Технология производства радиоаппаратуры - Белевцев А.Т.

Author: Белевцев А.Т.
Tags: электротехника радиоэлектронная аппаратура радиоэлектронная промышленность
Year: 1971
Similar
Сборка, регулировка и испытание гироскопических приборов (часть 3 из 3)
Краткий справочник конструктора РЭА
Краткий справочник конструктора радиоэлектронной аппаратуры
Руководство по проектированию элементов систем автоматики
Text
                    SI I ПРОИЗВОДСТВА РАДИОАППАРАТУРЫ



•ЭНЕРГИЯ
A. T. Белевцев
ТЕХНОЛОГИЯ
ПРОИЗВОДСТВА
РАДИОАППАРАТУРЫ
«.Энергия»
Москва 1971
Scan A AW
6Ф2.1
Б 43
УДК 621.396.6.002
Белевцев А. Т.
Б43 Технология производства радиоаппаратуры. Изд. 2-е,
переработанное и дополненное. М., «Энергия», 1971.
544 стр. с илл.
Главное внимание в книге уделено таким вопросам, как основы
проектирования технологических процессов, точность и надежность
радиоаппаратуры; основы построения процессов сборки и техноло-
гии электромонтажных работ, а также защита деталей и узлов
радиоаппаратуры от внешних условий. Уделяется внимание основам
технологии микроминиатюризации радиоаппаратуры. Значительное
место занимают описания технологических процессов изготовления
наиболее характерных и общих деталей и узлов.
Книга предназначена для работников радиоэлектронной про-
мышленности, инженерно-технических и научных работников НИИ
и КБ этой отрасли, а также может быть дополнительным материа-
лом для студентов энергетических и радиотехнических вузов и
техникумов.
3-4-3
423-70
6Ф2Л
ПРЕДИСЛОВИЕ
В советской и зарубежной литературе вопросам производства
радиоаппаратуры уделяется серьезное внимание, особенно в по-
следние 8—10 лет. До недавнего времени это носило характер
широких публикаций отдельных разрозненных статей и заметок,
разделов в различных монографиях и книгах, потом появились
учебные пособия для техникумов.
В 1964 г. автором была выпущена книга «Технология произ-
водства радиоаппаратуры», допущенная Министерством высшего
и среднего специального образования РСФСР в качестве учеб-
ного пособия для энергетических и радиотехнических факульте-
тов и вузов.
Хотя конструкции радиоприборов, применяемых в различных
отраслях народного хозяйства, весьма разнообразны, основные
вопросы технологии производства радиоаппаратуры — вне за-
висимости от ее назначения и величины рабочих параметров —
являются общими для большинства радиоприборов и могут быть
систематизированы. Эти основные вопросы и служат предметом
рассмотрения в данной книге. При их изложении автор придер-
живался:
исторического подхода к процессам развития и совершенство-
вания радиотехнической промышленности вообще и отдельных
технологических процессов, конструкций деталей и узлов в ча-
стности, причем стремился поставить вопросы, требующие даль-
нейшего изучения, и показать возможные прогрессивные методы
их решения;
научного обобщения опыта, успехов и достижений отечест-
венных заводов, производящих радиоаппаратуру, а также отдель-
ных новаторов, инженерно-технических и научных работников;
типичных для современного уровня радиоприборостроения
(а не предельных, особых) технических данных, материалов и цифр;
систематизации и классификации конструкций наиболее ха-
рактерных и общих деталей и узлов радиоприборов, а также тех-
нологических процессов по технологическим признакам с анали-
зом и указанием наиболее целесообразного решения;
систематического освещения экономической стороны техно-
логических процессов, а также технологичности конструкций де-
талей и узлов изделий радиоаппаратуры;
систематического' изложения основных сведений о материа-
лах, из которых изготовляются детали и узлы радиоприборов.
В частности, в книге уделено большое внимание таким общим,
установившимся в теоретическом отношении вопросам, характе-
Т
3
ризующим радиотехническое производство в целом, как основы
проектирования технологических процессов, анализ точности и
надежности радиоаппаратуры, изготовление заготовок и изделий
из пластмасс и керамики, поверхностные металлические и неме-
таллические покрытия, а также химическая и электрохимическая
обработка, защита деталей и узлов радиоаппаратуры путем про-
питки, заливки и обволакивания, способы герметизации, общие
основы построения технологических процессов сборки и техно-
логия электромонтажных работ, изготовление радиоаппаратуры
с применением печатного монтажа. Должное внимание уделяется
основам технологии микроминиатюризации радиоэлектронной ап-
паратуры. Достаточное место занимает рассмотрение технологи-
ческих процессов изготовления наиболее характерных и общих
деталей и узлов, таких как магнитопроводы, обмотки, резисторы,
конденсаторы.
В основу настоящей книги легли материалы конспекта лек-
ций, читаемых автором с 1957 г. в Московском ордена Ленина
энергетическом институте и изданного в 1960—1961 гг., а также
учебное пособие, изданное в 1964 г. под названием «Технология
производства радиоаппаратуры», выпущенное издательством «Энер-
гия».
Все замечания и предложения по содержанию и качеству
книги, которые автор примет с глубокой благодарностью, просьба
направлять по адресу: Москва, Шлюзовая набережная, 10, изда-
тельство «Энергия».
Автор
Глава
I
ХАРАКТЕРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ
РАДИОАППАРАТУРЫ
1-1
РАДИОАППАРАТ КАК СИСТЕМА,
СОСТОЯЩАЯ ИЗ ЭЛЕМЕНТОВ И УЗЛОВ
Для радиоэлектронной аппаратуры особенно характерны эле-
менты, образующие электрическую схему. К ним относятся ре-
зисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, трансформа-
торы и различные электронные приборы. Особенно многочисленны
резисторы, конденсаторы и различные моточные изделия. На-
пример, на одну лампу или другой электронный прибор в среднем
приходится от 4 до 25 резисторов, от 2 до 15 конденсаторов и до
3—5 трансформаторов и других моточных элементов. Такие эле-
менты называют радиодеталями или просто деталями. Электрон-
ные приборы — лампы, транзисторы и т. п. — также являются
элементами схемы, но из-за их специфичности они обычно рассма-
трив аются отдельно.
Несколько соединенных вместе радиодеталей образуют узел.
Узлы изготовляются независимо от других элементов радиоаппа-
рата. При общей сборке радиоаппарата отдельные узлы предва-
рительно соединяют в группы или блоки, из которых со-
бирается изделие.
Сборка группы является частью технологии сборки радиоап-
парата.
Все радиодетали, основные параметры которых, по замыслу
конструктора, не должны изменяться в процессе работы радио-
аппарата, целесообразно объединить в группу радиодеталей с
постоянными электрическими параметра-
ми — конденсаторы, резисторы и др.
Для изменения параметров радиоаппарата при управлении
им используются детали с переменными управ-
ляемыми параметрами — конденсаторы переменной
емкости, катушки переменной индуктивности, переменные рези-
сторы, потенциометры и др.
Радиотехнические устройства содержат большое количество
разных контактов — неразъемных, разъемных, скользящих
и разрывных. Неразъемные контакты служат для
б
постоянного соединения электрических элементов схемы; к ним
относятся паяные, зажимные и сварные контакты. Если отдель-
ные части или элементы радиоустройств должны периодически
заменяться (электронные лампы, батареи питания и т. д.), то сое-
динение цепей осуществляется с помощью разъемных кон-
тактов. Особую группу представляют собой скользящие
контакты (токосъемники, плунжеры), которые, не разрывая
цепи, непрерывно или время от времени изменяют свое взаимное
расположение.
При эксплуатации радиоустройства часто бывает необходимо
производить замыкание и размыкание электрических цепей, на-
ходящихся под током. Для этого применяют разрывные
контакты. В момент разрыва цепи образуется дуга или по-
является искрение, в той или иной степени повреждающие поверх-
ность контакта в результате электрической эрозии. Замыкание и
размыкание разрывных контактов осуществляются с помощью
специальных механизмов —п ерекдючателей, которые пре-
образуют простейшие движения руки оператора так, чтобы обес-
печить нужную коммутацию контактов. Если процесс коммута-
ции производится при помощи механической силы, например
электромагнитов, то переключательные механизмы носят наз-
вание реле или контакторов.
В период становления радиотехнической промышленности
детали и узлы изготовлялись на радиозаводах только для собст-
венных нужд. Каждый завод изготовлял все необходимые ему
конденсаторы, резисторы, ламповые панели и т. д. Это чрез-
вычайно усложняло структуру предприятий, которые превра-
тились по существу в комбинаты с рядом разнообразных про-
изводств. Качество изготовляемых деталей и узлов при таком
методе производства было низко, а стоимость продукции вы-
сока.
Почти в любом радиоаппарате, будь то приемник, передатчик
или измерительный прибор, имеются узлы управления, которые
в большинстве случаев представлены механизмами, преобразую-
щими движения рук оператора в перемещение того или иного
элемента конструкции, предназначенного закономерно изменять
радиотехнические параметры аппарата.
Среди узлов управления радиоаппаратом — различных ре-
гуляторов громкости, чувствительности, избирательности, на-
стройки на станцию и т. п. — с точки зрения механики можно
выделить определенные простейшие механизмы, предназначен-
ные координировать движение одной детали относительно другой,
т. е. выполнять функции, обусловленные кинематичес-
кой связью между этими деталями. К таким простейшим
механизмам, широко распространенным в радиоаппаратуре, от-
носятся направляющие для вращательного движения (например,
в органах управления, конденсаторах переменной емкости), на-
правляющие для поступательного движения (движки с токосъем-
6
ником в полупеременных резисторах, плунжера в волноводах,
салазки шасси), преобразователи движения, т. е. различные пе-
редачи (зубчатые, червячные и фрикционные).
Все эти механизмы могут быть объединены в одну группу,
характеризующуюся наличием кинематической связи между от-
дельными элементами, предназначенной для решения кинемати-
ческих задач по координации перемещения одной детали относи-
тельно другой.
К механизмам с динамическими связями отно-
сятся такие, в которых величина перемещения / элементов функцио-
нально связана с усилием Р, необходимым для этого перемещения:
Р = F (f). Наиболее распространенными конструкциями такого
типа являются различные пружинные механизмы. В некоторых
пружинных механизмах, например в переключателе мгновенного
действия, указанная зависимость задается требованиями полу-
чения необходимой скорости перемещения элемента конструкции.
В других случаях пружинный механизм используется в качестве
фиксатора движения и выполняет роль аккумулятора механи-
ческой энергии, накапливаемой при относительно медленном пе-
ремещении ручки управления и реализуемой в относительно бы-
строе перемещение определенной части механизма. Такие меха-
низмы имеют широкое применение в органах управления пере-
ключателей, в фиксаторах настройки и т. д.
В некоторых случаях применяются упругие колебательные
системы, где пружины выполняют роль, аналогичную электри-
ческой емкости в колебательном контуре.
Широко используются пружины и в контактных устройствах
радиоаппаратов, где они создают необходимое контактное давле-
ние и движение контактов при коммутации цепей.
Статическая связь (соединение) исключает возмож-
ность перемещения одной детали относительно другой при воздей-
ствии внешних сил. Это может быть выполнено только при условии
равновесия действующих в системе сил. Отсюда следует, что при
наличии внешних сил, действующих на систему связанных дета-
лей, ей должны быть присущи внутренние силы, которые не только
были бы достаточны для обеспечения неподвижного состояния
системы, но и могли противодействовать воздействующим на нее
внешним силам.
С развитием радиотехники и радиопромышленности началась
типизация важнейших деталей и узлов. Дальнейшим этапом яви-
лась специализация заводов по производству радиодеталей, ог-
раничение номенклатуры выпускаемых каждым предприятием
изделий. В настоящее время большинство радиодеталей и узлов
производится на специализированных предприятиях, откуда они
поступают на сборочные заводы, где осуществляются монтаж,
сборка, настройка и регулировка радиоаппаратов. Число цехов
по изготовлению деталей и узлов на сборочных предприятиях
постепенно уменьшается.
7
Изготовление радиодеталей и узлов в большинстве случаев
носит характер массового производства. В соответствии с этим
наиболее характерной тенденцией современных технологических
процессов является автоматизация большинства операций с по-
следующим переходом к автоматическим линиям.
1-2
ОБЩИЕ УСЛОВИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ, ХРАНЕНИЯ
И ТРАНСПОРТИРОВКИ РАДИОАППАРАТУРЫ
Вследствие широкого применения радиоаппаратуры условия ее эксплу-
атации весьма разнообразны.
Опыт эксплуатации радиоаппаратуры показал, что все многообразие
внешних воздействий на радиоаппаратуру сводится к следующим трем ви-
дам:
1)	климатические воздействия, связанные с состоянием атмосферы: ее
температурой, влажностью, осадками, давлением, солнечной радиацией,
запыленностью, примесями солей, паров, газов, радиоактивных веществ,
зараженностью микробами;
2)	температурные воздействия, вызываемые, например, внутренними или
внешними источниками тепла;
3)	механические воздействия, обусловленные силой тяжести, силами
от постоянно действующих ускорений, силами инерции, возникающими при
изменении скорости движения, силами, связанными с вибрацией от работы
двигателей, силами, возникающими при ударах во время эксплуатации и
транспортировки и, наконец, всевозможными комбинациями этих сил.
Изучая эти воздействия в различных условиях, можно прийти к следую-
щим основным положениям:
1.	Почти все виды механических воздействий, встречающихся в условиях
эксплуатации, имеют случайный характер, трудно поддающийся лаборатор-
ному воспроизведению и исследованию. Для получения сопоставимых дан-
ных при исследовании и испытаниях можно случайный характер механи-
ческих воздействий привести к некоторому эквивалентному воздействию за-
кономерного характера.
2.	Известно, что усталость материалов, их износ и разрушение происхо-
дят под влиянием периодических нагрузок (вибрации или ударов). При этом
если механические напряжения уменьшить на 20%, то число колебаний, тре-
бующихся для разрушения материала, возрастет примерно в 8—10 раз.
Отсюда следует, что разрушают или изнашивают конструкцию не длительно
действующие малые напряжения, а большие, действующие кратковременно.
3.	Изучение климатических воздействий показывает, что имеются опре-
деленные наиболее сильно действующие климатические факторы и их соче-
тания, которые и следует принимать во внимание. К ним относятся действие
тепла и высокой влажности, переходы через критические точки выпадения
росы и замерзания воды, действие весьма низких и высоких температур,
низких давлений и т. д.
4.	Любое воздействие (климатическое, механическое или температурное)
оказывает на радиоаппаратуру и ее элементы влияние, которое условно можно
разделить на две части, а именно: на результат действия и на результат по-
следействия.
Обычно для радиоаппаратуры не создают особых условий хранения
и транспортировки. Нередко ее хранят в неотапливаемых складах, защищен-
ных лишь от резких климатических воздействий и непосредственного про-
никновения дождя, росы и пыли. В некоторых случаях, например в экспе-
диционных условиях, радиоаппаратуру держат в чехлах или под брезентом,
что защищает ее лишь от дождя и пыли.
Для переносной аппаратуры условия эксплуатации обычно более жестки,
чем условия хранения. Напротив, для аппаратуры, работающей в комнатных
8
условиях, например радиовещательной, телевизионной стационарной связи
и т. д., условия хранения обычно бывают более жесткими, чем условия экс-
плуатации.
Условия транспортировки радиоаппаратуры к месту эксплуатации могут
быть весьма разнообразными: наряду с ручной переноской возможна пере-
возка на лошадях, автотранспортом, по железной дороге, на самолетах, по
воде и т. д. При перевозках радиоаппаратуры удары в случае падения, тряс-
ка при езде по проселочным дорогам сказываются тем сильнее, чем хуже упа-
кована аппаратура. При транспортировке по железной дороге влияют пе-
риодические удары колес вагона о стыки рельсов, сильные толчки в начале
движения, при торможении и маневрах.
Климатические условия при транспортировке изменяются быстрее, чем
в стационарных условиях. Тяжело отражаются на радиоаппаратуре замер-
зание и последующее оттаивание попавшей в нее влаги, особенно если это
происходит неоднократно. Такое воздействие может быть и при хранении
аппаратуры в полевых условиях в осенние и весенние месяцы, т. е. в периоды,
когда наблюдается большое количество переходов температуры через нуль
при высокой относительной влажности атмосферы.
В ближайшем будущем условия эксплуатации, хранения и транспорти-
ровки радиоаппаратуры вряд ли заметно улучшатся. Поэтому вопрос о по-
вышении эксплуатационной прочности и надежности аппаратуры продол-
жает сохранять свою актуальность.
1-3
НАДЕЖНОСТЬ РАДИОАППАРАТУРЫ
Отклонение значений параметров отдельных радиодеталей в конце срока
Службы радиоаппаратуры обычно в несколько раз превышает отклонение
величин этих параметров в начале ее эксплуатации. Например, при одновре-
менном воздействии окружающей среды и рабочих нагрузок на композицион-
ные резисторы отклонение их сопротивления от номинального значения уве-
личивается от ±5 до ±20%. Такое изменение параметров приводит к суще-
ственному снижению точности выходных параметров аппаратуры и ухудше-
нию ее надежности.
Следовательно, надежность радиоаппаратуры в сложных условиях
эксплуатации можно улучшить, повышая точность отдельных элементов.
Надежность радиоаппаратуры зависит от количества и качества комплек-
тующих деталей и узлов, от качества сборки и монтажа, от режима работы
каждого элемента и от условий эксплуатации. Элементы аппаратуры, как
правило, изготовляются по сложным технологическим процессам, поэтому
сроки службы и параметры однотипных элементов неодинаковы. Отсюда сле-
дует, что степень надежности двух экземпляров одной и той же аппаратуры
различна.
Надежность радиоаппаратуры задается в процессе разработки и констру-
ирования системы.
Отсутствие количественной оценки надежности до начала разработки
часто приводит к тому, что вопросам обеспечения надежности в процессе про-
ектирования не уделяется должного внимания. В процессе изготовления опыт-
ного образца бывает трудно устранить недостатки, допущенные при его раз-
работке, без существенных переделок уже изготовленной радиоаппаратуры.
Поэтому при проектировании аппаратуры необходимо задавать количест-
венные показатели надежности до начала проектирования аппаратуры.
Наиболее эффективными способами повышения надежности являются упро-
щение системы, выбор наиболее надежных элементов принципиальной схемы,
облегчение режимов работы элементов, прогнозирование отказов, резерви-
рование и т. п.
При проектировании изделия должна быть заложена определенная тео-
ретическая надежность: в процессе его изготовления обеспечивается факти-
ческая надежность каждого конкретного образца разработанной системы.
9
После изготовления заданная надежность изделия должна поддерживаться
на необходимом уровне правильной организацией эксплуатации.
Для количественного определения надежности наиболее широко исполь-
зуется статистический метод. Теория вероятности и математическая статистика
являются основными средствами исследования вопросов надежности. Теория
вероятностей позволяет установить взаимосвязь между большим числом пе-
ременных случайных величин, влияющих на надежность, и количественными
характеристиками надежности. В связи с этим многие понятия теории на-
дежности связаны с понятиями, принятыми в теории вероятностей.
Надежность можно выразить рядом количественных показателей, но
ни один из них не является в полной мере удовлетворительным.
Количественное определение надежности встречает ряд специфических
трудностей:
1)	на надежность элемента, прибора, системы влияет совокупность раз-
личных факторов, которые не всегда можно учесть;
2)	экспериментальное определение количественных характеристик на-
дежности изделия представляет собой сложную задачу. Определить надеж-
ность во много раз сложнее, чем определить или измерить большинство дру-
гих технических параметров аппаратуры. Аппаратура после испытаний на
надежность часто оказывается непригодной к дальнейшему использованию
по назначению. Испытание аппаратуры на надежность связано с большой
потерей времени;
3)	до настоящего времени не уточнены способы определения конкрет-
ных количественных параметров надежности в той степени, как это сделано
для других технических параметров аппаратуры — выходной мощности,
чувствительности, точности и т. д.
Перечисленные трудности количественного определения надежности
привели к тому, что в настоящее время применяются различные критерии
надежности, в частности:
ве	роятность исправной работы изделия в течение заданного времени;
интенсивность отказов;
ср	еднее ^время исправной работы;
ча	стота отказов аппаратуры;
среднее время эксплуатации аппаратуры между двумя ремонтами.
В качестве критериев надежности .могут использоваться различные
коэффициенты, характеризующие отдельные показатели аппаратуры:
от	ношение времени простоев, вызванных необходимостью устранения
неисправностей, к общему времени работы аппаратуры;
отношение числа отказов аппаратуры из-за неисправностей элементов
данного типа к общему числу отказов и ряд других коэффициентов.
Критериями надежности могут быть, наконец, различные отношения
действительной и расчетной характеристик работы аппаратуры. Подобного
рода критерии можно с успехом использовать для оценки воздействия на на-
дежность специфических условий эксплуатации.
