Introduzione
Resine fenoliche di grado elettronicosono utilizzati in applicazioni di isolamento e laminazione elettriche ed elettroniche selezionate. La corretta integrazione con metalli, ceramiche o polimeri dipende dallo stato di polimerizzazione della resina, dalle condizioni del substrato, dal percorso di giunzione e dai requisiti applicativi.
Il "legame" non descrive un unico meccanismo universale.Sistemi di resine fenolichepuò essere integrato con altri materiali attraverso percorsi diversi, in particolare la laminazione durante la polimerizzazione o il fissaggio adesivo secondario dopo la polimerizzazione completa. L'adesione è quindi specifica per l'applicazione e deve essere valutata per il particolare sistema di resina, substrato, processo di giunzione e condizioni di servizio.
Cosa significa "grado elettronico".
"Qualità elettronica" è una designazione commerciale orientata all'applicazione piuttosto che una singola specifica universale della resina fenolica. A seconda dell'applicazione, è possibile specificare un grado di resina per particolari requisiti elettrici, di purezza, di lavorazione o di consistenza. I requisiti esatti variano a seconda del tipo di resina, dell'applicazione e delle specifiche del cliente.
Le resine fenoliche di grado elettronico sono sistemi fenolici termoindurenti comunemente basati sulla chimica del fenolo-formaldeide e formulati per applicazioni elettroniche selezionate (Knop & Pilato, 1985). A seconda dell'applicazione, le specifiche possono riguardare fattori quali purezza, contaminazione ionica, caratteristiche elettriche, comportamento di lavorazione e consistenza del lotto.
Incollaggio vs laminazione: due diversi percorsi di giunzione
Il percorso di giunzione dipende fortemente dallo stato di indurimento della resina fenolica. Dovrebbero essere distinti due casi importanti: la laminazione che coinvolge sistemi di resina non polimerizzati o parzialmente polimerizzati e il legame secondario che coinvolge substrati fenolici completamente polimerizzati.
Laminazione e co-polimerizzazione
Nei processi di laminazione, i sistemi di resina fenolica non polimerizzata o allo stadio B possono bagnare la superficie del substrato e formare un'interfaccia di legame durante la polimerizzazione. La resina fenolica allo stadio B è uno stato termoindurente intermedio, parzialmente reagito, che mantiene una capacità di flusso limitata prima della reticolazione finale (Knop & Pilato, 1985; Odian, 2004).
Calore e pressione possono essere utilizzati a seconda del particolare processo di laminazione. La distinzione importante è che il flusso di resina avviene prima della completa polimerizzazione. Una volta che un materiale termoindurente fenolico è completamente reticolato, non si rifonde e non rifluisce come un materiale termoplastico (Knop & Pilato, 1985; Odian, 2004).
Incollaggio adesivo secondario
Le parti fenoliche completamente indurite possono anche essere unite ad un altro substrato utilizzando un adesivo secondario compatibile o un altro metodo di giunzione adatto. A differenza della laminazione prima dell'indurimento completo, questo approccio si basa su un'interfaccia di giunzione separata.
La scelta dell'adesivo dipende dal substrato fenolico, dal secondo substrato, dalle condizioni della superficie, dall'ambiente di servizio e dai requisiti applicativi. Un sistema di incollaggio che funziona adeguatamente con una combinazione di materiali non dovrebbe essere automaticamente considerato adatto ad un'altra.
Legame ai metalli
Per i substrati metallici, le prestazioni di adesione dipendono dal percorso di giunzione, dalle condizioni della superficie, dalla resina o dal sistema adesivo e dall'ambiente di servizio previsto. Generalecomportamento di adesioneè fortemente influenzato dalla bagnatura e dalle condizioni dell'interfaccia (Wicks et al., 2007).
Contesto laminato rivestito di rame
I materiali isolanti a base di resina fenolica vengono utilizzati in selezionate applicazioni di laminati elettrici, compresi alcuni sistemi laminati rivestiti in rame (Knop & Pilato, 1985). In questi sistemi il laminato isolante può essere unito con una lamina di rame, che può successivamente far parte del circuito elettrico.
