Электромеханические и твердотельные реле

1. Керамическая подложка

Достигнутый мировой  опыт разработки мощных твердотельных  приборов выдвигает специфические требования к монтажной плате, на которой размещаются кристаллы компонентов.

Данная плата кроме требований по размещению и взаимной изоляции компонентов по сравнению с текстолитовыми печатными платами выполняет как минимум две дополнительных функции:

- теплоотвод, обеспечивающий  действенное охлаждение кристаллов;

- сверхнизкое сопротивление  коммутирующих проводников в обеспечение больших коммутируемых токов.

Таким образом, для реализации монтажной платы необходим материал, обладающий высокой теплопроводностью и температурным коэффициентом расширения близким с материалом корпуса и кристаллов. В таблице 2.6 приведены интересующие характеристики различных материалов.

Таблица 2.6 – Значения коэффициента теплопроводности l [Вт/(см К)] и температурного коэффициента расширения  a [ 10^-6 К^-1] некоторых материалов

Анализ материалов в таблице 2.6 по возможности реализации изоляции элементов конструкции, теплопроводности и температурному коэффициенту расширения в сравнении с материалом корпуса позволяет остановиться на керамике.

Керамика - это особым образом обработанные смеси различных неорганических веществ в тонкоизмельченном состоянии. Детали и сборочные единицы из керамики широко применяют в электронике, автоматике, телемеханике, вычислительной технике, квантовой электронике благодаря ряду свойств: нагревостойкости, высокой механической прочности, малым диэлектрическим потерям, инертности к ряду агрессивных сред, стабильности и надежности работы в течение длительного времени при термоударах, изменении влажности и давления, радиационной стойкости [60-64].

По строению керамика представляет собой сложную систему, состоящую из трех основных фаз: кристаллической, стекловидной и газовой. Кристаллическая фаза (основная) представляет собой химические соединения или твердые растворы, она определяет характерные свойства керамического материала; стекловидная фаза находится в керамическом материале в виде прослоек между кристаллической составляющей или обособленных микрочастиц и выполняет роль связующего вещества; газовая фаза представляет собой газы, содержащиеся в порах керамики. Поры ухудшают свойства керамики, особенно при повышенной влажности.

В производстве приборов широко применяют: радиокерамику ( тибар, ситалл, стеатит, форстеритовую, глиноземистую, бериллиевую), электрокерамику ( радиофарфор, стеатит), керамику, как конструкционный материал ( например в опорах гироскопов - 22ХС, ЦМ-332 ).

Исходным сырьем для  производства радио- и пьезокерамики  является большое количество различных  солей и окислов: каолины, глины, полевые шпаты, кремний содержащие материалы, тальки - природные пластичные материалы; искусственные непластичные материалы производимые промышленностью - технический глинозем и корунд, диоксиды циркония и титана, оксид бериллия, карбонаты бария и стронция.

Глины и каолины состоят  преимущественно из гидроалюмосиликатов  и примесей солей железа, щелочных и щелочноземельных оксидов и солей. Из полевых шпатов наиболее приемлемы для производства керамики калиево-натриевые полевые шпаты. Основой кремнийсодержащих материалов и кварцев является диоксид кремния, в котором могут быть различные добавки (окислы железа, глины, полевые шпаты и др.). Состав тальков разнообразен: от 3MgO*4SiO₂*H₂O до 4MgO*5SiO₂*H₂O, примеси в них Fe₂O₃, Al₂O₃, CaO, Na₂o, Cr₂O и др. Самыми нежелательными примесями являются соли железа.

Кроме основных частей для  приготовления керамической массы применяют и вспомогательные вещества - пластификаторы, улучшающие формование непластичных керамических масс. Химический состав распространенных типов керамик приведен в таблице 2.7.

Таблица 2.7 –  Химический состав керамических подложек

Технические характеристики распространенных типов керамики приведены в таблице 2.8.

Таблица 2.8 –  Технические  свойства керамических материалов

Отечественная промышленность производит керамические подложки следующих размеров: 30 мм х 24 мм, 30 мм х 48 мм, 60 мм х 48 мм, 60 мм х 24 мм, 30 мм х 30 мм, 40 мм х 40 мм; при толщине 0,5 или 1,0 мм.

2. Проводящие пасты

Печатная разводка на монтажной плате реализуется  посредством нанесения и последующего вжигания специальных проводящих паст. Для обеспечения низкого удельного сопротивления данные пасты изготавливаются на основе драгоценных материалов. Технические характеристики паст приведены в таблицах 2.9 – 2.12.

Таблица 2.9 –  Технические характеристики паст на основе серебра

Таблица 2.10 –  Технические  характеристики паст на основе золота

Таблица 2.11 –  Технические  характеристики золотосодержащих паст