Количественная оценка надежности позволяет:
пр	оизводить расчет надежности;
фо	рмулировать требования, предъявляемые к надежности вновь разра-
батываемой аппаратуры;
зар	анее рассчитывать срок службы аппаратуры, необходимое количе-
ство запасного имущества, плановое задание по уходу за аппаратурой, ее
ремонту и т. д.;
рассчитывать количество аппаратуры и средств, необходимых для вы-
полнения какой-либо задачи.
Количественная характеристика надежности должна быть такой, чтобы:
можно было достаточно просто математически вычислить надежность
аппаратуры и по величине характеристики судить о ее надежности, т. е.
чтобы по мере увеличения или уменьшения надежности аппаратуры величина
количественной характеристики монотонно увеличивалась или уменьшалась;
был	о использовано большинство факторов, влияющих на надежность -
работы аппаратуры;
10
получение данных для ее вычисления не представляло больших труд-
ностей;
были использованы имеющиеся данные о надежности той или иной радио-
аппаратуры.
Проблема обеспечения надежности чрезвычайно широка: она охваты-
вает все стадии зарождения, создания и эксплуатации аппаратуры. В обес-
печении надежности участвует громадный коллектив, начиная от заказчи-
ков, задающих технические условия, и кончая персоналом технического об-
служивания. На надежность влияет не только качество применяемых эле-
ментов и деталей, но и техническая обоснованность их схемно-режимного
применения. Стандартизация элементов и схем, качество отработки послед-
них, технология производственных процессов, методика испытаний и отбра-
ковки, доступность узлов и деталей для осмотра и ремонта, качество техни-
ческой документации, контрольно-измерительная аппаратура, квалификация
обслуживающего персонала, качество упаковки, комплектование запасным
имуществом и т. д. — вот далеко не полный перечень вопросов, влияющих
в конечном счете на надежность аппаратуры.
В настоящее время пока еще отсутствуют обобщенные сведения о влия-
нии различных факторов технологических процессов производства радио-
аппаратуры на ее надежность. Однако целесообразно рассмотреть и эту сто-
рону проблемы надежности, ознакомиться с различными методами производ-
ства и выяснить, какое влияние они могут оказать на работу радиоаппара-
туры.
К важнейшим производственно-технологическим факторам, снижающим
надежность, относятся:
отсутствие должного входного контроля материалов и комплектующих
изделий, поступающих от смежных предприятий;
нарушение сортности и неправильная замена материалов при изгото-
влении деталей;
установка на изделие элементов, длительно хранившихся без предвари-
тельной проверки. Это особенно относится к радио- и электродеталям;
недостаточное внимание к чистоте оборудования, рабочего места, воз-
духа в рабочем помещении и т. д. Требование чистоты имеет особое значение
при изготовлении и сборке точных деталей и устройств;
недостаточно тщательный контроль на отдельных операциях обработки
и при выпуске готовой продукции;
нарушение технологии сборки и правил электрического монтажа, напри-
мер припаивание проводов к лепесткам ламповых панелей без предваритель-
ной установки шаблонов ламповых цоколей;
нарушение режима отдельных этапов технологических процессов, на-
пример пропитки, нанесения антикоррозионных покрытий и т. д.
Для повышения надежности изделий необходимо в первую очередь:
разрабатывать новые схемы узлов и блоков повышенной надежности;
конструировать радиоприборы, исходя из условий их эксплуатации;
правильно выбирать режимы работы радиодеталей;
широко использовать унификацию и ограничительные списки деталей
повышенной надежности, разрешенных для использования при проектиро-
вании радиоприборов;
разрабатывать радио- и электродетали повышенной надежности; особен-
но большое значение имеют разработка надежных электровакуумных при-
боров, внедрение полупроводниковых приборов, замена ламповых усилите-
лей магнитными, контактных устройств — бесконтактными и т. п.;
применять предварительную «тренировку» радиодеталей до установки
их в изготавливаемую аппаратуру.
Большое значение для повышения надежности радиоаппаратуры имеют
также:
автоматизация изготовления массовых деталей и узлов радиоэлектро-
ники, позволяющая снизить влияние субъективных факторов на качество из-
делий, обеспечивающая идентичность и резкое повышение качества изделий;
прогноз отказов при эксплуатации аппаратуры;
11
изучение отчетных данных об отказах приборов и систем и организация
опытной эксплуатации систем в заданных условиях.
Идея полной механизации и автоматизации производства радиоэлектрон-
ной аппаратуры сама по себе отнюдь не нова, но до последних лет ее практи-
ческое использование могло казаться нереальным. Для того чтобы идея авто-
матизации стала реальностью, требовались технические усовершенствования
в смежных областях. В первую очередь возникло автоматическое^ производ-
ство радиодеталей. Затем последовали миниатюризация, микроминиатюриза-
ция и блочное конструирование, развитие методов изготовления печатных
схем, которые позволили подойти к практическому решению проблемы авто-
матизации производства радиоэлектронной аппаратуры. Однако современ-
ные методы сборки радиоэлектронной аппаратуры в общем недалеко ушли
от соответствующих ручных операций.
Основным препятствием механизации сборочных процессов является вы-
сокий уровень начальных затрат, обусловленный сложностью оборудования.
Затруднения возникают также в связи со специализированным характером
производственного процесса. Как показал опыт, многие стандартные техноло-
гические процессы, автоматизированные лишь частично, при внесении в вы-
пускаемую аппаратуру даже незначительных изменений могут оказаться
экономически невыгодными. При серийном производстве радиоэлектронной
аппаратуры часто вносятся серьезные изменения, которые требуется внедрить
в относительно короткие промежутки времени, в противном случае аппара-
тура не будет удовлетворять требованиям быстро развивающегося промыш-
ленного и технического прогресса.
1-4
МИКРОМИНИАТЮРИЗАЦИЯ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ
Одной из основных тенденций при создании современной ра-
диоэлектронной аппаратуры и ее элементов является стремле-
ние к уменьшению ее веса и размеров с одновременным повыше-
нием надежности.
Работы в этой области получили широкий размах благодаря
тому, что развитие новых отраслей науки и техники, таких как
ракетная техника, космонавтика, вычислительная техника, ки-
бернетика, бионика и др., связано с применением исключительно
сложного электронного оборудования. Изыскание путей значи-
тельного уменьшения габарита и веса привело, в свою очередь,
к развитию новых направлений в конструировании и технологии
изготовления радиоэлектронной аппаратуры, объединенных об-
щим названием микроминиатюризация.
Несмотря на то что в большинстве случаев надежность от-
дельных элементов удовлетворяет самым высоким требованиям,
вероятность выхода из строя сложной системы слишком велика.
Микроминиатюризация возможно позволяет еще больше повысить
надежность аппаратуры в целом и в то же время снизить ее стои-
мость, так как производство микроминиатюрных элементов проще
автоматизировать.
В Советском Союзе и за рубежом интенсивно разрабатываются
теория, методика расчета, способы конструирования и техноло-
гические процессы производства электро- и радиоэлементов, уз-
лов, блоков и надежных радиоэлектронных систем на базе микро-
миниатюризации.
12
взлетного веса самолета на
Рис. 1-1. Рост числа электро- и
радиоэлементов в радиоэлектрон-
ных устройствах.
Идея максимального уменьшения объема и веса радиоэлектрон-
ной аппаратуры появилась одновременно с возникновением
электроники. Однако до последних лет решение этой задачи хотя и
являлось желательным, но не было остро необходимым. По мере
усложнения электронного оборудования ракет, искусственных
спутников земли и т. д., свободный объем в которых крайне огра-
ничен и каждый килограмм дополнительного веса требует значи-
тельного увеличения внешних размеров и повышенного расхода
горючего, а также увеличивает риск выхода из строя элементов и
различных соединений приборов и систем в целом, уменьшение
объема и веса радиоэлектронной аппаратуры приобрело решаю-
щее значение. Так, например, каждый дополнительный килограмм
оборудования вызывает увеличение
10—20 кг, а веса ракеты-носителя
спутника — на 100 кг.
На рис. 1-1 показан рост чис-
ла элементов, входящих в элект-
ронную аппаратуру. Если в 1920 г.
в конструкцию телефонного уси-
лителя на линии связи входило
всего около 10 элементов, то в
1930 г. для радиосвязи между
двумя стационарными пунктами
требовалось уже 200 элементов, в
том числе 20 ламп. Электронное
оборудование американского бом-
бардировщика типа Б-17 про-
изводства 1942 г., состоящее почти исключительно из приборов
радиосвязи и обеспечения посадки, насчитывало 2 000 элементов
и весило 30 кг при объеме в 40 дм3. Число элементов в аппаратуре
бомбардировщика Б-47, введенного в строй через 10 лет, воз-
росло примерно в 10 раз. Аппаратура современного бомбарди-
ровщика содержит от 130 до 150 тыс. электронных элементов.
Если бы она состояла из обычных элементов, то заняла бы объем
около 3 м3, а ее вес превысил бы 2 т.
Вначале стремление к уменьшению размеров электронных
элементов было связано с их удешевлением: миниатюризация сво-
дилась к чисто механическому уменьшению размеров и соответ-
ствующему пересчету электрических параметров, основной же
принцип действия элементов не изменялся.
В настоящее время снижение стоимости элементов (например,
в военной авиационной и ракетной технике) имеет второстепенное
значение по сравнению с задачей уменьшения их габарита. Миниа-
тюризация и микроминиатюризация приобрели самостоятельное
значение. Высокая стоимость приборов часто окупается сниже-
нием расхода материалов, уменьшением их веса и площади, за-
нимаемой оборудованием. Например, цифровые вычислительные
машины, построенные на основе обычных конструктивных эле-
13
ментов, занимают целые залы и имеют огромный вес. Кроме того,
большие размеры таких систем ухудшают их функционирование.
Коммуникации оказываются настолько длинными, что запазды-
вание, вносимое ими, ограничивает быстродействие системы, так
как становится сравнимым с временем срабатывания активных
элементов.
Уменьшение размеров электронной аппаратуры может быть
достигнуто сокращением числа составляющих элементов схемы,
уменьшением габаритных размеров отдельных элементов и уп-
лотнением их монтажа. Число элементов определяется принци-
пиальной схемой, однако часто одна и та же функция может быть
осуществлена с помощью схем с различными конструктивными
элементами. Для миниатюризации аппаратуры следует выбирать
схему, имеющую минимальное число элементов с наименьшими
габаритами. Но бывает и так, что схема, состоящая из большего
числа элементов, имеет меньшие габариты. Уменьшение числа
элементов выгодно также с точки зрения снижения помех.
Плотный монтаж элементов электронного прибора усложняет
задачу теплоотвода и охлаждения. Именно из-за трудности ох-
лаждения невозможно существенно уменьшить габариты вакуум-
ной электронной аппаратуры.
Изготовление малогабаритных элементов связано с наличием
материалов. Размеры и вес электронного оборудования и его
элементов зависят от физико-механических характеристик при-
меняемых веществ и материалов. Например, размеры катушки ин-
дуктивности обратно пропорциональны величине магнитной про-
ницаемости магнитопровода; размеры конденсатора данной ем-
кости зависят от материала, применяемого в качестве диэлектрика;
из материалов с большим удельным сопротивлением изготовляют
резисторы меньших габаритов и т. д. Однако имеется предел,
устанавливаемый необходимой площадью теплоотдачи при данной
мощности рассеивания. Для эксплуатации радиоаппарата при по-
вышенных температурах требуются материалы с более высокой
теплостойкостью и постоянством свойств в широком температур-
ном диапазоне. Современные успехи и дальнейшее развитие мини-
атюризации основываются на отборе и совершенствовании неко-
торых свойств известных материалов, а также на применении ма-
териалов с новыми свойствами.
Изготовление миниатюрных радиоприборов1 и радиодеталей
невозможно без разработки соответствующей технологии. Основ-
ными методами изготовления миниатюрных элементов являются
методы тонкой пленочной технологии и точной механики. Массо-
вое и сравнительно недорогое производство миниатюрных эле-
ментов с высокой точностью и стабильностью параметров невоз-
можно без высокого уровня автоматизации.
1 Термин «радиоприбор» применен для краткости изложения, имеются
в виду изделия и приборы радиоаппаратуры.
14
Миниатюризация радиодеталей в результате применения но-
вых материалов и разработки новой технологии иллюстрируется
следующими примерами. Десятилетиями конденсаторы изготов-
ляли в виде рулона из бумажной полосы и металлической фольги.
Толщина бумаги и фольги определялись заданной емкостью и ра-
бочим напряжением, а также электрической и механической проч-
ностью изделия. Замена металлической фольги металлизирован-
ным слоем, который наносится на бумагу методом распыления,
позволила в 2 раза уменьшить размеры конденсаторов, а приме-
нение тонких синтетических пленок, обладающих лучшими, чем
бумага, электрическими характеристиками, привело к уменьше-
нию этих размеров еще в 2 раза.
Современные керамические массы имеют диэлектрическую по-
стоянную до 10 000. Благодаря этому не только уменьши-
лись размеры конденсаторов, но и значительно упростилась
их конструкция. Новые конденсаторы представляют собой ке-
рамическую шайбу, на обе поверхности которой нанесены слои
металла. Изготовление таких конденсаторов легко автоматизи-
ровать.
Первым шагом в области миниатюризации было последова-
тельное применение миниатюрных элементов и печатного монтажа.
Это позволило уменьшить габаритные размеры аппаратуры при-
мерно в 7—10 раз.
Первоначально печатные схемы применялись с целью автома-
тизации монтажа. Однако оказалось, что этот метод одновременно
ведет и к уменьшению габаритных размеров радиоприборов,
поэтому стали исследовать возможность изготовления самих эле-
ментов электронных схем печатным способом. Применение тех-
ники печатных схем позволило довести плотность монтажа до
1 760 деталей в 1 дм3 по сравнению с плотностью 285 деталей в 1 дм3
в аппаратуре, смонтированной вручную.
Однако даже при наиболее тщательной разработке конструк-
ций с применением миниатюрных элементов полезное использо-
вание объема составляло всего около 30%.
В начале 50-х годов в США была разработана конструкция
сборных блоков (проект «Тинкертой»). Блоки представляли собой
керамические галеты стандартных размеров, на которых монти-
ровались детали. Размеры галет определялись габаритами миниа-
тюрной электронной лампы, так что и миниатюризация здесь уже
не являлась самоцелью.
Еще одним видом миниатюризации является изготовление
сварных модулей, в которых элементы сваривают друг с другом и
для повышения механической прочности заливают расплавлен-
ной смолой. Замена испорченной детали в таких блоках невоз-
можна, необходимо менять весь блок (модуль). По этой причине
в виде модулей изготовляют лишь простейшие схемы или такие
схемы, где выход из строя отдельных элементов практически ис-
ключается.
15
Решающим фактором для развития миниатюризации явилось
внедрение полупроводниковых приборов. Транзистор занимает
лишь малую часть объема электронной лампы с соответствующими
коэффициентами усиления и мощности. В транзисторе отсутст-
вует накал и в большинстве схем в режиме холостого хода тран-
зистор не расходует энергии. Элементы схем на транзисторах рас-
сеивают меньшую мощность, поэтому могут быть уменьшены их
номинальное значение мощности и размеры (это относится прежде
всего к резисторам). Транзисторы работают при низком уровне
напряжения, что позволяет уменьшить размеры элементов при
той же электрической прочности и значительно упростить схему
питания.
Миниатюризация радиоаппаратуры преследует разработку тех-
нологии более плотного монтажа существующих элементов и ми-
ниатюризацию самих элементов, как пассивных, так и активных,
а также носящих вспомогательный характер. Решение этих во-
просов зависит прежде всего от улучшения параметров сущест-
вующих и получения новых материалов, способных удовлетво-
рять современным требованиям.
Радиоэлектронную аппаратуру обычно защищают от воздей-
ствия окружающей среды различными средствами. Применение
тяжелых герметичных конструкций увеличивает вес и объем обо-
рудования; кроме того, необходимость искусственного охлажде-
ния герметизированного оборудования усложняет его конструк-
цию. По этим причинам необходимо конструировать аппаратуру
на базе таких элементов, которые способны были бы выдержать
воздействие внешней среды при сравнительно малоэффективных
средствах защиты. Особые возможности открывает здесь приме-
нение термостойких материалов.
Наблюдения за радиоэлектронной аппаратурой, установлен-
ной на искусственных спутниках Земли, позволили получить
сведения о воздействии озона, вакуума, радиации, перепадов тем-
пературы, микрометеоритов.
Срок службы элементов радиоприборов в поясах радиации
не превышает нескольких дней. Но так как фактически время пре-
бывания спутника в зоне высокой радиации мало, то она не ока-
зывает ощутимого влияния на параметры элементов. Незначитель-
ными оказались и последствия столкновения с микрометеоритами.
Многие материалы, особенно инертные, нечувствительны к
радиации, но сравнительно немногие (главным образом, металлы и
неорганические соединения) могут выдержать одновременное
воздействие радиации и высокой температуры. Некоторые металлы,
широко применяемые при изготовлении радиоэлектронной аппа-
ратуры (алюминий, медь, германий, кремний, серебро, магний), в
условиях повышенной радиации образуют радиоактивные изо-
топы с коротким периодом полураспада. Радиация энергично воз-
действует на большинство органических материалов — полупро-
водники, стекло с примесями бора или свинца, тогда как конден-/
16
саторы с неорганическими диэлектриками, металлические ре-
зисторы и некоторые магнитные материалы нечувствительны к
ней.
При интенсивном нагреве применяют специальные меры за-
щиты проводников. Поскольку оловянные покрытия не выдержи-
вают высокой температуры, а медь окисляется лри температуре
250° С, медные проводники следует плакировать или наносить на
них гальванические покрытия для сохранения достаточной электро-
проводности. Хорошие результаты дает плакирование серебром
и никелем. Серебро пригодно для применения при температурах
до 500° С. Проводники в аппаратуре, работающей в условиях вы-
соких температур (до 500° С), можно соединять пайкой серебряным
припоем или сваркой. При этом используют выводные клеммы
из серебра, никеля или нержавеющей стали, к которым припаи-
вают проводники из серебра, алюминия или проводники из дру-
гих металлов, плакированные никелем.
При сверхвысоких температурах хорошими потенциальными
проводниками электрического тока являются некоторые керами-
ческие материалы.
Пружинящие контакты из бериллиевой и фосфористой бронзы
при высоких температурах теряют упругость, поэтому их выпол-
няют из никелевого сплава и нержавеющей стали. Для плакиро-
вания или гальванического покрытия контактов используются
благородные металлы и их окислы, а также рений.
При изготовлении микроминиатюрной аппаратуры, работаю-
щей в условиях радиации, очень существенно, какими методами
выполнен электромонтаж.
В аппаратуре, работающей в условиях радиоактивного излу-
чения, при низкой температуре, для мягкой пайки проводников
используют сплавы олова со свинцом, при высоких температурах —
мягкие и твердые серебряные припои. В ряде случаев соединение
осуществляют сваркой. Алюминиевые проводники перед самой
пайкой погружают в раствор хлористой меди, а для пайки исполь-
зуют цинковый припой или сплавы цинка, кадмия и серебра. Для
удаления окисла и нанесения медного электролитического покры-
тия на очищенную поверхность проводника применяют химиче-
ские методы.
Высокотемпературные спаи металла с керамикой получают пу-
тем вжигания окислов в поверхность керамики, последующей
электролитической металлизации и пайки в вакууме. Для пе-
реходных соединительных швов используют омедненные или ни-
келированные сплавы молибдена с марганцем, меди с титаном, меди
с цирконием и никеля с титаном. Для устройств, рабочие темпе-
ратуры которых не более 500° С, спаи получают с помощью огне-
упорных цементов, стекла или уплотняющих прокладок из спла-
вов различных металлов. Сплав свинца, меди и титана и другие
припои выдерживают температуру до 300° С. Герметичные трубки
с покрытием из мягких металлов позволяют получить уплотнение,
17
которое обеспечивает хорошую прочность соединения при темпе-
ратуре до 400° С. Соединение деталей устройств с более низкими
рабочими температурами можно получить с помощью цементи-
рующих материалов на основе пластмасс и эластомеров.
Для изготовления резисторов, помимо углерода и карбида
кальция, из высокотемпературных материалов используют сплав
сурьмы с родием или оловом и различные сочетания благородных
металлов. Металлы наносят электролитическим способом на кера-
мику или стекло, наматывают (при использовании в виде гибкого
проводника) или используют в виде пленок хлоридов, нитридов,
силицидов или окислов. Величина омического сопротивления
хромо-кремниевых пленок с рабочей температурой 250° С при
кратковременном повышении ее до 750° С изменяется лишь на
несколько процентов. Платиновые пленки имеют линейный темпе-
ратурный коэффициент сопротивления в диапазоне 28—500° С.