La conduzione elettrica è fornita dal circuito in rame, non dal legame resina-rame. L'adesione tra la lamina di rame e il laminato contribuisce invece all'integrità meccanica e alla resistenza alla separazione interfacciale. La conduttività elettrica e l'adesione interfacciale sono quindi considerazioni prestazionali separate.
Condizioni della superficie metallica
La pulizia e le condizioni della superficie possono influenzare la bagnatura e le prestazioni di adesione. Considerazioni rilevanti possono includere la chimica della superficie, la topografia, la contaminazione e la condizione dell'ossido o degli strati di conversione, ove applicabile (Wicks et al., 2007).
Non esiste un requisito universale che ogni superficie metallica sia completamente priva di ossido prima dell'incollaggio. La condizione superficiale appropriata dipende dal substrato, dal design dell'interfaccia e dal metodo di giunzione.
Incollaggio alla ceramica
I sistemi fenolici di grado elettronico possono anche essere uniti a substrati ceramici o altri substrati inorganici selezionati. La riuscita dell'unione dipende dalla composizione della ceramica, dalle condizioni della superficie, dalla topografia della superficie, dalla resina o dal sistema adesivo e dal metodo di giunzione.
Le superfici ceramiche non dovrebbero essere trattate come un’unica categoria con una caratteristica universale di energia superficiale. Il loro comportamento interfacciale varia con la composizione del materiale e le condizioni della superficie. Come per altre interfacce incollate, una bagnatura adeguata e condizioni superficiali compatibili sono considerazioni importanti.
Legame con altri polimeri
L'unione dei sistemi fenolici ad altri polimeri richiede la valutazione della chimica superficiale, della compatibilità termica, del comportamento di bagnatura e del percorso di giunzione selezionato. L'adesione da polimero a polimero non può essere prevista solo dalla polarità. La bagnatura, le condizioni della superficie, le interazioni interfacciali, la compatibilità del processo e l'ambiente di servizio possono influenzare le prestazioni (Wicks et al., 2007).
Ciò è particolarmente importante quando un substrato fenolico completamente polimerizzato viene unito a un polimero diverso perché i due materiali possono rispondere in modo diverso alla temperatura,umiditào altre condizioni di servizio.
Fattori chiave che influenzano la qualità delle obbligazioni
Stato di cura
Il percorso di giunzione disponibile dipende fortemente dallo stato di polimerizzazione della resina. I sistemi non polimerizzati o in fase B possono partecipare direttamente alla laminazione, mentre le parti fenoliche completamente polimerizzate richiedono in genere un approccio di giunzione secondaria.
La distinzione è fondamentale perché un materiale termoindurente completamente indurito non può essere riscaldato nuovamente per ripristinare il comportamento di flusso disponibile prima della reticolazione.
Condizione della superficie
La pulizia della superficie, la chimica, la topografia e le condizioni dello strato di conversione, ove applicabile, possono influenzare la bagnatura e la formazione di legami (Wicks et al., 2007). La preparazione della superficie dovrebbe quindi essere adattata allo specifico substrato e sistema di giunzione piuttosto che basarsi su una regola di trattamento universale.
Bagnatura e topografia
La topografia della superficie può influenzare sia la bagnatura che l'interazione meccanica all'interfaccia. La condizione preferita è specifica del substrato e del processo; l'aumento della ruvidità non produce automaticamente un legame più forte. Una scarsa bagnatura o condizioni superficiali scarsamente controllate possono contribuire a difetti interfacciali (Wicks et al., 2007).
Temperatura e pressione
La temperatura influenza il flusso della resina prima della polimerizzazione e lo sviluppo della rete termoindurente (Knop & Pilato, 1985; Odian, 2004). La storia termica può anche influenzare le condizioni del materiale finito e dell'interfaccia.
Nei processi di laminazione, la pressione viene comunemente utilizzata per favorire il contatto intimo e contribuire a limitare la formazione di vuoti. I requisiti di pressione per l'incollaggio adesivo secondario dipendono dall'adesivo selezionato e dal processo di giunzione e non devono essere generalizzati a tutte le applicazioni.
