» -около 30 тыс.т./г Заводы компании «Сибур» - более 40 тыс.т./г 18

Химизм процесса: ROMP (Ring Opening Metathesis Polymerisation) Реакция метатезисной полимеризации 19

Сравнение свойств материалов ПДЦПД и класса поли-пара-ксилиленовых (париленовых) покрытий Доступность сырья. Мономер дициклопентадиен – готовый доступный продукт (побочный продукт при получении этилена и пропилена) Преимущества в технологии нанесения покрытий Система ДЦПД – катализатор является уникальной базой для использования метода in-situ полимеризации, поскольку представляет собой жидкость, изменением вязкости которой можно управлять, что имеет большие перспективы в создании простой технологии производства покрытий из ПДЦПД ( не требуется использовать термическое и вакуумное оборудование как это необходимо для вакуумной пиролитической полимеризации при производстве париленовых -поли-пара-ксилиленовых покрытий). Это значительно удешевит производство нового конкурентоспособного материала из ПДЦПД для влагозащитных покрытий. Свойства материалов. Материалы на основе ПДЦПД имеют сравнимую, а в ряде случаев более высокую термическую стабильность, механические показатели, химическую стабильность и влагопоглощение. Хороший диэлектрик. Экологические преимущества: дициклопентадиен и полидициклопентадиен – низко токсичные углеводародные продукты, производство состоит в выделении из углеводародной фракции. Галоидпроизводные парексилилена - при производстве используется хлор, образуются высокотоксичные хлорароматичесие соединения, диоксины и др. Экономические аспекты. Низкая себестоимость мономера ДЦПД. Низкие энергозатраты для ПДЦПД – материалов по сравнению с параксиленами. 20

Выводы В качестве перспективных материалов для влагозащиты электронной компонентной базы, установленной в негерметичные корпуса СВЧ модулей антенных решеток Х-диапазона, выбраны материалы, имеющие отечественную сырьевую базу, приемлемые ценовые характеристики, технологические характеристики, адаптированные к существующему оборудованию, высокие эксплуатационные свойства. 21

Разработка макетных образцов и проектов методик для проведения электродинамических испытаний покрытий в условиях, имитирующих работу модулей антенных решеток Х- диапазона 22

Методики измерения диэлектрических параметров материалов, связанные с установкой макетного образца в волноводный тракт Измерения в объемном резонаторе Измерения методом передающей линии На схеме цифрами обозначены: 1 – векторный анализатор цепей; 2 – коаксиально волноводный переход; 3 – вставка для перехода с фланца изготовленному по стандарту WR-28 на фланец по ГОСТ; 4 – регулярный волновод для измерения образца. Образец материала Образец материала 23

Измерения при помощи измерителя КСВн На схеме цифрами обозначены: 1 – генератор качающейся частоты; 2 – коаксиальный кабель; 3 – коаксиально-волноводный переход; 4 – направленный ответвитель; 5 – измеряемое устройство; 6 – согласованная нагрузка (КСВН1.02). Методики измерения диэлектрических параметров материалов, связанные с установкой макетного образца в волноводный тракт Образец материала 24

Макетные образцы для измерения диэлектрических параметров материалов в виде микрополосковых элементов Макет полоска Х-диапазона с волновым сопротивлением 75 Ом Макет полоскового фильтра Х- диапазона Макет полоскового ответвителя мощности Х-диапазона Способ подключения полоскового макета 25

Методика измерения электрической прочности Схема стенда и методика измерения электрической прочности материала соответствуют ГОСТ «Материалы электроизоляционные твердые. Методы определения электрической прочности при переменном (частоты 50Гц) и постоянном напряжении» 26

Методика измерения удельного сопротивления материала Лаковое покрытие Подложка Макет зажимается между плоскими обкладками измеряется общее сопротивление R и вычисляется удельное сопротивление покрытия 27

ОАО «Институт пластмасс» Возможными потребителями результатов работ могут являться: 1 ОАО «Концерн «Гранит-Электрон»; 2 Государственный Рязанский приборный завод; 3 ОАО «Раменский приборостроительный завод»; 4 ОАО «Информационные спутниковые системы» (Железногорск); 5 РФЯЦ ВНИИЭФ (Саратов); 6 ОАО «Калужский приборостроительный завод «Тайфун»; 7 ОАО «КБ ПА» (Саратов); 8 ВНИИ автоматики им. Н.Я. Духова, в/ч 35580; 9 ФГУП «НИИПИ «Кварц»; 10 ОАО «Аэроэлектромаш» (Москва) 11 ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор» 28

Выводы: В качестве перспективных материалов для влагозащиты электронной компонентной базы, установленной в негерметичные корпуса СВЧ модулей антенных решеток Х-диапазона, выбраны материалы, имеющие отечественную сырьевую базу, приемлемые ценовые характеристики, технологические характеристики, адаптированные к существующему оборудованию, высокие эксплуатационные свойства. Разработан состав предполагаемых к разработке технической документации и оборудования для проведения электродинамических испытаний покрытий в условиях, имитирующих работу модулей антенных решеток Х-диапазона. Разработан макет материалов для влагозащиты электронной компонентной базы. 29