Пленочные термисторы из карбида бора сохраняют высокую устой-
чивость при температуре 750° С, но растрескиваются при перио-
дическом изменении температуры в пределах от 200 до 300° С.
На характеристики большинства ферритов радиация не оказы-
вает существенного влияния, но чтобы противостоять нагреву,
обусловленному гамма-излучением, нужна высокая температура,
соответствующая точке Кюри. Это вызвано тем, что ферритовые
материалы, используемые в виде стержней относительно больших
размеров, подвержены воздействию теплового удара, и их коэф-
фициенты расширения имеют резко выраженный максимум, при-
близительно совпадающий с температурой точки Кюри. Ферриты
с температурами точки Кюри выше 500° С могут быть использо-
ваны при температуре около 250° С.
Под воздействием радиации изменяются характеристики не-
которых магнитных материалов. У железокремниевых сплавов
наблюдается значительное смещение порога магнитострикцион-
ного насыщения. Характеристики никелевого феррита не претер-
певают ощутимых изменений. Никельцинковые ферриты можно
использовать при температуре до 250° С. Чистый никель выдержи-
вает температуру свыше 250° С. Сплавы кобальта с железом имеют
более высокую теплостойкость, зависящую от содержания кобаль-
та. Титанат бария имеет низкую температуру точки Кюри и ограни-
ченный диапазон рабочих температур.
Число отказов обычных полупроводниковых приборов под
воздействием радиации достигает 50%.
Большое влияние оказывает радиация на полупроводниковые
приборы, работающие по принципу использования неосновных
носителей. Туннельные диоды и полевые транзисторы, работающие
по принципу использования основных носителей, нечувствительны
к радиации с плотностью 1013 нейтронов!см2, их можно исполь-
зовать при температурах до 315° С. Максимально допустимая
плотность радиации для германиевых транзисторов составляет
1015 нейтронов/см2.
18
Предполагают, что материалы с большой величиной запрещен-
ной зоны, способные работать при высоких температурах, мало-
чувствительны к воздействию радиации. Повреждения кристалли-
ческой структуры материала, обусловленные радиацией, можно
устранять отжигом. Приборы из арсенида галлия допускают бы-
стрый отжиг при температуре 300—470° С.
Применение интерметаллических соединений способствует по-
вышению рабочей температуры солнечных батарей, что улучшает
их к. п. д. Сульфид кадмия позволяет получать электрическую
энергию при температуре до 400° С, тогда как предельная рабо-
чая температура кремниевых солнечных батарей не превышает
260° С. Арсенид-фосфид индия можно применять при температурах
450-800° С.
Использование неорганических диэлектриков позволило по-
высить рабочую температуру конденсаторов до 300—500° С.
Многоэлементные слюдяные конденсаторы, собранные в кожухе из
нержавеющей стали, выдерживают температуру 600° С. Высоко-
температурные керамические материалы нечувствительны к воз-
действию радиации, но требуют тщательной очистки, чтобы устра-
нить вероятность возникновения явлений, свойственных полупро-
водникам. Экспериментальные образцы конденсаторов из нитрида
бора, окиси магния и окиси алюминия с рабочей температурой
500° С позволяют получить RC = 5 Мом • мкф. Окиси магния
и алюминия выдерживают радиацию при температуре 400° С;
нитрид бора превращается в этих условиях в окись бора.
Панели печатных схем, работающих при температуре 400° С
и выше, изготовляют из керамики, стеклокерамики и слюды со
стеклянным связующим. Миниатюрные печатные схемы на
керамических панелях с проводниками из сплава молибдена с
марганцем, нанесенными способом вжигания, выдерживают тем-
пературу до 700° С, а панели из форстеририта с платиновыми про-
водниками и серебряными контактами — до 800° С.
Термостойкие слоистые пластики после воздействия радиации
выдерживают нагрев до 260° С, а нетермостойкие — расслаива-
ются во время испытаний на изгиб и сжатие в условиях повышен-
ной влажности при интенсивности радиации около 108р. Диэлект-
рическая проницаемость этих материалов сохраняется практи-
чески постоянной при интенсивности радиации от 105 до 107 р,
Асбесто-фенольные слоистые пластики выдерживают нагрев
до 250° С при длительной и до 475—500° С при кратковременной
эксплуатации. При работе в полях низкой частоты повышение тем-
пературы материала сопровождается увеличением диэлектрической
проницаемости. При высоких частотах повышение температуры
оказывает незначительное воздействие на параметры полиэфир-
ных армированных пластмасс, асбесто-фенольных и стекло-
фенольных материалов.
Органические заливочные компаунды без наполнителей обычно
нельзя применять при температурах выше 200—250° С. Исключе-
19
ние составляют кремнийорганические соединения, которые прибли-
зительно на 80% сохраняют свои первоначальные свойства при
температуре до 315° С; смолы на основе бутадиена выдерживают
температуру до 260° С и эпоксидные смолы — до 315° С. Крем-
нийорганические заливочные лаки нечувствительны к воздей-
ствию радиации. Под действием радиации кремнийорганическое
масло превращается в резину, а кремнийорганическая резина ста-
новится ломкой.
Можно применять цементы на основе магнезита, циркония с
содержанием фосфора или алюмината кальция. Для заливки де-
талей, работающих при сравнительно невысоких температурах,
используют также стекло с низкой температурой плавления.
1-5
ПОНЯТИЕ О ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ КОНСТРУКЦИИ
Под технологичностью конструкции подразумевается такое
свойство отдельных деталей, узлов или изделий в целом, которое
позволяет наиболее быстро и экономично освоить это изделие
в производстве.
Конструкция радиоприбора может считаться технологичной,
если она, полностью удовлетворяя эксплуатационным требова-
ниям, дает возможность применять высокопроизводительные спо-
собы изготовления при минимальных затратах рабочей силы и
наиболее низкой ее квалификации, позволяет рационально ис-
пользовать производственное оборудование, материалы и не тре-
бует сложной подготовки производства.
Требования к технологичности радиоприборов отличаются
от требований к технологичности механических приборов тем,
что в них должны учитываться как условия производства, так и
условия тесного взаимодействия механических элементов, харак-
теризующихся кинематическими, динамическими и статическими
связями, и радиодеталей, свойства которых обусловлены электри-
ческими и магнитными связями. На технологичность конструк-
ции влияет ряд факторов. Рассмотрим основные из них.
Развитие техники производства. Внедре-
ние передовых методов обработки — литья под давлением, прес-
сования деталей из пластмасс и т. п. — неразрывно связано с из-
менением конструкции радиоприборов в сторону повышения тех-
нологичности. Существенное влияние оказывают на технологич-
ность конструкций также методы сборки. В частности, осуществ-
ление поточной сборки может потребовать таких изменений кон-
струкции приборов, которые исключают необходимость в сложной
регулировке, зависящей от искусства рабочего и не поддающейся
расчленению на операции.
Требуемая степень точности изготов-
ления — это один из основных факторов, влияющих на кон-
струкцию. При конструировании необходимо провести тщатель-
20
ный анализ и расчет точности механизмов и узлов, установить,
какими методами можно получить заданную точность в произ-
водстве. Часто невозможность выдержать слишком узкие допуски
заставляет внести в конструкцию регулировочное устройство,
компенсаторы. Может также возникнуть вопрос, какая конструкция
технологичнее: состоящая из простых деталей с узкими допусками
или из более сложных по конфигурации деталей, но с более ши-
рокими допусками.
Масштаб производства. Поскольку целесообраз-
ность тех или иных методов обработки зависит от количества из-
готовляемых приборов, то очевидно, что нельзя говорить о тех-
нологичности конструкции вообще. Конструкция, технологич-
ная для единичного производства может оказаться совершенно
непригодной для серийного или массового производства. В за-
висимости от масштаба производства прибор одного и того же на-
значения может быть конструктивно оформлен по-разному.
Вопрос об оценке технологичности конструк-
ции весьма сложен. Технологичность является относительным по-
нятием, так как степень технологичности нового прибора опре-
деляется или сопоставлением с конструкцией уже находящегося
в производстве прибора, или сравнением нескольких вариантов
конструкции нового прибора.
Кроме того, развитие методов производства вносит соответству-
ющие изменения в критерии технологичности конструкции.
Наиболее исчерпывающую оценку различных вариантов кон-
струкции прибора в отношении технологичности можно дать, со-
поставляя соответствующие технологические процессы. Однако
к этому методу прибегают лишь в отношении отдельных сложных
трудоемких узлов или деталей.
Для оценки технологичности конструкции в целом на первых
стадиях проектирования прибора приходится ограничиваться
определением себестоимости по укрупненным данным и некоторыми
частичными показателями.
Система таких показателей предложена Н. А. Бородачевым.
Наиболее существенные из них:
1)	общее количество деталей;
2)	количество наименований деталей;
3)	удельный вес деталей и узлов, стандартных или нормаль-
ных, ранее освоенных производством и вновь спроектированных;
4)	распределение по классам точности;
5)	распределение по видам обработки;
6)	показатели сборки: удельный вес деталей, окончательно
собираемых в узлах и поступающих на общую сборку, удельный
вес деталей, требующих пригонки, штифтовки и регулировки, ит. п.
При оценке технологичности конструкций эти показатели
весьма полезны, но ограничиваться лишь их определением нельзя.
Например, чем меньше общее количество деталей, составляющих
прибор, тем меньше в общем случае затраты на изготовление де-
21
талей и сборку. Однако, если уменьшение количества деталей
сопровождается значительным их усложнением, изделие может
оказаться менее экономичным.
1-6
ОСНОВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ
ПРОИЗВОДСТВА РАДИОАППАРАТУРЫ
Технология производства радиоаппаратуры — широкая и са-
мостоятельная область техники, которая отличается от техноло-
гии, принятой в общем машиностроении.
Если в машиностроении решающую роль играют механические
свойства материалов, то в радиоаппаратуре особое значение имеют
их физические свойства. Поэтому в радиоизделиях используют
специальные проводниковые и магнитные материалы, особенно
ферриты, полупроводниковые материалы, самые разнообразные
электроизоляционные материалы, теплостойкие пластические мас-
сы, керамику и другие специальные материалы, обладающие са-
мыми различными физико-химическими и механическими свой-
ствами.
Радиотехническое производство имеет свои особенности по
сравнению с производством других видов электрических прибо-
ров. Это в первую очередь необычайное многообразие специфи-
ческих технологических процессов, обусловленное огромным раз-
нообразием применяемых материалов, например изготовление де-
талей из высокочастотной керамики или пластмассы, изготовле-
ние магнитопроводов из высококачественных магнитных материа-
лов, нанесение токопроводящих пленок на диэлектрики, нане-
сение покрытий в вакууме и т. д.
Второй особенностью производства радиоаппаратуры явля-
ется широкое использование контрольно-измерительных и испы-
тательных операций в процессе изготовления радиодеталей и узлов,
сборки, монтажа, регулировки и испытаний. Некоторые из этих
операций автоматизированы, например проверка индуктивности
катушек и наличия короткозамкнутых витков во время намотки,
подгонка величины омического сопротивления, проверка электри-
ческих параметров слюдяных и стеклоэмалевых конденсаторов.
Для этого созданы специальные измерительные приборы, кото-
рыми оборудованы намоточные станки и станки для нарезки спи-
ралей на резисторах; контрольные стенды для проверки электри-
ческих параметров и конденсаторов; стенды для проверки пра-
вильности монтажа и режимов работы аппаратуры.
Все большее значение приобретает внедрение новой про-
грессивной технологии: печатный монтаж, замена пайки автома-
тической сваркой, применение методов миниатюризации и микро-
миниатюризации. Ведутся работы по созданию функциональных
блоков, из которых можно компоновать различные по назна-
чению приборы. Особую важность это направление имеет для про-
22
изводства электронно-вычислительных машин и специальной
малогабаритной радиоаппаратуры.
Развитие радиотехнической промышленности, непрерывное
совершенствование конструкций радиоаппаратуры, а также все
возрастающая потребность в этой аппаратуре повлекли за собой
организацию массового производства, в первую очередь важней-
ших элементов радиоаппаратуры: конденсаторов, резисторов,
трансформаторов и др.
Детали и узлы, назначение, конструкция и электрические
параметры которых позволяют применять их во многих видах
радиоаппаратуры, изготовляемой на различных заводах, должны
быть нормализованы. Нормализация деталей и узлов позволяет
перейти к организации специализированных предприятий радио-
технической промышленности и к созданию на действующих за-
водах цехов или участков для централизованного массового про-
изводства этих деталей. Такая специализация предприятий и
отдельных цехов способствует непрерывному совершенствованию
конструкции и технологии изготовления деталей, а также меха-
низации и автоматизации производства, повышению качества,
надежности и снижению себестоимости изделий.
Глава
II
ОБЩИЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
2-1
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Себестоимость и время, затраченное на изготовление радио-
аппаратуры, ее надежность и простота производства в значитель-
ной степени зависят от технологии. Поэтому при разработке тех-
нологии основные усилия должны быть направлены на организацию
производственного процесса с целью повышения производитель-
ности труда, на увеличение выпуска изделий с единицы про-
изводственной площади, снижение себестоимости продукции и
повышение надежности аппаратуры.
Кроме того, существенное, а в отдельных случаях решающее
значение имеет время подготовки и освоения производства.
Наконец, следует также учитывать длительность производ-
ственного цикла, т. е. время от запуска изделия в производство
до выпуска готовой продукции.
При промышленном освоении выпуска радиоприборов подго-
товка производства разделяется, как правило, на следующие
23
основные этапы: конструкторский, экспериментальный, технологи-
ческий и организационно-производственный.
Наибольший удельный вес по трудоемкости и длительности
цикла, составляющего 50—60% от всего времени освоения, при-
ходится на этап технологической подготовки производства.
Технологическая подготовка производства заключается в ана-
лизе технологичности разработанной конструкции, в проектиро-
вании технологических процессов получения заготовок, обработ-
ки деталей и сборки узлов и изделий, в разработке и изготовлении
технологической оснастки, разработке технологии контроля, тех-
нологических спецификаций, нормативов и т. д.
Проектирование технологического процесса состоит из:
а)	определения структуры процесса, т. е. разделения его на
составляющие элементы, выбора оборудования, приспособления и
инструмента;
б)	установления межоперационных размеров, обоснования за-
данной точности, расчета режимов, определения технической
нормы времени;
в)	сопоставления экономичности различных вариантов тех-
нологических процессов;
г)	оформления документации на принятые технологические
процессы.
Исходными документами при проектировании технологиче-
ского процесса служат: рабочий чертеж детали, технические усло-
вия, объем выпуска (размер программного задания), принятые ру-
ководящие материалы, нормативы.
Рабочий чертеж детали должен содержать нуж-
ные проекции, все размеры, правильно проставленные в соответ-
ствии с ГОСТ, все обозначения степени шероховатости поверх-
ностей, подлежащих обработке (по ГОСТ 2789-59), все допуски и
посадки с обозначениями по действующим ГОСТ, дополнитель-
ные требования к детали (к геометрической форме, покрытиям
и др.), указание о марке материала, из которого изготовляется
деталь.
Технические условия (ТУ) содержат требования к
наиболее ответственным и сложным деталям и составляются обыч-
но в тех случаях, когда эти требования или особые замечания по
их выполнению невозможно полностью изложить в рабочем чер-
теже. В технических условиях указывают, кроме того, назначе-
ние детали, методы контроля, общие сведения (в отдельных слу-
чаях) о хранении, таре, транспортировке, клеймении.
Конструктивное оформление деталей, методы их изготовления
и сборки узлов в большой степени зависят от предполагаемого
объема выпуска изделий, который обусловливает
также технологию их производства. Характером производства (сте-
пенью его массовости) определяется степень детализации техноло-
гических процессов и их содержание: оборудование, технологи-
ческая оснастка, режимы обработки и т. д.
24
К основным руководящим материалам,
которыми необходимо располагать при разработке технологичес-
кого процесса, относятся технические характеристики оборудова-
ния, нормали на режущий и измерительный инструмент, приспо-
собления и штампы, нормативы припусков и межоперационных
допусков, нормативы для технико-экономических расчетов, норма-
тивы по техническому нормированию в зависимости от типа про-
изводства и уровня его организации.
Нельзя провести четкую границу между окончанием разработ-
ки конструкции радиоприбора и началом проектирования техно-
логического процесса его изготовления. Уже в процессе изготов-
ления опытного образца в экспериментальном цехе должна быть
проведена определенная технологическая подготовка. После
изготовления и испытания опытного образца и внесения конструк-
торским бюро необходимых уточнений в расчеты скорректирован-
ные чертежи поступают в отдел главного технолога, где разраба-
тывается уточненный технологический процесс изготовления опыт-
ной партии приборов. Технологический процесс разрабатывается
теперь довольно подробно, с учетом запланированного объема
выпуска приборов данной конструкции. После изготовления и ис-
пытания опытной партии конструкторское бюро окончательно
уточняет чертежи, которые из категории опытных чертежей пере-
ходят в категорию рабочих.
Затем отдел главного технолога приступает к разработке тех-
нологического процесса серийного (или массового) или, как го-
ворят, валового производства для заданной программы выпуска
изделий.
Данные технологического процесса заносятся в технологичес-
кие карты, ведомости загрузки оборудования, ведомости норм
расхода на основные и вспомогательные материалы, ведомости
на технологическое оснащение (различные виды инструмента,
приспособления, измерительные приборы, установки и оборудо-
вание для испытаний), ведомости требующейся рабочей силы, тех-
нологические инструкции и т. д.
Основным документом технологического процесса является
технологическая карта, в которой изложены сведения о структуре
и содержании технологического процесса, разделении его на опе-
рации и переходы, о последовательности и режимах выполнения
операций на выбранном оборудовании, режимах работы оборудо-
вания и технологического оснащения, о режимах сборки, последо-
вательности монтажа, методах регулирования, способах контроля
и т. д. Указаниями, приведенными в технологических картах,
руководствуются при изготовлении деталей, во время сборочных
и монтажных работ, при регулировке и испытаниях.
На радиотехнических заводах используют маршрутные и опера-
ционные карты.
Маршрутная карта устанавливает последовательность про-
хождения обрабатываемого объекта (деталь, узел, прибор или
25
изделие) по цехам и содержит описание всех операций, произво-
димых над объектом (без выделения каждой операции в отдель-
ном документе). Такая карта применяется в единичном и мелкосе-
рийном производстве в тех случаях, когда не требуется точной
деталировки технологического процесса и нет твердого закрепле-
ния обрабатываемого объекта за определенным оборудованием.
В маршрутной карте указывают данные об основном материале
и размерах заготовки, перечисляют цехи и мастерские, в которых
должна производиться обработка, дают перечень операций, сооб-
щают сведения об основном оборудовании и технологическом ос-
нащении, профессии и разряде рабочего, а также нормировочные
сведения.
Операционная карта разрабатывается отдельно на каждую
операцию. Она содержит, кроме перечисленных выше сведений,
полный перечень всех переходов с подробным изложением дан-
ных о режимах, методике технологического контроля, геометри-
ческих и других параметрах, измерениях и испытаниях. Обычно в
операционной карте имеется эскиз детали или узла с указанием
мест обработки, способа закрепления, размещения инструментов.
Таким образом, операционная карта содержит исчерпывающие
сведения как для изготовителей, так и для контролеров отдела тех-
нического контроля, что позволяет им обходиться без чертежей.
Операционные технологические карты применяются в серийном
и массовом производствах.
Существует большое количество различных видов технологи-
ческих карт. Однако даже самые подробные из них не могут, ко-
нечно, охватить всего разнообразия технологических процессов,
осуществляемых при изготовлении радиоаппаратуры. Поэтому
часто в дополнение к картам или же вместо них составляют тех-
нологические инструкции, в которых, помимо технологических
режимов, излагаются физические и химические обоснования про-
цессов, происходящих при обработке.
2-2
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ О ПРОИЗВОДСТВЕННОМ
И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ ПРОЦЕССАХ
Для рационального построения процесса изготовления радио-
приборов большое значение имеет определение исходных прин-
ципиальных понятий о производственном и технологическом про-
цессах.
Производственным процессом называется совокупность дейст-
вий, в результате которых сырье, материалы или полуфабрикаты,
поступающие на завод, превращаются в готовую продукцию.
Производственный процесс включает в себя не только не-
посредственные действия, направленные на изменение форм и
свойств обрабатываемых деталей и сборку из них приборов, но
26
и все необходимые для осуществления этих действий вспомогатель-
ные процессы, например подготовку производства, материально-
техническое снабжение, ремонт оборудования, цеховой и внутри-
заводской транспорт и т. д. Соответственно этому производствен-
ный процесс можно разделить на основные и вспомогательные про-
цессы.