Storia della cura
Le prestazioni del legame e del materiale possono dipendere dalla cronologia della polimerizzazione, compresi il tempo e la temperatura, a seconda del sistema di resina specifico. Una polimerizzazione inadeguata può impedire al sistema resinoso di sviluppare le proprietà previste, mentre un'eccessiva esposizione termica può causare degradazione o infragilimento in alcune formulazioni fenoliche (Knop & Pilato, 1985).
Esposizione ambientale
La prestazione dell'obbligazione deve essere valutata nelle condizioni di servizio relative all'applicazione prevista. Questi possono includere variazioni di temperatura, umidità, esposizione chimica e altre condizioni ambientali o del sistema elettrico che influiscono sull'intero assieme.
Proprietà dei materiali sfusi e prestazioni dell'interfaccia
Le proprietà della resina fenolica in massa e le prestazioni del legame interfacciale devono essere trattate separatamente.
L'isolamento elettrico, il comportamento termico e la resistenza chimica dipendono dalla formulazione della resina, dallo stato di polimerizzazione, dalla geometria del materiale e dalle condizioni di servizio (Knop & Pilato, 1985). Le prestazioni dell'interfaccia, al contrario, dipendono da fattori quali il metodo di giunzione, le condizioni del substrato, la bagnatura e la qualità dell'interfaccia di giunzione.
A seconda dell'applicazione, le prestazioni interfacciali possono essere valutate utilizzando misurazioni relative all'adesione, alla pelatura, al taglio o alla delaminazione. Le prestazioni di isolamento elettrico non dovrebbero essere desunte solo dalla forza di adesione; dipende dalle proprietà elettriche e dalla configurazione dei materiali all'interno del sistema isolante completo.
Cosa dovrebbero verificare acquirenti e ingegneri
Quando si valuta una resina fenolica di grado elettronico da unire con un altro materiale, acquirenti e ingegneri dovrebbero considerare:
- Grado e specifiche della resina
- Forma della resina o stato fornito
- Stato di cura: non polimerizzato, in stadio B o completamente guarito
- Materiale del supporto e condizioni della superficie
- Percorso di collegamento previsto
- Requisiti delle condizioni superficiali
- Requisiti elettrici
- Requisiti del servizio termico e ambientale
- Metodi di prova di adesione o di laminato rilevanti per l'applicazione
- Scheda Tecnica (TDS)
- Scheda di sicurezza (SDS)
- Dati di adesione o distacco, se rilevanti
- Dati di qualificazione specifici dell'applicazione, ove rilevanti
Questi fattori consentono di valutare i requisiti di materiale e di interfaccia per l'applicazione reale anziché dedurli da una designazione generica di "grado elettronico".
Conclusione
I sistemi di resina fenolica di grado elettronico possono essere integrati con metalli, ceramiche e polimeri selezionati, ma il percorso di giunzione appropriato dipende dallo stato di polimerizzazione della resina, dalle condizioni del substrato, dai requisiti di interfaccia e dalle condizioni di applicazione.
La laminazione o la co-indurimento possono essere utilizzate con sistemi non polimerizzati o in fase B, mentre i substrati fenolici completamente polimerizzati richiedono in genere un legame adesivo secondario o un altro metodo di giunzione compatibile. I materiali termoindurenti fenolici completamente polimerizzati non si rifondono e non rifluiscono come i materiali termoplastici.
La prestazione dell'incollaggio dovrebbe pertanto essere verificata per la specifica combinazione di materiali, percorso di giunzione e condizioni di servizio piuttosto che dedotta da descrizioni generali dei materiali. Nelle applicazioni elettroniche, anche le proprietà elettriche generali e l'adesione interfacciale dovrebbero essere valutate come aspetti separati ma correlati delle prestazioni del sistema completo.
Riferimenti
- Knop, A. e Pilato, LA (1985). Resine fenoliche: chimica, applicazioni e prestazioni. Springer-Verlag.
- Odian, G. (2004). Principi di polimerizzazione (4a ed.). John Wiley & Figli.
- Wicks, ZW, Jones, FN, Pappas, SP e Wicks, DA (2007). Rivestimenti organici: scienza e tecnologia (3a ed.). John Wiley & Figli.