Основные процессы представляют собой собственно
процессы изготовления основной продукции завода, предусмот-
ренной государственным планом, т. е. получение заготовок, обра-
ботку и изготовление деталей, сборку узлов и общую сборку,
регулировку и испытание приборов. В соответствии с этим цехи
завода, занятые основными процессами производства, называются
основными.
Основные процессы производства разделяются на отдельные
стадии — заготовительную, обработочную и сборочную. Анало-
гично этому и основные цехи делятся на заготовительные (литей-
ный, штамповочный), обработочные (механический, гальваниче-
ский) и сборочные (цехи сборки узлов, общей сборки и регулиров-
ки приборов).
Вспомогательные процессы представляют со-
бой совокупность всех действий, обеспечивающих бесперебойное,
планомерное, эффективное выполнение основных процессов, т. е.
обслуживание основных цехов. Вспомогательные процессы осу-
ществляются отделами, службами и соответствующими цехами
завода. Последние называются вспомогательными. Они обеспечива-
ют основные цехи инструментом, транспортом, энергией, тарой,
различными услугами и осуществляют ремонт оборудования, зда-
ний и сооружений.
В соответствии с этим среди вспомогательных цехов имеются
инструментальный, ремонтно-механический, электроремонтный,
ремонтно-строительный, энергетический, транспортный, тарный
и др.
Технологическим процессом называется часть производствен-
ного процесса, непосредственно связанная с последовательной
сменой состояний продукта производства.
Основой технологического процесса является операция, кото-
рая в свою очередь может разделяться на установки, позиции,
переходы и проходы.
Операцией называется часть технологического процесса, вы-
полняемая непрерывно на одном рабочем месте, одним рабочим
(или группой рабочих) над определенной деталью или сборочной
единицей (или совокупностью нескольких деталей, сборочных еди-
ниц). Примеры отдельных операций: штамповка пластин магнито-
проводов, пропитка трансформаторов, прессование каркаса ка-
тушек и т. д.
Установкой называется часть операции, выполняемая при неиз-
менном закреплении обрабатываемой заготовки или собираемого
узла.
27
Позицией называется каждое из различных положений неиз-
менно закрепленной детали, сборочной единицы или инструмента
относительно оборудования, на котором производится работа,
например при закреплении детали в поворотном приспособлении.
Переходом называется часть операции, включающая обработку
одного или нескольких участков детали одним или несколькими
одновременно действующими инструментами при неизменном ре-
жиме работы оборудования. Применительно к сборке переход ха-
рактеризуется неизменностью сопрягаемых поверхностей и при-
меняемого при этом инструмента (приспособлений).
Примером может служить намотка катушки; при этом выпол-
няется несколько следующих друг за другом переходов: установка
каркаса, крепление вывода к каркасу и др.
Проходом называется часть перехода, которая охватывает все
действия, связанные со снятием одного слоя металла. Это понятие
относится, главным образом, к механической обработке.
Разработка и внедрение в производство высокопроизводитель-
ных и экономичных технологических процессов изготовления из-
делий радиоаппаратуры, систематическое совершенствование уже
освоенных технологических процессов, проектирование и изготов-
ление технологического оснащения, рациональное размещение
оборудования составляют содержание работы соответствующих
служб завода, называемых органами технологической подготовки
производства. Технологическая подготовка в конечном итоге оп-
ределяет экономическую целесообразность освоения производства
новых конструкций радиоприборов и нередко оказывает решаю-
щее влияние на экономические показатели работы предприятия.
В общем цикле технической подготовки производства удель-
ный вес технологической подготовки составляет в условиях единич-
ного производства 20—25%, серийного — 45—50%, крупносерий-
ного и массового — 60—70%. С технологической подготовкой
производства связано большинство звеньев предприятия.
Производство радиоаппаратуры отличается большим разнооб-
разием технологических процессов. Наиболее типичными из них
являются литье, штамповка, механическая обработка, прессова-
ние деталей и узлов из пластинчатых масс, лакокрасочные и галь-
ванические покрытия, сборочные, монтажные и регулировочные
процессы и операции.
2-3
ОСОБЕННОСТИ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ ПРОИЗВОДСТВ
Различают три вида производств: единичное (индивидуальное),
серийное (мелко- й крупносерийное) и массовое.
Единичное (индивидуальное) производство характеризуется тем,
что процесс изготовления одного или нескольких изделий либо
вовсе не повторяется, либо повторяется через неопределенные
промежутки времени. Признаки единичного производства: большая
28
номенклатура изделий и малая программа; применение универ-
сального оборудования и приспособлений, нормального рабо-
чего и универсального измерительного инструмента; располо-
жение оборудования группами по типам станков (токарные, фре-
зерные, зуборезные и др.).
Примером единичного производства в радиопромышленности
является изготовление уникальной радиолокационной установки
для радиоастрономии.
Производство называется серийным, если изготовление изде-
лий ведется партиями или сериями, регулярно повторяющимися
через определенные промежутки времени. Для серийного произ-
водства характерна периодичность выполнения операций техно-
логического процесса по отдельным изделиям, т. е. циклич-
ность.
В зависимости от номенклатуры выпускаемых изделий и про-
граммы выпуска применяется универсальное или специализирован-
ное, а в отдельных случаях — специальное оборудование. Помимо
нормального рабочего и универсального измерительного инстру-
мента, в серийном производстве применяется специальный рабо-
чий и измерительный инструмент. Различают мелкосерийное и
крупносерийное производство — соответственно числу изделий в
партии или серии.
Мелкосерийное производство нуждается в частичном исполь-
зовании специального оснащения, в закреплении операций за
определенным оборудованием и, наконец, в подробной разработке
технологического процесса, норм и в планировании производства.
Стоимость изделий в мелкосерийном производстве ниже, чем в
единичном.
Мелкими сериями изготовляются сложные объекты, например
передвижные телевизионные станции, мощные радиопередающие
устройства и т. п.
Для повышения производительности труда при выпуске радио-
аппаратуры мелкими сериями следует применять групповые
способы обработки деталей и узлов. Эти способы основаны на клас-
сификации деталей и узлов по группам, а также на создании груп-
повых технологических процессов обработки, которые действи-
тельны для сходных деталей или узлов, обрабатываемых на одном
и том же оборудовании при одинаковом оснащении, одинаковых
технологических режимах, и имеют общую последовательность
операций и переходов.
Эффективные результаты дает сочетание группового способа
обработки с типовыми (унифицированными) технологическими
процессами. В этом случае групповой способ можно широко ис-
пользовать не только для механической, но и для других видов
обработки (например, пропитки, заливки, выполнения неразъем-
ных соединений, заготовки кабельных изделий).
Творческое использование способа групповой обработки поз-
воляет рационально решить вопросы сборки и монтажа изделий,
29
изготовляемых мелкими сериями путем организации многопред-
метной поточной линии.
Крупносерийное производство отличается от мелкосерийного
более широким оснащением специальными приспособлениями и
инструментами. Здесь можно использовать труд рабочих менее
высокой квалификации, так как в результате разделения операций
упрощаются технологические процессы. Цикл производства в
этих условиях сокращается, а себестоимость продукции снижается.
Массовое производство — это непрерывное изготовление про-
дукции с соблюдением ритмичного, равномерного выпуска. Ра-
бочие места имеют узкоспециальный характер, каждый рабочий
выполняет строго определенную операцию.
Массовое производство радиоаппаратуры, как правило, явля-
ется поточным; его характеризуют следующие особенности: спе-
циализация рабочих мест для выполнения какой-либо одной опре-
деленной операции; размещение рабочих мест непосредственно
одно за другим по ходу технологического процесса; непрерывная
передача обрабатываемых деталей, неразъемных сборок, собирае-
мых узлов и радиоприборов в целом с одной операции на другую
с исключением промежуточного складирования; механизация
межоперационной транспортировки обрабатываемых объектов;
синхронизация операций, т. е. согласование длительности их вы-
полнения на всех рабочих местах для того, чтобы загрузка (объем
работы) всех рабочих мест была одинаковой; широкое применение
специализированных и особенно специальных станков, приспособ-
лений, автоматически действующих механизмов, измерительной
и контрольной аппаратуры и т. п.; использование труда рабочих
невысокой квалификации вследствие глубокой дифференциации
технологического процесса и применения специализированного
оснащения; детальная разработка технологического процесса на
каждую операцию; изготовление деталей, узлов и приборов в
соответствии с установленной системой допусков, что исключает
необходимость в пооперационном контроле, минимальная себе-
стоимость продукции и максимальное сокращение сроков ее из-
готовления.
В крупносерийном и массовом производстве изготовляются
широковещательная радиоаппаратура, телевизионные приемники
и т. п.
Высшей ступенью поточного производства являются автомати-
ческие линии, например, по изготовлению пластин магнитопро-
водов, резисторов типов ВС, УЛМ, МЛТ и других изделий. На
таких линиях контроль электрических параметров осуществля-
ется с помощью автоматической измерительной аппаратуры.
Указанные виды производства различаются и по степени по-
дробности разработки технологических процессов, формам и объему
технологической документации.
Наиболее существенные различия единичного, серийного и
массового производства приведены в табл. 2-1. Между единичным
30
Таблица 2-1
Сравнение различных видов производства
Показатели	Вид производства		
	Единичное	|	Серийное	Массовое
Количество вы-	Единицы (отдель-	От десятков до	От нескольких ты-
пускаемой в год продукции (по видам)	ные заказы)	нескольких тысяч штук	сяч до десятков и сотен тысяч штук
Повторяемость	Случайная	Регулярная	Непрерывная
выпуска			
Номенклатура	Большая и разно-	Значительная, но	Узко ограничен-
изделий	образная, не чет- ко выраженная	вполне опреде- ленная (несколько десятков и сотен видов)	ная (несколько видов)
Характер продукции	Опытная или специальная	У становившегося типа и стандартная	Стандартная
Специализация рабочих мест	Отсутствует	На выполнении нескольких опе- раций Общего назначе- ния и специальное	На выполнении одной операции
Оборудование	Общего назна- чения		Специальное
Расположение оборудования	По типам	По типам и по технологическому процессу	По технологиче- скому процессу
Обрабатывающий инструмент	Нормальный	Нормальный и специальный	Специальный
Контрольно-из- мерительный	Многомерный	Предельный и многомерный	Предельный
инструмент			
Приспособления	Универсальные	Универсальные, унифицированные и специальные	Специальные
Взаимозаме- няемость	Отсутствует	Полная или ча- стичная с подбо- ром деталей	Полная
Сборка	Стационарная	Подвижная и стационарная	Подвижная
Длительность	Наибольшая	Средняя	Наименьшая
цикла изготовле- ния продукции			
Себестоимость	Высокая	Средняя	Низкая
продукции			
и мелкосерийным, так же как между крупносерийным и массовым,
производством нельзя провести четкой границы. Поэтому указан-
ные в таблице сведения нужно рассматривать только как типич-
ные для данного вида производства.
2-4
ОБЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
Типизация технологических процессов. Несмотря на огром-
ное разнообразие конструктивных форм и размеров деталей радио-
аппаратуры, все они представляют собой различные сочетания
31
ограниченного числа поверхностей: наружных и внутренних ци-
линдрических поверхностей, поверхностей одинарной и двойной
кривизны и т. д. Каждая форма поверхности детали может быть
образована путем обработки на определенном виде оборудования
с помощью соответствующего инструмента.
Понятно, что детали, образованные сочетанием одинаковых
по форме поверхностей, могут иметь общую структуру техноло-
гического процесса обработки, хотя по конструкции они могут
значительно различаться.
Именно на общности обработки поверхностей одинакового
вида и основывается классификация деталей, которая была впер-
вые разработана и предложена проф. А. П. Соколовским для ма-
шиностроения. Эта классификация вполне может быть применена
и к деталям радиоаппаратуры. Например, детали, имеющие форму
тел вращения с отношением длины к диаметру, больше единицы,
выделяют в класс «валы» и «оси». Такого же рода детали с осевыми
отверстиями относят к классу «втулки». Если диаметр детали зна-
чительно больше длины, она должна быть отнесена к классу «дис-
ки» и т. д.
Классификация деталей по указанным выше признакам наряду
с классификацией технологических операций по общности харак-
терных элементов конструкций деталей позволяет перейти к ти-
пизации технологических процессов. Для этого из ряда однотип-
ных деталей (узлов), обладающих общими признаками, например
одинаковой формой составляющих поверхностей, выбирают т и-
повой представитель, т. е. деталь, обладающую наи-
большим числом таких признаков, и по этому типовому представи-
телю разрабатывают технологический процесс, .основываясь на
общности операций, применяемых при обработке данного ряда
деталей.
В результате классификации деталей и типизации технологи-
ческих процессов разработка технологических процессов в Совет-
ском Союзе была поставлена на научную основу. Если раньше
разработка технологического процесса каждой новой конструкции
детали представляла для технолога как бы новую задачу, то те-
перь она сводится лишь к использованию известных методов об-
работки отдельных поверхностей детали.
Это упрощает, ускоряет и удешевляет стоимость технологи-
ческих разработок, позволяет широко применить передовой опыт,
находить и рекомендовать наиболее прогрессивные высокопроиз-
водительные методы обработки определенных поверхностей дета-
лей, улучшить техническое нормирование технологических про-
цессов, упорядочить снабжение заводов инструментами и приспо-
соблениями, обеспечить изучение технологии и подготовку кадров
технологов, а также создать основные предпосылки для механиза-
ции и автоматизации технологических процессов с использова-
нием специализированных и специальных полуавтоматов и
автоматов.
32
Классификация деталей и типизация технологических про-
цессов позволяет на научной основе решать вопросы специализа-
ции и кооперирования предприятий и совершенно точно опреде-
лять, на чем целесообразно специализироваться тому или иному
предприятию и что желательно получить с других предприятий
в порядке кооперации. В практике социалистической промышлен-
ности сложились две формы специализации: технологическая и
предметная. В первом случае завод специализируется на опреде-
ленном виде обработки, т. е. на изготовлении одним определен-
ным способом различных деталей, а во втором — на производстве
определенных деталей, узлов или приборов радиоаппаратуры.
На многих радиозаводах появляется тенденция к предметной и к
технологической специализации одновременно.
Чем уже специализация завода, тем шире его связи с другими
предприятиями (кооперация).
Концентрация и дифференциация технологического процесса.
При разработке технологического процесса обработки деталей
радиоприборов важно определить число операций. В случае, когда
технологический процесс разбит на простейшие операции с малым
числом переходов в каждой из них, он называется дифферен-
цированным технологическим процессом Наоборот, если
операции включают в себя большое количество переходов, техно-
логический процесс называется концентрированным.
Основным фактором, определяющим степень дифференциации
технологического процесса, является вид производства и связан-
ный с ним размер партий. Чем больше серия выпускаемых радио-
приборов и меньше их номенклатура, тем на большее число опе-
раций может разбиваться процесс.
Для дифференцированных процессов может, естественно, при-
меняться более простое оборудование, снижаются требования к
квалификации исполнителей, а следовательно, облегчается осво-
ение производства.
При концентрации операций облегчается планирование про-
изводственного процесса, повышается точность обработки в связи
с обработкой детали при одной установке; повышается произво-
дительность в результате одновременной обработки нескольких
поверхностей, а также сокращается вспомогательное время на
установку и снятие детали.
Во всех случаях для того, чтобы принять правильное решение
о степени дифференциации технологических процессов, необхо-
димо тщательно анализировать конкретные условия.
Автоматизация технологических процессов. Под автоматиза-
цией технологического процесса в широком смысле этого слова
понимается автоматическое управление, автоматический контроль
и автоматическое регулирование. Четко разделить функции авто-
матического управления и автоматического регулирования не
всегда возможно. Принципиально первое понятие шире, чем вто-
рое, так как автоматическое управление должно обеспечивать
2 А. Т. Белевцев
33
надлежащее протекание технологического процесса, в том числе,
если нужно, с включением автоматического регулирования.
Однако, рассматривая понятие управления в узком смысле,
можно считать, что задачей его является выполнение таких дей-
ствий, как пуск в ход и остановка рабочей машины, транспортные
перемещения обрабатываемой детали, в том числе подача ее к
месту обработки и установка, установочные и рабочие перемеще-
ния исполнительных органов машины, изменение режима рабо-
ты, сня1ио и удаление обработанной детали. Структурная схема
автоматического управления показана на рис. 2-1.
Рис. 2-1. Структурная схема автоматического управления.
Переключения при автоматическом управлении могут осущест-
вляться следующими основными способами:
1.	В зависимости от положения распорядительного (задаю-
щего) устройства, например кулачкового вала или вращающегося
электрического устройства (командоаппарата). Одним из наиболее
известных примеров осуществления этого способа может служить
система управления токарно-револьверного автомата.
2.	В зависимости от времени, когда те или иные переключения
в системе происходят автоматически после истечения определен-
ных, заранее установленных промежутков времени. Этот способ
применяется в тех случаях, когда требуется обеспечить опреде-
ленную продолжительность процесса, в частности при термообра-
ботке, при изготовлении деталей из пластмасс.
3.	В зависимости от перемещения исполнительного органа
машины или обрабатываемой детали.
4.	После достижения определенного значения управляемого
параметра или определенного состояния объекта производства.
Автоматический контроль при выполнении технологического
процесса может иметь две цели: 1) контроль параметров, обуслов-
ливающих качество изготовляемой детали — размеров, веса, твер-
дости и т. п.; 2) контроль параметров, обусловливающих нормаль-
ное протекание технологического процесса, — температуры, дав-
ления и т. п.
Автоматическое регулирование технологического процесса
имеет целью обеспечить точность его выполнения без участия
человека. Необходимость в автоматическом регулировании возни-
кает в тех случаях, когда, ограничиваясь лишь системой управ-
ления, нельзя обеспечить заданную точность вследствие влия-
ния как погрешностей самой системы, так и случайных изменений
34
различных факторов (например, напряжения в сети, температуры
окружающей среды, толщин снимаемого слоя металла и т. д.).
Современные системы автоматического регулирования вы-
полняются по принципу замкнутых систем с обратной связью
(рис. 2-2). Сущность автоматического регулирования заклю-
чается в непрерывном измерении отклонений регулируемого пара-
Рис. 2-2. Структурная схема автоматического регулирования.
метра от заданной величины и в подаче корректирующих импуль-
сов на распорядительное звено (сплошная линия на рис. 2-2) или
на промежуточное звено (пунктирная линия).
Импульс, поступающий от измерительного устройства (чув-
ствительного элемента), имеет знак, обратный основному импуль-
су, вызванному отклонением параметра, поэтому обратная связь
в системах автоматического регулирования является отрицатель-
ной.
2-5
ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ
ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ КОНСТРУКЦИИ
Приступая к проектированию радиоаппаратуры, конструктор
в большинстве случаев имеет возможность разработать несколько
вариантов принципиальной схемы проектируемого объекта, поло-
жив в основу их различные принципы действия, основанные на
законах механики, оптики, гидравлики, пневматики, электротех-
ники, или сочетание этих принципов. Так, например, в счетно-
решающих устройствах одну и ту же задачу можно решить при
помощи или механического (кулачки), или электромеханического
(потенциометры) принципа.
Основным критерием для выбора той или иной принципиальной
схемы радиоприбора является технологичность конструкции при
условии, что все возможные варианты равноценны в отношении
выходных параметров эксплуатационных качеств изделия.
При одной и той же принципиальной схеме конструкцию от-
дельных узлов и деталей в большинстве случаев можно оформить
по-разному. Например, корпус радиоприбора можно выполнить
либо в виде узла, состоящего из нескольких простых деталей, часть
которых изготовляется холодной штамповкой, а другая — обра-
боткой на автоматах, либо в виде одной сложной детали, отливае-
мой под давлением.
2*
35
Чтобы обеспечить требование технологичности конструкции
деталей и узлов, нужно, ориентируясь на различные методы изго-
товления, наметить конструктивные варианты и выявить из них
наиболее рациональные в технологическом отношении.
Разные варианты конструкции могут отличаться не только
по конфигурации, но и по материалам. Например, выбрав штампо-
ванную конструкцию, можно изготовить деталь из стали, а вы-
брав литье под давлением, — из цинкового сплава.
При составлении рабочих чертежей необходимо учитывать
все требования к конфигурации и материалу детали, которые со-
ответствуют намечаемым методам ее изготовления. Часто несуще-
ственные с конструктивной точки зрения «мелочи» в конфигура-
ции детали (поднутрения, отсутствие закруглений, неправильно
выбранное направление уклонов и т. п.) или в материале (нали-
чие того или иного компонента в сплаве) делают невозможным
или неэкономичным применение намеченного технологического
процесса.
Весьма существенное значение имеет правильное указание
размеров в чертеже, которые должны быть тесно увязаны с техно-
логией изготовления детали. В чертежах (или в технических
условиях) должны содержаться и прямые указания технологиче-
ского характера: о методах термической обработки, об оконча-
тельной отделке поверхности, о покрытиях и т. п.
В работах проф. П. И. Буловского и доцента А. В. Поваляева
и других авторов сформулированы основные принципиальные на-
правления и пути повышения технологичности приборов, которые
могут быть распространены и на радиоаппаратуру:
1.	Сокращение числа деталей прибора без усложнения их
конструкции. Чем меньше число деталей в приборе при прочих
равных условиях, тем меньше затрат на подготовку производства
и на изготовление прибора.
2.	В приборах новой конструкции и модернизируемых — мак-
симальное использование деталей и узлов, ранее освоенных в про-
изводстве. Преемственность должна соблюдаться не только для
конструктивных элементов, но и для принципа действия системы
прибора (магнитоэлектрическая, электромагнитная, электродина-
мическая, индукционная и др.).
3.	Унификация деталей и узлов данного прибора, обеспечиваю-
щая увеличение применяемости одних и тех же узлов в разных
частях конструкции данного прибора и в других приборах. Поль-
зуясь этим, можно ограничить количество типоразмеров деталей
и узлов и произвести их нормализацию. Обеспечением повто-
ряемости и применяемости нормальных деталей и узлов дости-
гается при подготовке производства и изготовлении прибора тот же
эффект, что и при использовании деталей и узлов, уже освоенных
в производстве, для новых и модернизируемых конструкций
приборов.
4.	Сокращение количества типоразмеров отверстий, резьб,
36
фасок и других конструктивных элементов в приборе на основе
их нормализации. Это ограничивает набор применяемого инстру-
мента и контрольно-измерительных средств и снижает процент
брака.
5.	Расчленение прибора на самостоятельно собираемые, про-
веряемые и взаимозаменяемые узлы и подузлы, не требующие при
монтаже (общей сборке) прибора предварительной разборки.
Это позволяет разделить сборку прибора на узловую и об-
щую; вынести узловую сборку из сборочного цеха в предметные
цехи и участки, т. е. осуществлять там как изготовление деталей
узла, так и его сборку; резко сократить трудоемкость сборки;
модернизировать узлы без существенных изменений конструкции
прибора в целом; обеспечить специализацию и кооперирование
производства заводов по отдельным узлам, а также использовать
места соединений узлов для компенсации ошибок изготовления.
6.	Назначение параметров точности изготовления и качества
поверхности в полном соответствии с эксплуатационными требова-
ниями прибора (без «запаса»).
7.	Обеспечение взаимозаменяемости деталей. Взаимозаме-
няемость позволяет сократить или полностью устранить при сборке
доделочные и пригоночные работы по месту (подточку, опиловку,
сверление отверстий, нарезание в них резьб, притирку рабочих
поверхностей, штифтовку по месту и др.).
8.	Правильный выбор конструкции компенсационных звеньев,
обеспечивающих упрощение регулировочных работ.
9.	Компоновка прибора, обеспечивающая удобство и просто-
ту сборки при минимальном числе положений прибора в процессе
сборки. Если конструкция прибора позволяет вести все сборочные
операции при одном положении, то это значительно упрощает
технологическое оснащение, уменьшает брак, упрощает систему
организации поточной сборки.
10.	Выбор рациональной конфигурации деталей прибора, обес-
печивающей:
а)	достаточную жесткость детали, что упрощает процесс обра-
ботки, позволяет повысить режимы резания и исключает влияние
деформации детали на точность обработки;
б)	удобство установки на станке или в приспособлении благо-
даря правильному оформлению технологических баз и умень-
шению числа различных положений детали в процессе обработки
и измерения, что снижает трудоемкость обработки и нормы времени
на вспомогательные операции, а также повышает точность из-
готовления;
в)	доступность поверхностей и элементов для обработки и
измерения, что уменьшает количество и упрощает конструкцию
технологического оснащения, уменьшает трудоемкость обработки
и устраняет брак;
г)	возможность обработки и измерения с помощью нормаль-
ного и стандартного режущего и измерительного инструмента;
37
д)	возможность концентрированной обработки при сравни-
тельно высоком удельном значении непрерывного машинного вре-
мени, а также возможность последовательной обработки в много-
местных приспособлениях, что создает основные предпосылки для
широкого внедрения многостаночного обслуживания;
е)	простоту получения заготовки.
И. Конструирование деталей прибора, сходных по конфигу-
рации, размерам, характеру заготовок, сочетанию и взаимному
расположению основных обрабатываемых поверхностей, точности
и чистоте поверхности. Это позволяет типизировать как техноло-
гические процессы изготовления деталей в целом, так и револь-
верные и автоматные настройки, т. е. создать ряд ступеней стан-
дартных, постепенно усложняющих настроек, позволяющих на
каждой последующей ступени обрабатывать детали, которым соот-
ветствовали бы предыдущие ступени, и, наконец, типизировать
настройки по сходству установок инструмента.
Такая последовательная типизация ведет к сокращению объ-
ема и трудоемкости технологической подготовки производства, к
уменьшению технологической документации, к рациональному
применению высокопроизводительных методов обработки и обору-
дования и более широкому использованию передового опыта но-
ваторов.
12.	Применение заготовок деталей, получаемых высокопроиз-
водительными методами (литьем в кокиль, под давлением и по
выплавляемым моделям, холодной и горячей штамповкой, прес-
сованием пластмасс и др.), исключающими дальнейшую механи-
ческую обработку или сводящими ее к минимуму. Повышение точ-
ности заготовительных фаз производства является одной из задач
современной технологии, решению которой способствует специ-
фика радиоприборостроения (малые размеры деталей, невысокие
требования к прочности ряда деталей, не несущих значительных'
нагрузок, широкое применение цветных металлов, выпуск при-
боров в сравнительно больших количествах).
Многие заводы успешно заменяют механическую обработку
деталей радиоприборов высадкой, волочением, калибровкой (че-
канкой) и объемной штамповкой (прессованием). Применение вы-
садки, например, резко повышает производительность труда, дает
экономию металла 15—40% и более высокую прочность дета-
лей.
Замена фрезерования и ручной доводки зачисткой или калиб-
ровкой в штампах уменьшает трудоемкость в десятки раз. Тех-
нологичность конструкции заметно повышается при применении
штамповки в сочетании со сваркой или пайкой твердым при-
поем для получения деталей сложных пространственных форм
и деталей, имеющих сечение с резко изменяющимися разме-
рами.
Эффективным является также применение фасонной холодной
накатки для получения зубьев, резьбы, рифленых поверхностей,
38
делений и цифр, фасонных детален из листового материала и для
сборки некоторых пространственных деталей из листового мате-
риала.
Особую роль при решении проблемы технологичности кон-
струкции радиоприборов играет метод получения деталей и уз-
лов на основе порошковой металлургии. Порошковая металлур-
гия дает возможность изготовить детали с особыми физически-
ми свойствами, которые иногда невозможно получить иным пу-
тем.
Выбранные методы изготовления заготовок и деталей в боль-
шой степени определяют оформление их конструкции, исполнение
чертежей, а следовательно, и выбор материала детали, ее конфигу-
рацию, допуски, расстановку размеров на чертеже с точки зрения
выбора баз при обработке, учет при конструировании детали ус-
ловий, обеспечивающих минимальный расход материала, возмож-
ное упрощение и удешевление потребных штампов, форм и других
видов оснастки.
Некоторые конструкторы и технологи считают, что примене-
ние в конструкции прибора деталей, получаемых обработкой без
снятия стружки, оправдывает £ебя только в массовом и серийном
производстве вследствие больших затрат на технологическую ос-
настку. Это представление ошибочно. Использование универсаль-
ного максимально удешевленного технологического оснащения,
особенно оснастки из нормализованных элементов, позволяет
применять высокопроизводительные методы обработки без сня-
тия стружки и в условиях производства малого числа прибо-
ров.
13.	Широкое внедрение деталей, изготовляемых из замените-
лей дефицитных и дорогих материалов, в частности деталей из
пластмасс. Детали из пластмасс имеют малый удельный вес, зна-
чительную прочность, стойкость к агрессивным средам, отличные
диэлектрические и теплоизоляционные свойства, хороший внеш-
ний вид непосредственно после прессования без дополнительных
отделочных операций.
14.	Правильный выбор металлов и сплавов для деталей и ча-
стей радиоаппаратов. Использование новых отечественных элек-
тротехнических металлов и сплавов позволяет создать принци-
пиально иные электрические схемы радиоприборов, сущест-
венно улучшив при этом эксплуатационные качества (точность,
надежность) этих изделий, а также значительно улучшить их
технологичность.
На габаритные размеры и вес прибора, характер техноло-
гического процесса, трудоемкость и стоимость работы значительно
влияет также выбор материалов для электрических цепей — про-
водников, термокомпенсирующих сплавов и др.
15.	Установление рационального сортамента и номенклатуры
применяемых материалов. Сокращение сортамента и номенклатуры
материалов по их наименованиям, размерам, профилю и маркам
39
способствует экономии материалов, использованию отходов, улуч-
шению условий снабжения, уменьшению запасов материалов на
складах, а следовательно, и ускорению оборачиваемости оборот-
ных средств.
Из краткого обзора путей улучшения технологичности кон-
струкции видно, что все они тесно связаны между собой.
Технологичность конструкции радиоаппарата не исчерпы-
вается указанными выше факторами. Как уже говорилось, она
зависит также от назначения изделия, от условий и средств про-
изводства на данном заводе и особенно от количества выпускае-
мых радиоаппаратов. Поэтому в зависимости от количества вы-
пуска радиоприборы одинакового назначения могут иметь раз-
личную конструкцию.
Следует также учесть, что проблема технологичности кон-
струкции аппарата в целом не исчерпывается созданием техноло-
гичных конструкций его деталей или тем более отдельных эле-
ментов деталей. Более того, в процессе сборки и испытания аппа-
рата, изготовленного из деталей, технологичных по конструкции,
может произойти такое возрастание стоимости, которое пере-
кроет эффект, полученный от улучшения технологичности кон-
струкции отдельных деталей и их элементов и тем самым сделает
весь прибор в целом явно нетехнологичным.
Бурное развитие микроминиатюризации радиоэлектронной ап-
паратуры, связанное с появлением принципиально новых кон-
структивных и технологических решений (уплотненный монтаж,
сварные модули, микромодули, тонкопленочные микросхемы, полу-
проводниковые интегральные схемы различных типов), предъяв-
ляет новые требования к технологичности конструкции.
В гл. XVI одновременно с технологией изготовления различных
конструкций микроминиатюрной радиоаппаратуры рассматри-
ваются и пути повышения технологичности их.
Таким образом, при решении вопросов технологичности кон-
струкции аппарата необходимо иметь в виду всю совокупность
заводского производственного процесса, все стадии производства
и рассматривать каждую часть и деталь радиоприбора только в
их взаимосвязи и взаимообусловленности со всем радиоаппара-
том.
Важнейшим условием создания технологичных конструкций
радиоаппаратов, обеспечения высокопроизводительного и эконо-
мичного изготовления аппаратов является комплексная работа
конструкторов и технологов, проводимая организованно и сис-
тематически. Особенно это характерно для микроминиатюрной
радиоаппаратуры. Между конструктором и технологом должна
быть тесная связь не только в процессе проектирования и изготов-
ления опытного образца прибора, но и в процессе освоения серий-
ного производства его, а также в процессе всей его дальнейшей до-
водки.
40
Глава
III
ОСНОВЫ ТОЧНОСТИ И КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА
ПРОИЗВОДСТВА РАДИОАППАРАТУРЫ
3-1
ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОГРЕШНОСТЕЙ
Современная радиоэлектронная аппаратура, которая эксплуа-
тируется, как правило, в сложных условиях, должна отвечать
важнейшим техническим требованиям: иметь высокую надежность,
обеспечивать взаимозаменяемость деталей и узлов, минимальный
объем регулировочных и доводочных работ и т. д. Однако на прак-
тике эти требования не ^всегда выполняются. Одной из причин
такого положения является отсутствие хорошо разработанной ме-
тодики расчета электрических допусков изделий радиоаппаратуры.
Обычно эти допуски устанавливают, исходя из значительного
разброса величин параметров изделий из-за производственных
погрешностей и дальнейшего рассеивания их в условиях эксплуа-
тации, например под воздействием окружающей среды и т. п. Ввод
дополнительных подстроечных элементов для компенсации этих
погрешностей увеличивает объем регулировочных работ и снижа-
ет надежность аппаратуры. Если номинальные значения парамет-
ров элементов схем находят обычными методами инженерного рас-
чета, то допуски на эти параметры устанавливают либо «на глазок»
без достаточного основания, либо экспериментально. И в том, и в
другом случае возможны существенные ошибки, которые, не по-
вышая надежности радиоприбора, увеличивают трудоемкость
схемы.
Коллектив инженеров под руководством В. П. Гусева и
А. В. Фомина1 провел анализ производственных погрешностей ра-
диоэлектронной аппаратуры и разработал методику расчета электри-
ческих допусков радиоэлектронных устройств, которая позволяет
обоснованно назначить и выбрать допуски на параметры электро-
вакуумных, полупроводниковых и других элементов схем, обес-
печивающих заданные допуски на выходные параметры изделий.
Под электрическими допусками на радиоаппаратуру понимают
пределы, в которых должны находиться ее электрические пара-
метры согласно заданным техническим условиям. Это понятие
может быть отнесено не только к электрическим параметрам всего
изделия, но и к параметрам отдельных, входящих в него электри-
ческих функциональных узлов и блоков. Обоснованный выбор
1 Расчет электрических допусков радиоэлектронной аппаратуры, «Со-
ветское радио», 1963.
41
электрических допусков на радиоаппаратуру является важней-
шим фактором повышения ее надежности.
Степень проявления и влияния отказов в значительной мере
зависит от правильности выбора и обеспечения допусков на харак-
теристики используемых радиодеталей, а также допусков на вы-
ходные и входные электрические параметры радиоэлектронных
схем. Применяемый в настоящее время метод подбора и частич-
ного расчета для определения допусков на радиоаппаратуру нель-
зя признать удовлетворительным. Для проведения научно обосно-
ванных расчетов допусков надо знать:
зависимость между входными и выходными параметрами сис-
темы, устройство узлов;
изменение выходных параметров радиоэлектронных узлов в
зависимости от разброса характеристик радиодеталей;
изменение выходных параметров радиоэлектронных узлов в
зависимости от воздействия различных внешних и внутренних
факторов и процессов старения;
зависимость выходных параметров радиоэлектронных узлов
от паразитных емкостей, индуктивностей и т. д.
Надежность радиоаппаратуры, предназначаемой для эксплуа-
тации в тяжелых условиях, можно улучшить, повысив точность ее
изготовления путем введения соответствующих электрических
допусков на параметры элементов схем с учетом воздействия тем-
пературы окружающей среды, старения и других факторов, влия-
ющих на разброс характеристик. Так, учитывая старение и тем-
пературу при расчете электрических допусков, неизбежно при-
ходят к необходимости уменьшить производственный разброс пара-
метров элементов схем. По данным В. П. Гусева, проблему точ-
ности производства радиоэлектронной аппаратуры следует ре-
шать в трех направлениях:
1)	исследование производственных погрешностей радиоаппа-
ратуры;
2)	обоснование расчета электрических допусков радиоаппара-
туры;
3)	техническое обеспечение расчетной точности.
В процессе изготовления любого вида продукции, особенно
радиоаппаратуры, как известно, невозможно обеспечить выпуск
изделий с абсолютно тождественными количественными показа-
телями. При любом неизменном технологическом процессе изго-
товления даже одной партии изделий одним и тем же рабочим на
одном и том же оборудовании и даже в пределах одной наладки
(настройки) последнего все-таки появляются некоторые колеба-
ния геометрических и физических параметров этих изделий. Еще
более существенные различия наблюдаются в разных партиях,
изготовленных разными рабочими и на различном оборудовании.
Это изменение значений параметров отдельных деталей, которые
колеблются в определенных пределах, обычно называется вариа-
цией, а ряд значений параметров для всей партии или выборки
42
деталей — вариационным рядом. Вариационный ряд отражает
закономерности существующего технологического процесса. Если
этот ряд представить графически, то получится кривая распреде-
ления параметров изготовляемой детали, узла или погрешностей
их производства.
Таким образом, под производственными погрешностями пони-
маются различного рода отступления от значений номинальных
параметров, указанных в чертежах, нормалях, технических усло-
виях и другой технической документации. Причины производст-
венных погрешностей деталей и узлов весьма многочисленны и раз-
нообразны. Они могут порождаться неточностями оборудования,
инструмента и оснастки; деформациями системы станок — инстру-
мент—деталь под влиянием действующих на нее усилий при ме-
ханической обработке; температурными деформациями при об-
работке; деформациями из-за остаточных напряжений; колеба-
ниями величины припусков на обработку; изменением механи-
ческих свойств материала по сечению; различными отклонениями
при выполнении таких важнейших в технологии производства
радиоприборов операций, как намотка, сушка, пропитка и т. д.
Производственные погрешности можно классифицировать по
различным признакам. Учитывая, что они являются следствием
выполнения технологического процесса, их, естественно, надо
классифицировать по виду самого технологического процесса.
Например, погрешности прессования, намотки, сборки, монтажа
и т. д. Этот класс погрешностей можно также рассматривать при-
менительно к отдельным операциям технологического процесса.
По конструктивному признаку производственные погрешности
могут быть отнесены к деталям, узлам, блокам, устройствам, сис-
темам. В этом случае производственная погрешность рассматри-
вается как результат воздействия ряда (или комплекса) техноло-
гических процессов на данное изделие. Например, производствен-
ная погрешность проволочного переменного резистора является
следствием воздействия процессов изготовления проволоки, кар-
каса, наматывания, зачистки контактной дорожки, сборки, регу-
лировки и т. д.
Производственные погрешности выходных параметров бло-
ков, устройств и систем являются следствием влияния нестабиль-
ности технологических процессов изготовления отдельных радио-
деталей, процессов сборки и монтажа, а также целого ряда других
факторов, связанных с типом производства радиоаппаратуры.
Производственные погрешности отдельных элементов схемы
в конечном итоге обычно определяют выходные параметры аппа-
ратуры, их разброс от заданных значений. Поэтому особое внима-
ние при анализе точности радиоэлектронной аппаратуры должно
быть обращено на производственные погрешности резисторов, кон-
денсаторов, катушек индуктивностей, электровакуумных и полу-
проводниковых приборов и других элементов схем. Однако сле-
дует иметь в виду, что данные о производственных погрешностях
43
отдельных элементов еще не дают основании для заключения о сте-
пени погрешностей аппаратуры. Объясняется это тем, что на
этапе сборки и монтажа радиоаппарата возникают погрешности,
понижающие его точность и надежность и вызываемые такими
технологическими процессами, как пайка, сварка, пропитка, за-
ливка и др. Например, при монтаже полупроводниковых приборов
с припайкой выводов местные перегревы могут привести к значи-
тельным погрешностям их выходных параметров или выходу их
из строя. Весьма важно изучить влияние на выходные параметры
элементов пропитки и заливки, так как электроизоляционные
материалы могут создавать в изделии механические напряжения,
способные изменить его электрические параметры.
3-2
ЗАКОНЫ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ
ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОГРЕШНОСТЕЙ
И МЕТОДЫ ИХ АНАЛИЗА
Как сказано выше, при изготовлении изделий радиоаппаратуры возникают
производственные погрешности — отклонения от номинальных величин,
указанных в чертежах и технических условиях. Знание причин, порождаю-
щих эти погрешности, и характера по-
следних совершенно необходимо при
изучении и решении ряда технических
и производственных вопросов. Речь
идет о назначении допусков на изго-
товление отдельных деталей, изучении
точности их производства, обоснова-
нии выбора определенного технологи-
ческого процесса и применяемых мате-
риалов, выборе методов сборки, регу-
лировки и контроля параметров отдель-
ных деталей и узлов, а также изделия в
целом.
Производственные погрешности ис-
следуют статистическими методами,
выявляя прежде всего законы распре-
деления этих погрешностей А Исполь-
зование статистических характеристик,
т. е. кривых распределения откло-
нений, средних арифметических зна-
чений, средних квадратичных отклоне-
ний, основано главным образом на том,
Таблица 3-1
Сводные данные для построения
кривой распределения
Интервалы отклонений, Л1КЛ-1		Частота т	Частость m/N
от	ДО		
—60	—50	2	0,011
—50	—40	5	0.027
—40	—30	9	0,050
—30	—20	35	0,194
—20	—10	59	0,328
—10	0	57	0,318
0	4-ю	13	0,072
Сумма		180	1,00
что производственные погрешности по своему существу являются величинами
случайными, подчиненными общим законам теории вероятностей и матема-
тической статистики. Основное средство статистического метода — построе-
ние кривых распределения. С их помощью можно оценить предельное значе-
ние суммарной погрешности.
Кривая распределения строится следующим образом. Предположим, что
при каком-то установившемся технологическом процессе обработали партию
деталей, которые затем измерили универсальным инструментом. При этом
установлено, что погрешность характеризуется некоторой совокупностью
1 Вопросам производственных погрешностей посвящены труды проф.
Н. А. Бородачева.
44
численных значений, представляющих собою отклонения от номинального
значения размера. Найденные отклонения выписывают в порядке убывания
их абсолютных величин и полученный ряд разбивают на интервалы (чем
Рис. 3-1. Кривая распределения
погрешностей.
а — кривая распределения, построен-
ная по точкам; б — кривая практиче-
ского распределения.
меньше эти интервалы, тем точнее по-
строение кривой), после чего подсчиты-
вают число деталей в каждом интер-
вале.
На основании полученных данных
составляют таблицу (см. табл. 1-3).
По данным таблицы строят кривую
распределения (рис. 3-1). Для этого
по оси абсцисс откладывают значение
погрешностей, а по оси ординат — ча-
стность.
Ломаная линия а при бесконеч-
ном увеличении числа интервалов пре-
вращается в плавную кривую б, назы-
ваемую кривой практического распреде-
ления.
Сущность закона распределения
производственных погрешностей в зна-
чительной степени определяется усло-
виями их возникновения. Необходимо
располагать сведениями о том, сохранялись ли постоянными условия изго-
товления, рассматриваются ли погрешности для отдельной партии или же
в общем ряду продукции при смешении нескольких партий, рассматривается
ли вся партия или выборка.
Обычно исследуют закон распределения производственных погрешностей
для одной партии продукции. При этом предполагают следующие условия:
производственная погрешность представляет собой сумму отдельных пер-
вичных погрешностей, которые вызываются действием большого числа слу-
чайных и некоторого числа систематических
факторов;
число случайных факторов и параметры
вызванных ими первичных погрешностей не
изменяются во времени;
среди первичных погрешностей нет доми-
нирующих, т. е. все случайные факторы по
своему влиянию на общую суммарную по-
грешность составляют величину одного по-
рядка;
все случайные факторы взаимно независи-
мы, т. е. оператор не влияет на работу обору-
дования в процессе изготовления деталей,
когда оборудование работает по циклу авто-
матического получения размеров.
Если все перечисленные условия выпол-
няются, то производственные погрешности под-
чиняются закону нормального распределения, для которого характерно плот-
ное сосредоточение отклонений около их центра группирования и медлен-
ное симметричное уменьшение числа отклонений по мере их отдаления в
обе стороны от центра группирования (рис. 3-2).
Аналитическое выражение нормального закона распределения (часто
называемого законом Гаусса) имеет следующий вид:
/(*) =
4	__ (Х~~Х)2
1___ е 2о2
о У*2л'
(3-1)
где / (х) — ордината кривой распределения;
46
х — Среднее арифметическое из всех величин х\
о — среднее квадратичное отклонение.
Таким образом, главными характеристиками распределения погрешно-
стей по закону нормального распределения являются среднее арифметиче-
ское значение х и среднее квадратичное отклонение о.
Среднее арифметическое значение определяется по формуле
Е a?	+ • • • +
----------N----------•	<3-2)
Если вычисления производятся для большого числа случаев, удобнее
группировать детали в партии по интервалам. Тогда расчет ведется по фор-
муле
k
2 Ximi
_ _ i = l	=	+ хгтг + •  • + xhmh .	,^3)
TV	п± + п2 + ... + nk
Среднее квадратичное отклонение определяется по формуле
Для формул (3-3) и (3-4):
k— число интервалов;
тгх, п2, ... , nk — количество деталей в каждом интервале?
N — общее количество отклонений (деталей);
пц — частота в г-м интервале (г = 1, 2, ...,#).
Следует отметить, что нормальный закон распределения играет исключи-
тельно важную роль в теории вероятностей и занимает среди других законов
распределения особое положение. Это наиболее часто встречающийся на
практике закон распределения. Главная особенность, выделяющая его среди
других законов, состоит в том, что он представляет собой предельный слу-
чай, к которому приближаются другие законы распределения при наступле-
нии весьма часто встречающихся типичных условий.
Многочисленные статистические данные показывают, что в большинстве
технологических процессов производства конденсаторов, резисторов и других
массовых радиодеталей наблюдается нормальное распределение производ-
ственных погрешностей. В связи с этим нормальный закон распределения
применяется как основной, универсальный в технике, особенно для автома-
тизированных технологических процессов, когда устранены все системати-
ческие факторы, существенно влияющие на погрешности. Кривая закона
нормального распределения позволяет дать объективную оценку качества
тех или иных технологических процессов, а также сравнить их между собой.
Кривая нормального распределения позволяет добиться стабильности тех-
нологического процесса, фиксировать его нарушения, а иногда и установить
их причины. Пользуясь кривой нормального распределения, можно опре-
делить вероятный процент брака и соответствие между назначенным допуском
и возможной точностью обработки на данном оборудовании.
Однако утверждение, будто бы распределение случайных погрешностей
производства должно всегда подчиняться нормальному закону, неверно
теоретически и не подтверждается экспериментальными данными. Закон нор-
мального распределения действителен в тех случаях, когда факторов, вызы-
вающих рассеивание, много, они взаимно независимы, носят случайный ха-
рактер, не изменяются во времени и среди них нет каких-либо отдельных до-
минирующих факторов. Во всех других случаях законы распределения су-
щественно отличаются от закона нормального распределения.
46
Зная закон распределения и численные значения соответствующих ему
параметров, можно наиболее полно характеризовать точность обработанных
деталей. Однако в ряде случаев этого недостаточно для решения технологи-
ческих задач, так как, располагая упомянутыми выше данными, мы не имеем
все же представления об изменении точ-
ности обработки во времени и не мо--
жем четко отделить влияния на рассеи-
вание размеров систематических фак-
торов от случайных. Для этого разра-
батываются диаграммы точности. Диа-
грамма точности схематично представ-
лена на рис. 3-3. Жирной сплошной
линией указано положение центра
группирования размеров в различные
моменты времени t от начала процесса
обработки или, что то же, для различных
порядковых номеров деталей (?г). По-
ловина узкой заштрихованной полосы
соответствует значению О/ — среднего
квадратичного отклонения распреде-
ления размеров в данный момент времени. Рассеивание в каждый момент
времени — «мгновенное» рассеивание — обусловливается факторами слу-
чайного характера.
С достаточным для практических целей приближением можно полагать,
что мгновенное рассеивание подчиняется нормальному закону распределе-
ния. При этих условиях ширина полосы, ограниченной пунктирной линией
и определяющей поле мгновенного рассеивания,
h = 6о(.
Изменение положений центров группирования, изображенное на диа-
грамме жирной линией, обусловлено факторами систематического характера.
Эта линия определяется зависимостью х = ср (t), где х — центр группиро-
вания, a t — время от начала процесса обработки.
Имея диаграмму точности, можно установить также закон распределе-
ния погрешностей размеров во всей партии обработанных деталей. Обратную
задачу, т. е. построить диаграмму точности, имея кривую распределения,
практически решить невозможно.
Диаграммы точности могут быть получены либо статистическим методом
путем измерения выборок деталей, извлекаемых по ходу выполнения про-
цесса обработки, либо расчетным путем с помощью соответствующих экспе-
риментальных и теоретических исследований.
Если внести изменения в условия, изложенные выше и сопутствующие
возникновению нормального распределения, и принять, к примеру, что среди
источников возникновения производственных погрешностей имеется фактор,
резко выделяющийся (доминирующий среди всех остальных по оказываемому
им влиянию на суммарную производственную погрешность (при этом нару-
шается третье из приведенных выше условий), то закон распределения сум-
марной погрешности будет в основном определяться законом распределения
отклонений, вызванных этим доминирующим фактором. Работами Н. А. Бо-
родачева, А. Б. Яхина, А. П. Соколовского и др. установлено, что существо-
вание доминирующего фактора с переменным характером изменения — вна-
чале замедленным, а затем ускоренным — приводит к возникновению рас-
пределений, весьма близких к кривой нормального распределения. В этом
случае изменяется среднее арифметическое значение и кривая распределе-
ния, сохраняя свою форму, смещается по оси абсцисс.
Вопросы точности при производстве радиоэлектронной аппаратуры весь-
ма сложны и многообразны. Разработка технологического процесса даже вы-
сококвалифицированными технологами на основе лишь критических сообра-
жений, индивидуального опыта или интуиции неизбежно влечет за собой ошиб-
ки, которые приводят либо к браку, либо к ненужным усложнениям техноло-
47
гического процесса и значительному удорожанию продукции. В каждом от-
дельном случае необходимо применять научно обоснованный анализ и расче-
ты на точность.
Для анализа производственных погрешностей используют расчетно-ана-
литический и статистический методы.
Расчетно-аналитический метод основан на проведе-
нии теоретических и экспериментальных исследований с целью выявить пер-
вичные погрешности и установить функциональную зависимость между той
или иной из этих погрешностей и фактором, ее порождающим. Суммарная
погрешность при расчетно-аналитическом методе определяется в зависи-
мости от характера и взаимодействия составляющих погрешностей.
Статистический метод основывается на определении сум-
марной погрешности непосредственно, без анализа составляющих первич-
ных погрешностей путем измерения некоторого числа деталей и обработки
результатов измерений с помощью математической статистики, как это было
показано выше.
При использовании расчетно-аналитического метода* применяют несколь-
ко способов расчета производственных погрешностей параметров узлов, бло-
ков и устройств радиоаппаратуры: метод максимум-минимума, метод квадра-
тичного сложения и метод расчета, использующий основные положения тео-
рии вероятностей.
Для расчета на максимум-минимум выполняют арифметическое сумми-
рование всех предельных отклонений производственных погрешностей:
отдельно складываются плюсовые отклонения и отдельно — минусовые.
Недостаток метода состоит в том, что при разнообразных, не вполне реальных
комбинациях отклонений величин элементов схемы он дает преувеличенные
от 1,5 до 10 раз значения производственной погрешности выходного параметра.
При расчетах по методу квадратичного сложения вычисляют корень
квадратный из суммы предельных отклонений параметров элементов схемы.
Этот метод также имеет недостатки, связанные с трудностями учета и правиль-
ного суммирования величин, определяющих центры группирования отклоне-
ний элементов схемы в поле допуска, а также квадратичные суммы предель-
ных, а не средних квадратичных отклонений. Результаты расчетов по этому
методу имеют заниженные (примерно в 6 раз) значения производственной
погрешности выходного параметра.
Метод расчета, использующий основные положения теории вероятностей,
применим главным образом к случайным величинам, т. е. к производствен-
ным погрешностям входящих элементов. Принципиальной основой метода
является применение следующих правил суммирования независимых со-
ставляющих отклонения выходного параметра:
а)	алгебраическое суммирование величин, характеризующих центры
группирования погрешностей, т. е. средних значений;
б)	квадратичное суммирование величин, характеризующих рассеива-
ние погрешностей, т. е.. средних квадратичных отклонений.
Нельзя забывать, что последний способ расчета предполагает сле-
дующие допущения:
1)	отклонение параметра от номинального значения не является случай-
ной функцией времени;
2)	входящие элементы взаимно независимы;
3)	закон распределения параметра нормальный, что в большинстве
случаев выполняется на практике.
Статистический метод анализа позволяет устанавливать качественные
взаимосвязи первичных погрешностей, учитывать характер их влияния на
суммарную погрешность.
Первым этапом статистического анализа является конкретный анализ
исследуемого процесса с последующим выбором объектов исследования,
определение объема экспериментов и назначение средств технического кон-
троля. Большое значение для результатов исследования имеют не только сред-
ства и методы, но и техника измерения. Необходимо обеспечить тщательное
соблюдение одинаковых условий проведения экспериментов и измерений.
48
За этими подготовительными работами следуют:
1)	наблюдения изучаемой детали (измерение параметров, веса, опреде-
ление свойств и т. д.);
2)	группирование полученного при наблюдениях статистического ма-
териала;
3)	сверка результатов наблюдения и вычисления параметров распреде-
ления изучаемой детали (узла);
4)	анализ параметров распределения изучаемой детали (узла).
Расчетно-аналитический и статистический методы оценки производствен-
ных погрешностей не исключают, а дополняют друг друга.
3-3
ВЛИЯНИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОГРЕШНОСТЕЙ
НА КОНСТРУКТИВНЫЕ, ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ
И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
РАДИОАППАРАТУРЫ
Как уже говорилось, производственные погрешности параметров схем-
ных элементов неизбежны и в зависимости от условий возникновения под-
чиняются различным законам. Эти производственные погрешности соответ-
ственно вызывают определенный разброс выходных параметров узлов, бло-
ков и устройств. Эти колебания могут быть весьма значительными. Для их
компенсации применяют так называемые регулировочные элементы схем или
элементы, подбираемые при регулировке радиоаппарата, которые на прин-
ципиальных схемах обозначают звездочками. В качестве регулировочных
элементов используют переменные резисторы, переменные и полупере-
менные конденсаторы, магнитодиэлектрические или ферритовые сердеч-
ники.
Регулировочные работы разбиваются на два класса: заводские и эксплу-
атационные. Заводская регулировка обычно производится всеми органами
настройки, включая и те, которые находятся внутри радиоаппарата, и под-
бором «элементов со звездочками». Посредством этого вида регулировки аппа-
ратура приводится в рабочее состояние. Эксплуатационная регулировка вы-
полняется с помощью органов управления, выведенных на передние панели
радиоаппаратов, и обеспечивает получение оптимальных выходных парамет-
ров с учетом конкретных условий эксплуатации.
Введение регулировочных элементов в схему в большинстве случаев
является крайне нежелательным, так как снижает, как правило, производ-
ственно-эксплуатационные показатели аппаратуры. Практика показывает,
что значительная доля регламентных работ при эксплуатации радиоаппара-
туры связана с ее разрегулировкой из-за плохой фиксации регулировочных
элементов. Около 30—50% затрат рабочего времени приходится на регули-
ровку и контроль выходных параметров радиоаппаратуры на этапе произ-
водства. И хотя регулировочные работы обычно проводятся рабочими высо-
кой квалификации, время выполнения одной и той же регулировочной опе-
рации меняется в довольно широких пределах. Иногда регулировщики за-
няты работой по отысканию и исправлению дефектов, которые не связаны
непосредственно с регулировочными операциями.
Для устранения такого несоответствия характера выполняемых работ
прямому назначению регулировочного участка В. П. Гусев предложил:
а) заменить так называемые регулировочные операции по выявлению де-
фектов контрольными, которые выполняются на специальных автоматиче-
ских установках с обязательным перемещением их на участки сборки и мон-
тажа; б) ввести механизацию и автоматизацию труда на участке сборки и мон-
тажа для уменьшения дефектов, повышения качества и производительности
труда.
Трудоемкость регулировочных работ радиоэлектронной аппаратуры
можно снизить, вводя предварительную настройку отдельных узлов.
49
Следует подчеркнуть, что только на основе расчета конструктор может
решать вопрос о технико-экономической целесообразности, а в ряде случаев
о технической возможности сборки радиоаппаратуры с минимальным объе-
мом регулировочных работ или вовсе без регулировки.
3-4
ПРЕДУПРЕДИТЕЛЬНЫЙ КОНТРОЛЬ
Весь ход и содержание технологического процесса сказываются на при-
знаках качества изготовляемых изделий, и наблюдение за этими признаками
дает возможность оценить процесс в целом. Поэтому в большинстве случаев
технологические процессы производства радиоаппаратуры сопровождаются
периодическим контролем качества небольшой части (выборки) изготовля-
емой продукции. Такого рода выборочный предупредительный контроль
осуществляется рабочими и наладчиками, работниками отдела технического
контроля или автоматическими устройствами.
Обобщение производственного опыта привело к созданию общей стати-
стической теории предупредительного (текущего) контроля качества продук-
ции; методы такого контроля получили название статистических.
Любой статистический метод предупредительного контроля характерен
тем, что периодически непосредственно у рабочего места (станка, пресса,
верстака и т. д.) проверяется небольшая часть изготовленной продукции
и устанавливается необходимость подналадки оборудования или остановки
технологического процесса.
Необходимость предупредительного контроля и выбор его метода опре-
деляется результатами предшествующего статистического анализа процесса
изготовления продукции. Статистический анализ не только помогает выявить
и устранить основные причины, вызывающие появление брака, но позволяет
также установить технологические факторы и признаки качества продукции,
на которые следует обратить основное внимание при предупредительном кон-
троле.
Наиболее часто функции предупредительного контроля возлагаются на
рабочих и наладчиков, поэтому применяются простейшие способы предупре-
дительного контроля (способы предельных размеров и сокращенного допу-
ска, выборочный контроль годности). Надежность такого контроля будет
тем выше, чем лучше отлажен технологический процесс. Основное внима-
ние технического персонала цеха должно быть направлено на состояние обо-
рудования, оснастки и па соблюдение технологических режимов.
Для снижения стоимости контроля на некоторых производствах совме-
щают предупредительный контроль процесса обработки и сборки с оконча-
тельной приемкой готовых партий, т. е. с приемочным контролем. При таком
совмещении изделия текущей выборки проверяются контролером по всем
показателям качества, причем в значительной мере осуществляется выбороч-
ный контроль годности.
При совмещении предупредительного и приемочного контроля необхо-
димо отделять друг от друга подпартии (части общих партий), которые обра-
зуются из деталей (узлов), изготовленных между двумя текущими выборками.
По результатам проверки выборки относительно каждой подпартии прини-
мается соответствующее решение — передать ее для дальнейшего использова-
ния без дополнительной проверки или подвергнуть сплошной проверке.
Различают три способа выборки:
1)	из изделий, изготовленных к моменту контроля;
2)	из изделий, извлеченных наугад из подпартий;
3)	комбинированная выборка, т. е. часть изделий извлекается из под-
партии (60—70%), а остальное является текущей выборкой.
Комбинированная выборка позволяет оценить качество подпартии в це-
лом и состояние процесса в момент контроля. Надежность совмещенного
контроля зависит от его темпа, а также от стабильности процесса обработки;
последнее условие является решающим.
50
Наиболее прогрессивное направление в области внедрения статисти-
ческих методов контроля — полная их автоматизация, что имеет особо важ-
ное значение при автоматизации всего процесса изготовления изделий. По
степени автоматизации различают блокирующий контроль для определения
момента разладки процесса обработки и его своевременной остановки и уп-
равляющий (активный) контроль, обеспечивающий автоматическую подна-
ладку процесса обработки.
По способу отбора изделий для автоматического контроля различают:
сплошной контроль — проверке подвергается каждое изделие, движущееся
по потоку; выборочный групповой контроль — проверке подвергается часть
изделий потока, причем отбор этой части осуществляется отдельными груп-
пами (например, по пять изделий после каждых 100 изделий, проходящих
по потоку), и выборочный единичный контроль — единичные изделия отби-
раются из потока для проверки через регулярные промежутки времени (на-
пример, отбирается каждое двадцатое или каждое десятое изделие).
По способу установления годности контролируемого изделия различают:
альтернативный (качественный) контроль, при котором изделия классифи-.
цируются как «годные» или «брак»; количественный контроль, когда произ-
водится количественная оценка контролируемого признака качества.
3-5
ПРИЕМНЫЙ СТАТИСТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ
Приемный контроль служит для окончательного определения годности
продукции. Если проверяется каждая единица продукции, то приемный кон-
троль называется сплошным. Если же на соответствие чертежу и техническим
условиям проверяют часть изделий и по результатам проверки судят о год-
ности всей предъявленной продукции, то приемный контроль называется вы-
борочным или статистическим. Приемный контроль, как правило, является
завершающей операцией определенного этапа технологического процесса,
поэтому ему может предшествовать операционный предупредительный кон-
троль.
Выбор метода приемного контроля и его эффективность в значительной
мере определяются, во-первых, характером причин, вызывающих брак, ко-
торые выявляются на основе статистического анализа, а во-вторых, профи-
лактикой брака в процессе изготовления продукции.
Приемный контроль может быть использован для проверки качества
укомплектованных партий, качества подпартий перед комплектованием пар-
тии и для проверки качества изделий, движущихся по линии поточной и кон-
вейерной обработки (сборки).
Простейший приемный статистический контроль укомплектованной пар-
тии состоит из следующих этапов:
1)	извлечение выборки из партии;
2)	проверка изделий, входящих в выборку;
3)	принятие решения о качестве партии.
Возможны три вида решений: принять партию, продолжать контроль
(извлечь еще одну или еще несколько выборок) или забраковать партию.
В простейшем случае ограничиваются одним из двух решений — принять
или забраковать партию; забракованная партия может быть либо подвергнута
сплошной проверке, либо полностью изъята или возвращена исполнителю
для разбраковки и исправления.
Главным, что определяет надежность выборочного контроля, является
установление числа изделий, подлежащих контролю, и правил, на основе
которых выносится решение о годности партии.
Выборочный контроль не может исключить случаи пропуска брака. Пол-
ную гарантию качества принятой продукции может дать только сплошной
контроль. Однако при высоком темпе проверки изделий степень надежности
сплошного ручного контроля обычно невелика, так как на качестве приемки
сильно сказывается утомление контролеров. Переход к выборочному конт-
51
ролю С тщательной и медленной проверкой изделий повышает надежность
контроля.
Выборочный контроль, естественно, неизбежен при испытаниях с раз-
рушением изделия. Он целесообразен при межоперационной приемке про-
дукции, при контроле массовых изделий и во всех случаях, когда сплошной
контроль связан с большими издержками.
Существует целый ряд методов статистического приемного контроля,
предназначенных для того, чтобы удовлетворить потребности производства
при различных условиях. Можно указать положения, общие для всех этих
методов.
Если в соответствии с правилами приемного контроля по выборке (или
по нескольким выборкам) судят о годности всей партии, то может быть ука-
зана зависимость между долей дефектности, имеющейся в партии, и вероят-
ностью ее забракования. Эта зависимость, выраженная графически, так же
как и в случае предупредительного контроля, носит название оперативной
характеристики контроля.
Основная масса сведений о качестве продукции, как правило, складьь
вается из данных о контроле выборок изделий. Поэтому весьма важна оценка
входного и выходного качества по этим данным.
Поскольку оценка входного качества по данным контроля выборок весьма
приблизительна и предварительная оценка выходного качества может быть
лишь ориентировочной, производят последующую оценку выходного ка-
чества, основываясь на подсчете числа пропущенных при контроле дефект-
ных изделий.
Наличие предварительной и последующей оценок позволяет удовлет-
ворить заданным требованиям к выходному качеству.
3-6
ИСПЫТАНИЯ РАДИОАППАРАТУРЫ
Радиоаппаратура становится все более сложной, содержит во многих
Случаях тысячи и десятки тысяч элементов, и нередко выход из строя хотя
бы одного элемента приводит подчас к выходу из строя изделия и к связан-
ным с этим большим материальным потерям. Поэтому очень важно организо-
вать надежный контроль качества элементов, поступающих на сборку, а так-
же контроль операций сборки, монтажа и регулировки аппаратуры.
Трудоемкость контрольно-испытательных работ очень велика, и ее со-
кращение является одним из важных путей снижения себестоимости продук-
ции. Под испытанием радиоаппаратуры понимается проверка ее соответствия
техническим требованиям. Испытания включают контроль параметров радио-
аппаратуры и ее элементов при различных условиях эксплуатации и с тече-
нием времени. В более узком смысле слова под испытаниями понимается про-
верка устойчивости работы аппаратуры при воздействии внешних факторов:
климатических, механических и электрических.
Обычно все параметры, характеризующие изделие, с достаточной пол-
нотой отражены в соответствующей технической документации (в технических
условиях, чертежах, ведомственных нормалях, государственных стандар-
тах).
Испытания радиоаппаратуры с точки зрения получаемых результатов
можно разделить на две основные группы: испытания, результаты которых
можно выразить количественно (проверка величин параметров); испытания,
которые носят в основном качественный характер (например, проверка внеш-
него вида, соответствия чертежу и некоторые другие).
Наибольшее число испытаний при проверке каждого изделия радиоап-
паратуры связано с определением ее погрешностей х.
1 Более подробно — см., например, книгу П. И. Буловского и
Э. М. Идельсона «Испытания авиационных приборов», «Машиностроение»
1966.
52
Испытания изделий радиоаппаратуры на всех этапах проектирования
ее должны всемерно способствовать выявлению недостатков и улучшению
конструкции и технологии изготовления.
Методика испытаний опытных образцов существенно отличается от ис-
пытаний серийно изготовляемых изделий.
Испытания опытных образцов и опытных серий называются предвари-
тельными испытаниями и подразделяются на стендовые и полевые. Стендо-
вые испытания происходят на месте изготовления аппаратуры в специально
оборудованных лабораториях по всем параметрам, предусмотренным ТУ.
В процессе стендовых испытаний не всегда можно воспроизвести весь комп-
лекс условий эксплуатации, поэтому проводят испытания в реальных усло-
виях работы аппаратуры: на самолете, корабле, автомобиле и т. д.
В серийном производстве изготовленные изделия подвергают испытаниям,
которые можно разделить на приемные, приемо-сдаточные, периодические
(типовые контрольные) и проверочные. Эти испытания распространяются на
изделия, изготовленные как в установившемся серийном или массовом про-
изводстве, так и опытными или установочными партиями (сериями).
Глава
IV
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ЗАГОТОВОК
4-1
СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГОТОВОК И ИХ ВЫБОР
Металлические детали радиоаппаратуры за отдельными исклю-
чениями можно изготовить механической обработкой материалов,
поставляемых металлургической промышленностью в виде прут-
ков, полос, лент или листов. Однако для уменьшения расхода ма-
териала и сокращения объема малопроизводительной механиче-
ской обработки целесообразно получать заготовки, приближаю-
щиеся по форме и размерам к готовой детали, без снятия стружки.
Такие особенности деталей радиоаппаратуры, как малые раз-
меры, значительный удельный вес цветных металлов, повышенные
требования к точности размеров и внешнему виду, серийный или
массовый (в большинстве случаев) характер производства, способ-
ствуют широкому применению прогрессивных способов обработки
без снятия стружки: литья в металлические формы (кокили), под
давлением, по выплавляемым моделям, обработки давлением (вклю-
чая холодную и горячую штамповку, высадку, волочение, накаты-
вание резьбы, накатывание зубьев зубчатых колес) и др.
Технологические процессы, основанные на использовании
способов обработки без снятия стружки, по сравнению с процес-
сами, основной частью которых является механическая обработка
металлов резанием, обладают следующими основными преимуще-
ствами:
1)	более высокая производительность;
53
2)	меньший расход металла (главным образом вследствие
уменьшения или полного устранения припусков на механическую
обработку);
3)	меньшее количество операций и меньшая длительность про-
изводственного цикла;
4)	относительно постоянная и высокая степень точности, за-
висящая в основном от точности изготовления инструментов
(штампов, форм) и в меньшей степени от искусства рабочего;
5)	благоприятные условия для механизации и автоматизации
технологического процесса и для перехода на многостаночное об-
служивание;
6)	в большинстве случаев — экономия производственной пло-
щади.
Выбор вида заготовки, а следовательно, и способа ее получе-
ния имеет важное значение, так как определяет расход материала,
трудоемкость процесса изготовления детали, конструкцию тех-
нологической оснастки и в конечном счете себестоимость де-
тали.
С другой стороны, выбор способа получения заготовки опре-
деляется следующими основными факторами:
1)	имеющееся на данном предприятии оборудование;
2)	конструкция и, в частности, размеры детали;
3)	род, профиль и технологические свойства применяемого
материала;
4)	объем производства, т. е. количество изготовляемых дета-
лей в единицу времени.
Для решения вопроса, какой вид заготовки целесообразно
применять в каждом отдельном случае, необходимо выполнять
технико-экономический расчет с учетом стоимости материала и
изготовления заготовки, а также стоимости обработки до получе-
ния готовой детали.
Таким образом, на выбор вида заготовки влияют как конст-
руктивные, так и технологические соображения. Конструктор
радиоаппаратуры должен хорошо знать технологию производства
радиоприборов и в процессе разработки аппаратуры и деталей
привлекать технологов для совместного решения основных кон-
структивно-технологических вопросов.
Важным показателем целесообразности выбора того или иного
вида заготовки является коэффициент использования материала:
^=<2д/^з»
где QK — вес готовой детали;
<2з — вес заготовки.
Разумеется, идеальным случаем было бы k= 1. Для того чтобы
улучшить коэффициент использования материала, заготовку по
конфигурации и по размерам следует приближать к готовой де-
тали. Размеры обрабатываемых поверхностей детали, а также
54
припуски на обработку должны быть минимальны. Наибольший
коэффициент использования материала дают технологические про-
цессы с использованием обработки давлением — холодной штам-
повки, а также различных видов точного литья.
4-2
ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ХОЛОДНОЙ ШТАМПОВКИ
Основной способ получения заготовок в радиотехнической про-
мышленности — холодная штамповка. В радиовещательных при-
емниках число штампованных деталей, как правило, составляет
40—60% от общего количества всех деталей. Существуют такие
радиоприборы, в которых до 90% деталей получают с помощью
холодной штамповки. Широкое применение штампованных дета-
лей объясняется прежде всего их малой стоимостью, большой
производительностью при изготовлении и относительно неболь-
шой материалоемкостью. Холодной штамповкой выполняется не-
сколько десятков различных операций. Большинство из них осу-
ществляется только в результате пластических деформаций без
разрушения материала заготовки, например вытяжка, гибка,
отбортовка, рельефная штамповка и др. Другие операции, напри-
мер вырубка, обрезка, пробивка отверстий, обрезка-гибка и др.,
производятся с местным разрушением материала.
Штамповка обладает рядом преимуществ перед другими ви-
дами обработки материалов:
1)	простота технологического процесса (возможность при ма-
лом числе переходов получать детали весьма сложной формы);
2)	высокая производительность (каждый технологический пе-
реход выполняется за один удар пресса), позволяющая на неболь-
шой площади при малом количестве единиц оборудования изго-
товить в короткие сроки большое количество деталей;
3)	относительная и абсолютная дешевизна деталей, обуслов-
ленная простотой оборудования, возможностью использования
рабочих относительно низкой квалификации, высокой стойкостью
инструмента и др.;
4)	хорошая приспосабливаемость оборудования и штампов к
различным масштабам производства (от среднего до массового) и
возможность полной или почти полной автоматизации и механи-
зации работ;
5)	возможность комбинирования с другими видами техноло-
гических процессов (обработкой резанием, сваркой, пайкой, прес-
сованием пластмасс и др.);
6)	удобство утилизации отходов (полосы и ленты);
7)	возможность применения в массовом, серийном и мелкосе-
рийном производстве;
8)	достаточная точность.
Основа точной штамповки — высокая культура эксплуатации
штампов.
55
Недостатки холодной штамповки — сравнительно высокая сто-
имость штампов, недостаточно высокое качество поверхности
деталей, сложность получения толстостенных заготовок.
Затраты по эксплуатации штампов, отнесенные к единице
продукции, резко возрастают
при малых программах выпуска,
когда штампы далеко не доводят-
ся до полного износа. Особенно
велики эти затраты, если общее
число изготовляемых деталей мень-
ше трех- четырехкратной стойко-
сти штампа.
Снижение стоимости изготов-
ления штампов достигается раз-
личными путями. Наиболее эффек-
тивными и пригодными для лю-
бого объема производства являют-
ся нормализация и стандартиза-
ция деталей и узлов штампов, а
также серийный выпуск таких
деталей и узлов инструментальными заводами в централизованном
порядке. В этом случае стоимость и трудоемкость изготовления
штампов снижаются на 25—30%.
Экономичность применения холодной штамповки при малом
объеме производства обусловливается в первую очередь выбором
рациональной конструкции штампа. В на-
стоящее время имеется ряд конструкций
специальных и универсальных штампов, раз-
работанных для этих условий. Из них в пер-
вую очередь следует отметить листовые (рис.
4-1), т. е. пинцетные и вафельные, упрощен-
ные (рис. 4-2) и литые штампы.
Длительность операций на упрощенных
штампах превышает длительность операций
на инструментальных штампах в 10—12
раз, а на литых — в 15—40. Во столько же
раз увеличиваются и расходы по заработной
плате. Основными преимуществами листовых
и литых штампов являются малые трудоем-
кость и стоимость их изготовления.
Наряду с приведенными конструкциями
штампов широкое применение в мелкосерий-
ном производстве находят быстросменные
пластинчатые штампы, пакеты которых из-
готавливают для каждой детали и устанав-
Рис. 4-2. Упрощен-
ный вырубной штамп.
ливают в стандартном блоке, обслуживаю-
щем ряд пакетов. Замена пакета длится
несколько минут.
Стойкость стандартного блока достаточно велика и составляет
1,5 — 2,5 млн. ударов, а стоимость его изготовления меньше стои-
66
мости изготовления инструментального штампа таких же габа-
ритов.
При очень малом объеме производства применяется поэле-
ментная штамповка на универсальных штампах конструкции
В. М. Богданова. Метод поэлементной штамповки заключается
в том, что контур деталей образуется за ряд последовательных
переходов. Как известно, контур любой детали можно составить
из отдельных элементов — прямых линий, закруглений, отверстий
и т. д. Таким образом, имея набор универсальных штампов из
совершенно одинаковых, но по-разному сопряженных между собой
элементов, можно построить различные по конфигурации и раз-
мерам детали (рис. 4-3), обрабатывая их контуры поэлементно
на различных штампах.
По характеру обрабатываемого материала различают штам-
повку из листового материала, обычно называемую просто штам-
повкой, и штамповку из прут-
кового материала, которую на-
зывают холодной высадкой.
Все операции, выполняемые
холодной штамповкой, можно
разбить на две группы:
1) разделительные операции,
посредством которых одна часть
материала полностью или ча-
стично отделяется от другой. К
таким операциям относятся от-
резка, вырубка, пробивка, под-
резка, обрезка, зачистка и ка-
либровка;
2) формоизменяющие опера-
ции, посредством которых пло-
ф___
Рис. 4-3. Детали, полученные мето-
дом поэлементной штамповки.
ская или пространственная заготовка превращается в простран-
ственную деталь заданной формы и размеров. К таким операциям
относятся гибка, отбортовка, вытяжка, чеканка, объемная штам-
повка и др.
Для сокращения технологического цикла, повышения точно-
сти штампуемых деталей и увеличения производительности отдель-
ные операции штамповки объединяют, т. е. выполняют их одновре-
менно в одном штампе. Такое объединение технологически раз-
личных операций штамповки называется комбинированной штам-
повкой.
Вопросы технологии холодной штамповки изложены в тру-
дах проф. А. Н. Малова. Рассмотрим более подробно основные ее
операции.
а)	Отрезка
Крупные заготовки отрезают на ножницах, а мелкие заготовки
И (в виде исключения) полосы — в штампах на прессах.
67
Отрезка на ножницах. Заготовки, отрезаемые йа ножницах,
можно разделить в зависимости от их конфигурации в основном
на два вида: 1) заготовки с контурами, очерченными прямыми
линиями; 2) заготовки с контурами, очерченными кривыми или
сопряженными кривыми и прямыми линиями.
Заготовки первого вида, имеющие форму простых геометри-
ческих фигур — прямоугольника, квадрата, треугольника, тра-
пеции и т. д. — отрезают на ручных рычажных ножницах (балан-
сирных) и на приводных гильотинных или дисковых ножницах
с прямо поставленными ножами.
Заготовки второго вида отрезают на дисковых ножницах с
наклонно поставленными ножами или на вибрационных ножницах.
Если отделение одной части материала от другой (на ножни-
цах) происходит по замкнутому контуру, операция получает
название вырезки.
В мелкосерийном производстве заготовки с прямолинейными
контурами из листов толщиной не более 2 мм и шириной до 450 мм
отрезают по упору на ручных рычажных ножницах, а заготовки
шириной более 450 мм — по разметке. Точность отрезки по упору
соответствует 7-му классу, а по разметке — 9-му. Узкие и длин-
ные заготовки при отрезке не ножницах искривляются, поэтому
после отрезки их подвергают правке.
В серийном и массовом производстве для отрезки применяют
гильотинные и дисковые ножницы.
Данные о точности отрезки на гильотинных ножницах приве-
дены в табл. 4-1.
Таблица 4-1
Точность отрезки на приводных гильотинных ножницах (в мм)
Толщина заготовки, мм	Ширина отрезаемой заготовки, мм							
	30	40	50	75	100	125	150	200
0.5	±0,2	±0,2	±0,3	±0,3	±0,4	±0,4	±0,4	±0,5
0.5-1,0	±0,3	±0,3	±0,3	±0,3	±0,4	±0,4	±0.4	±0.5
0,1—2,0	±0.3	±0,3	±0,3	±0,4	±0,4	±0,4	±0,5	±0,5
2.0—3,0	±0,3	±0.3	±0.4	±0,4	±0,4	±0,5	±0,5	±0.5
3,0—4,0	—	±0,4	±0,4	±0,4	±0.5	±0.5	±0,6	±0,6
4,0—5.0	—	—	±0,6	±0,6	±0,8	±0,8	±1,0	±1,0
5.0—7,0	—	—	—	±0,8	±1,0	±1,0	±1,4	±1,4
Кроме гильотинных ножниц, для отрезки полос применяют
дисковые ножницы с прямо поставленными ножами: в серийном
производстве — однороликовые, в массовом — многороликовые.
Точность отрезки на дисковых ножницах с прямо поставленными
ножами соответствует 7-му классу. Полосы, отрезаемые на диско-
вых ножницах, искривляются и нуждаются в правке; кроме того,
на них остаются заусенцы, которые приходится устранять вруч-
ную специальными скребками.
58
Отрезка (вырезка) заготовок с криволинейными контурами,
как указывалось выше, выполняется на дисковых ножницах с
наклонно поставленными ножами. Точность отрезки (вырезки)
соответствует 8—9-му классам. Наименьший радиус кривизны,
который может быть получен при отрезке (вырезке), зависит от
диаметра ножей и составляет от 0,4 до 0,7 последнего.
Отрезка (вырезка) заготовок с малыми радиусами кривизны
(меньше 12 мм) и вырезка отверстий без предварительного сверле-
ния при условии, что
толщина материала не
превышает 3 мм, вы-
полняется по разметке
на вибрационных нож-
ницах. После отрезки
требуется ручная обра-
ботка (опиливание) для
удаления заусенцев и
подсечек по контуру.
Точность отрезки (вы-
резки) на вибрационных
ножницах соответствует
9-му классу.
Отрезка в штампах
на прессах. Отрезка за-
готовок (деталей) из
листового материала в
без перемычек между
отрезка), либо с перемычками. Точность отрезки в штампах соот-
ветствует 8—9-му классам. Отрезка без перемычек (рис. 4-4)
осуществляется на универсальном отрезном штампе с ножами,
расположенными под углом 90° друг к другу и повернутыми под
углом 45° относительно вертикальной оси штампа. Особенностью
этого способа является получение двух заготовок (деталей) за
г)
Рис. 4-4. Схемы отрезки без перемычек в
универсальном отрезном штампе.
а — прямоугольных заготовок от листа; б и в —
треугольников от полосы; г — трапеции от полосы.
штампах на прессах выполняется либо
отрезаемыми заготовками (безотходная
один ход пресса.
Заготовки, ширина которых равна ширине полосы, а часть
контура очерчена кривыми линиями, получают, вырубая часть
материала (перемычку) фасонным пуансоном. При толщине ма-
териала до 1,0 мм минимальная ширина перемычки принимается
равной 3 мм, а при толщине более 1,0 мм — от двух до четырех
толщин разрезаемого материала.
б)	Вырубка и пробивка
Вырубка. При вырубке происходит отделение заготовки от
исходного материала (листа) по замкнутому-контуру. Вырубкой
получают плоские детали и заготовки различных форм и разме-
ров. Вырубка осуществляется в штампах на эксцентриковых или
кривошипных прессах простого действия.
59
При выборе штампов для вырубки необходимо исходить из
объема производства, размеров и конфигурации изготовляемых
деталей. В мелкосерийном производстве для штамповки небольших
деталей с плавным контуром из листа толщиной до 1,0 мм (для
стали) или до 1,5 мм (для цветных металлов) применяют вафель-
ные штампы. Если толщина листа превышает приведенные значе-
ния, вырубку выполняют по шаблону или по разметке в просечных
штампах. При серийном производстве (до 25 000 шт.) небольших
деталей из материала толщиной менее 3 мм можно применять
пластинчатые штампы. Наконец, при серийном производстве дета-
лей из материала толщиной более 3 мм и при массовом производ-
стве деталей из материала любой толщины следует применять
инструментальные штампы (как правило, с направляющими ко-
лонками).
В ряде случаев стоимость материала составляет 60—75% от
общей себестоимости штампованных деталей, поэтому рациональ-
ное использование материала и его экономия, особенно в серий-
ном и массовом производствах, являются весьма важной задачей.
Экономия материала достигается путем наивыгоднейшего распо-
ложения вырубаемых деталей в полосе, а полос — в листе, или,
как принято говорить, наивыгоднейшего «раскроя материала»,
форма которого должна соответствовать конфигурации вырубае-
мых деталей и обеспечивать наименьший отход материала.
Раскрой с перемычками применяют для получения деталей
с криволинейным контуром — независимо от допусков на размеры
и требований к чистоте поверхности среза, а также деталей, кон-
тур которых образован прямыми линиями, но имеющих допуски
на размеры по 5—7-му классам точности. Для деталей с прямоли-
нейным контуром, изготовляемых по 8—9-му классам точности
с пониженными требованиями к чистоте поверхности среза, при-
меняют раскрой без перемычек.
Раскрой листа на полосы нужно проектировать с таким рас-
четом, чтобы от каждого листа оставалось возможно меньше от-
ходов. Лист может быть раскроен в продольном или в поперечном
направлении. Продольный раскрой выгоднее в отношении произ-
водительности при вырубке и отрезке. В условиях массового про-
изводства, особенно при вырубке деталей из цветных металлов,
необходимо также решить задачу рационального использования
отходов.
Пробивка. Пробивкой получают отверстия различных форм
и размеров в деталях из листа (плоских и объемных). Чаще проби-
вают отверстия круглые, квадратные и прямоугольные, с закруг-
лениями или без них.
Минимальные расстояния между кромками отверстий при про-
бивке, а также между краем полосы (детали) и кромкой отвер-
стия определяются конфигурацией детали, формой отверстия и
толщиной штампуемого материала. Эти расстояния должны быть
достаточны, чтобы исключить возможность разрушения перемычки
60
при пробивке или вырубке. Если в детали нужно пробить два или
более отверстий, то одновременная пробивка их возможна только
в том случае, когда расстояние между кромками отверстий превы-
шает следующие величины (в миллиметрах).
Толщина материала.......... 0,5 0,8 1,0 1,5 2,0 3,0 4,0 5,0
Расстояние между
кромками отверстий......... 2,0 3,0 3,5 4,5 5,0 5,0 6,0 6,0
При вырубке и пробивке материал по поверхности среза упроч-
няется, в результате чего изменяются его механические и физи-
ческие свойства.
Упрочнение поверхностного слоя вызывает в ряде случаев
необходимость дополнительных операций; так, например, детали
из электротехнической стали (пластины магнитопроводов) сле-
дует отжигать для снижения магнитных потерь.
Качество поверхности среза, глубина упрочненного (накле-
панного) слоя, а вместе с этим и стойкость штампов зависят от
величины зазора между пуансоном и матрицей. Если зазор больше
определенного для каждого материала максимального значения,
то при вырубке (пробивке) деталь получает изгиб и возникает
значительная конусность по поверхности среза. Если же зазор
меньше некоторой минимальной величины, то поверхность среза
расслаивается, а на верхней кромке детали образуются заусенцы
с неровными зубчатыми краями. Кроме того, при заниженных
зазорах стойкость штампов резко падает.
Предельные величины зазоров при вырубке (пробивке) при-
ведены в табл. 4-2.
Таблица 4-2
Зазоры между пуансоном и матрицей при вырубке и пробивке
Материал	Величина зазора в процентах от толщины штампуемого материала	
	Минималь- ная	Максималь- ная
Алюминий		3	8
Медь, отожженная латунь, мягкая сталь .... Дюралюминий твердый, латунь наклепанная,	5	12
сталь средней твердости		6	14
Твердая сталь 		7	16
Фибра, текстолит, гетинакс толщиной до 4 мм То же толщиной более 4 мм		2,5	6
	2	5
Картон, бумага, кожа, асбест		1,5	3
Слюда		5	9
Точность, достигаемая при вырубке и пробивке, зависит от
ряда факторов. Основные из них:
61
а)	точность изготовления рабочих, фиксирующих и направ-
ляющих деталей штампа и степень их износа;
б)	размеры вырубаемой детали или пробиваемого отверстия,
сложность их конфигурации и толщина материала;
в)	точность базировки заготовки при пробивке и отрезке
(вырубке части контура);
г)	величина зазора между пуансоном и матрицей и равномер-
ность его распределения;
д)	тип штампа и его конструктивные особенности (с направ-
лением или без направления, наличие делительных устройств и
т. д.);
е)	упругие деформации детали при вырубке или пробивке;
ж)	плоскостность полосы при вырубке или детали (заготовках
при пробивке);
з)	техническое состояние пресса и упругие деформации ста-
нины при нагрузке (ударе).
в)	Надрезка, отрезка и просечка
Все прочие операции, относящиеся к группе разделительных,
мало отличаются от отрезки, вырубки и пробивки. Их особенности
обуславливаются назначением и характером выполняемой работы.
Для получения в деталях из листа язычков, упоров-лапок
и т. п. (рис. 4-5) применяется надрезка по части контура,
[ заточкой пуансона. Надрезка
сопровождается изгибом надре-
заемой части металла. Подби-
рая угол скоса пуансона, мож-
но не только получить изгиб
надрезанной части на угол до
90°, но и придать детали нуж-
ную форму (рис. 4-6).
Для удаления излишков ма-
териала или неровных краев пос-
ле вытяжки, рельефной штамповки, штамповки истечением и объем-
ной штамповки производится обрезка. Крупные заготовки
в мелкосерийном производстве обрезают на дисковых ножницах
с наклонно поставленными ножами. Мелкие заготовки, представ-
ляющие собой тела вращения (без фланцев), независимо от тол-
щины стенок в мелкосерийном производстве и при толщине стенок
более 1,5 мм в серийном и массовом производстве обрезают на то-
карных или револьверных станках. Заготовки с фланцем любой
толщины и формы, заготовки любой формы без фланца, но с тол-
щиной стенок менее 1,5 мм в серийном и массовом производстве
обрезают в штампах. Точность обрезки соответствует 7—9-му
классам.
Для получения плоских деталей с отверстиями и без отверстий
из листовых неметаллических материалов (бумага, картон, кожа,
62
что достигается
TZZZ&
язычками, полу-
Рис. 4-5. Детали с
ченными надрезкой.
прессшпан и т. д.) применяют просечку. В отличие от вы-
рубки и пробивки при просечке
—- D
г) .
Рис. 4-6. Детали, полученные над-
резкой.
отсутствуют сопряженные режу-
щие кромки (есть пуансон, но
нет матрицы). Просечку выпол-
няют с применением подкла-
док (обычно фибра, иногда де-
рево) или без них. При про-
сечке без подкладок в заготов-
ках необходимо предварительно
пробивать по кондуктору от-
верстия под фиксаторы и при-
менять штампы с направляю-
щими кантиками; при просечке
с подкладками предварительной пробивки не производят, а опе-
рацию ведут в штампах без направляющих.
г)	Зачистка (чистовая вырубка) и калибровка
Зачистка. Зачистку в штампах применяют в следующих слу-
чаях:
1)	если точность размеров отштампованных деталей невелика
(соответствует 3—4-му классам);
2)	если предъявляются повышенные требования к чистоте
поверхности среза;
3)	когда наружный контур детали используется в качестве
базы для выполнения последующих операций.
эксцентриковых, кри-
отличие от вырубки
2
Рис. 4-7. Укладка заго-
товок на матрицу для
зачистки.
1 — матрица; 2 — заготов-
ка; а — срезанный припуск.
Зачистка осуществляется в штампах на
вошипных или вибрационных прессах. В
процесс зачистки сопровождается снятием
стружки.
Существуют две схемы выполнения за-
чистки: обычная схема, когда матрица
имеет размеры зачищаемой детали, а пу-
ансоны меньше матрицы на величину за-
зора, обычно не превышающего 3—8 мк,
и схема зачистки пуансоном «полнее» мат-
рицы. Во втором случае матрица имеет
размеры зачищаемой детали, а пуансон—
размеры заготовки, поступающей на за-
чистку. При зачистке по этой схеме пуан-
сон не доходит до поверхности матрицы примерно на 0,2—0,3 мм.
Деталь проталкивается через матрицу следующей по порядку
зачищаемой деталью.
Для предотвращения вырывов металла по кромкам зачищаемые
заготовки, имеющие конусность по поверхности среза, необхо- -
димо укладывать на поверхность зачистной матрицы более широ-
кой частью (рис. 4-7).
63
Калибровка. Калибровка применяется для повышения точно-
сти размеров и чистоты поверхности отверстий после сверления
или пробивки. Калибровка производится как со снятием, так и
без снятия стружки. Особенностью калибровки со снятием стружки
является отсутствие сопряженных режущих кромок. Роль матрицы
выполняет пластина с лункой, диаметр которой не меньше полу-
торного диаметра калибруемого отверстия.
Калибровку отверстий без снятия стружки осуществляют с
помощью дорна, шарика или соответствующего сечению калибруе-
мого отверстия какого-либо тела
вращения. При этом происходит
уплотнение поверхностного слоя
отверстия. Припуск под калиб-
ровку без снятия стружки в
основном зависит от свойств
материала обрабатываемой де-
тали и точности исполнения от-
верстия под калибровку. Обыч-
но он составляет 0,05—0,1 мм.
Точность калибровки 0,02—
0,05 мм. Чистота поверхности
соответствует 8—10-му классам.
Рис. 4-8. Последовательность гибки
деталей на универсальногибочных
штампах и характерные профили
изгибаемых деталей.
д)	Гибка и правка
Гибка. Процесс гибки со-
стоит в изгибании части пло-
ской или объемной заготовки
под углом (или по радиусу) к
другой ее части. Гибка произ-
водится на гибочных машинах,
в приспособлениях, на прессах
в штампах и на профилировоч-
ных станках. Крупные детали
из листового материала, тре-
бующие прямолинейной гибки,
в мелкосерийном и серийном
производстве изгибают на руч-
ных гибочных машинах или в
специальных приспособлениях
(при толщине исходного материала до 2—2,5 мм}. Для гибки
более толстого материала применяют приводные гибочные станки.
Мелкие детали в серийном и в массовом производстве изгибают
в штампах на прессах; в серийном производстве применяются
простые и универсальные штампы, а в массовом — специальные.
В универсальных штампах гибка деталей с несколькими ли-
ниями изгиба расчленяется на ряд последовательных операций,
число которых равно числу изгибов детали (рис. 4-8). Весьма
64
важное значение имеет радиус гиба: если он слишком мал, то
неизбежен разрыв наружных слоев материала. Минимальная
допустимая величина радиуса зависит от механических свойств
материала, его толщины, направления линии гиба относительно
направления прокатки, положения заусенца при гибке, угла из-
гиба.
Правка (рихтовка). Полосы после отрезки на ножницах и
большинство деталей после галтовки, вырубки и пробивки на
штампах последовательного действия нуждаются в правке (рих-
товке). Правка плоских заготовок выполняется в штампах на
фрикционных или чеканочных прессах или же на вальцах. Вальцы
обычно применяются для правки полос и листов, штампы — для
правки мелких заготовок.
е) Вытяжка
Объемные полые детали различных форм из листового мате-
риала получают вытяжкой в штампах на кривошипных прессах
простого или двойного действия. Различают вытяжку без утоне-
ния и вытяжку с утонением.
При вытяжке без утонения превращение плоской
заготовки в полую деталь или последующие изменения ее формы
происходят без преднамеренного измене-
ния толщины исходного материала, хотя
в действительности на некоторых участках
детали имеет место утонение, а на дру-
гих — увеличение толщины.
При вытяжке с утонением
изменение формы плоской или предвари-
тельно вытянутой заготовки происходит с
заранее заданным утонением стенок.
Вытяжка без утонения может произво-
диться с прижимом й без прижима за-
готовки. Для вытяжки с прижимом не-
Рис. 4-9. Деталь, полу-
ченная обратной вытяж-
кой.
обходимо применять прессы двойного или простого действия; в
последнем случае в конструкции штампа должно быть предусмот-
рено прижимное устройство; вытяжка без прижима производится
на прессах простого действия.
Вытяжка с утонением выполняется только без прижима заго-
товки, на прессах простого действия. Глубокую вытяжку осуще-
ствляют за несколько операций.
Для получения деталей с двойной стенкой (рис. 4-9), а также
обычных деталей с фланцем применяют обратную, или, как
ее иногда называют, реверсивную вытяжку. При изготовлении
тонкостенных деталей сложной рельефной формы применяют вы-
тяжку в штампах с резиновым пуансоном (матрицей) и гидравли-
ческую вытяжку.
3 A, T. Белевцев
65
ж) Выдавливание
Выдавливание из листового материала на токарно-давильных
станках используется для получения полых деталей, имеющих
форму тел вращения с толщиной стенок, равной толщине исход-
ного материала. Выдавливание применяется при небольшом ко-
личестве обрабатываемых деталей, когда нерентабельно изготов-
лять вытяжные штампы или если детали имеют форму, которую
Рис. 4-10. Последова-
тельность штамповки
детали со сложным
рельефом.
невозможно получить вытяжкой. Толщина
материала, обрабатываемого выдавливанием,
не превышает 1 мм для стали и 1,5—2 мм
цветных металлов.
Выдавливание представляет собой мало-
производительную операцию, которую при
обычных условиях работы может выполнить
лишь высококвалифицированный рабочий.
з) Рельефная штамповка
Рельефная штамповка применяется для
выдавливания на плоской заготовке выпук-
лого или вогнутого рельефа (рифтов, гоф-
ров).
Рельефная штамповка выполняется в
к краю заготовки.
штампах на эксцентриковых и кривошипных
прессах. Глубокий и сложный рельеф полу-
чают за несколько операций. Сначала штам-
пуют наиболее удаленные от края заготов-
ки рифты (рис. 4-10)л постепенно переходя
В процессе рельефной штамповки происходит
«утяжка» материала, что вызывает искажение контура плоской
части заготовки, устраняемое последующей обрезкой. Утяжка, а
следовательно, и припуск на обрезку тем больше, чем сложнее и
глубже рельеф и чем ближе он расположен к краям заготовки.
и) Отбортовка
Отбортовка применяется для образования в полой плоской
заготовке с предварительно пробитым отверстием (иногда и без
него) отверстия большего диаметра с замкнутым цилиндрическим
или иной формы бортом. Отбортовка применяется также для по-
вышения жесткости некоторых деталей радиоприбора (крышки,
корпуса и т. п.) с применением операции гибких плоских краев по
контуру детали. Отбортовка выполняется в штампах на эксцентри-
ковых и кривошипных прессах.
Минимальная высота отбортовки зависит от толщины стенки
заготовки, а максимальная — от механических свойств ее мате-
66
риала, чистоты обработки растягиваемой кромки и степени ее
упрочнения.
Если высота детали должна быть меньше минимально допу-
стимой высоты кромки, а также для получения толщины кромки,
равной толщине материала детали, вы-
полняют отбортовку на большую высо-
ту, а излишек материала удаляют об-
резкой. Если же высота отбортовки
детали должна, быть больше максималь-
но достижимой, то деталь изготовляют
вытяжкой с последующей пробивкой
отверстия и отбортовкой.
к) Штамповка истечением
Сущность процесса штамповки ис-
течением (экструдинг-процесса) заклю-
чается в следующем. Если к заготовке,
положенной в полость матрицы, прило-
жить ударное давление пуансона, то
материал приходит в пластическое со-
стояние и течет в зазор между матри-
цей и пуансоном навстречу движению
последнего или в углубление матрицы
Рис. 4-11. Способы штам-
повки истечением.
по направлению движения пуансона а _ обратный. б _ прямой.
(рис. 4-11). Первый случаи представляет
собой обратный, а второй — прямой способ штамповки истече-
нием.
Штамповкой истечением обрабатывают свинцовые сплавы,
олово, алюминий, латунь, значительно реже — малоуглероди-
стую сталь.
Точность деталей, получаемых штамповкой истечением, зави-
сит в основном от свойств материала и точности изготовления
штампов. Минимальные допуски при штамповке деталей из алю-
миниевых сплавов следующие:
Толщина стенки .
Толщина дна . . .
Диаметр:
внутренний
наружный ,
.±0,03 4- 0,05 мм
.4-0,1 мм
.±0,03 мм
.±0,05 »
При штамповке истечением деталей из медных сплавов до-
пуски увеличиваются на 15—20%, из цинковых — на 10—15%.
л) Чеканка
Чеканка представляет собой операцию обжатия заготовки
с целью получения гладких поверхностей и точных размеров, а
3*
67
также выпуклого рисунка, надписей и т. п. на поверхности де-
тали.
Чеканка выполняется при помощи штампов на специальных
чеканочных прессах или на винтовых фрикционных прессах.
Различают три вида чеканки: плоскостную, объемную и ком-
бинированную.
При плоскостной чеканке обработке подвер-
гаются только отдельные параллельные плоскости штампованных
деталей, при этом допускается изменение конфигурации детали
в направлениях, перпендикулярных направлению давления.
Во избежание коробления, особенно при чеканке длинных
деталей, необходимо подвергать частичному обжатию некоторые
поверхности детали, не требующие точных размеров.
При объемной чеканке обрабатываются все поверх-
ности штампованных деталей, а избыточный материал вытесняется
из штампа в виде заусенца, который в дальнейшем удаляют с де-
тали обработкой на наждачном круге, запиловкой вручную или
обрезкой в специальном обрезном штампе. Объемная чеканка по-
зволяет получать штампованные детали высокой точности.
Комбинированная чеканка состоит из после-
довательных операций и плоскостной чеканки. Сначала осущест-
вляют объемную чеканку, а по отдельным, наиболее точным по-
верхностям оставляют припуск под плоскостную чеканку. Ком-
бинированную чеканку применяют обычно в тех случаях, когда
требуется получить чистые, гладкие поверхности с точными раз-
мерами между отдельными плоскостями. Качество и точность
чеканных деталей зависят от предварительной подготовки загото-
вок, т. е. от состояния их поверхности и величины припусков.
м) Объемная штамповка
К объемной штамповке относятся операции высадки, прессо-
вания и кернения.
Высадка. При высадке на заготовках из листового материала —
плоских, изогнутых или вытянутых — получают местные утол-
щения любой формы; высадкой сплошных заготовок из прово-
локи или прутка получают заготовки винтов, заклепок и т. п.
Высадка деталей из листового материала осуществляется
в штампах на фрикционных и чеканочных прессах, а деталей из
проволоки или прутков — на холодновысадочных автоматах. На
рис. 4-12 приведены примеры высадки наружных утолщений на
полых и плоских заготовках.
Число операций при высадке зависит от количества материала,
требующегося для образования данного утолщения. Если L 2а
1,5 а (рис. 4-12) или L — (2,5 4- 3) а и к 1,5 а, то высадку
можно выполнить за одну операцию; если же L > 3 а и к < 1,5 а,
то высадка выполняется за две операции и более. При высадке за
68
две операции и более необходимо производить между операцион-
ный отжиг для восстановления пластических свойств материала.
Прессование. Операция прессования применяется для изго-
товления плоских деталей с неглубоким рельефом. Прессование
производится из полосы, прут-
ка или отдельной заготовки.
Материал для прессования дол-
жен обладать хорошими пласти-
ческими свойствами. Прессова-
ние в полосе применяется при
изготовлении мелких деталей.
Если в детали нет отверстий,
то после прессования полоса
поступает на штамп для выруб-
ки; при наличии отверстий по-
лоса передается на штампы для
пробивки и вырубки.
Кернение. Кернение, т. е.
разметка отверстий под сверле-
ние при помощи керновочных
штампов, применяется в серий-
ном и массовом производстве при
Рис. 4-12. Высадка на полых и пло-
ских заготовках.
изготовлении мелких плоских
деталей с большим количеством отверстий и сложным их располо-
жением. При кернении в штампах отпадает необходимость сверле-
ния отверстий по кондукторам, что увеличивает производитель-
ность этой операции и снижает себестоимость продукции. Общим
для всех форм керновочных углублений является то, что угол кер-
нения а меньше угла при вершине сверла; обычно этот угол равен
80-90°.
н) Комбинированная штамповка
Под комбинированной штамповкой понимается выполнение
двух или нескольких технологически различных операций в одном
штампе. Она осуществляется в штампах последовательного и
совмещенного действия.
Экономическая целесообразность применения комбинирован-
ной штамповки зависит от общего числа обрабатываемых деталей,
а техническая возможность осуществления этого способа — от
их размеров, конструкции и точности.
Комбинированная штамповка в штампах последовательного
действия. Применяется при изготовлении мелких деталей (5—9-го
классов точности) из материала толщиной от 0,3 до 6 мм, когда
допускается смещение отверстия по отношению к контуру.
На рис. 4-13 приведены примеры совмещения пробивки и от-
резки плоской детали. Эти операции объединяют в одном штампе.
В тех случаях, когда выполняются последовательно пробивка и
69
вырубка, необходимо осуществить несколько переходов, число
которых зависит от расстояния между кромками отверстий, между
кромками отверстий и кромкой контура вырубаемой детали и от
формы контура вырубаемой детали.
По способу выполнения выруб-
ка бывает последовательная и по-
следовательно-параллельная. По-
следовательная вырубка приме-
няется для изготовления крупных
деталей при однорядном раскрое
полосы и для мелких деталей — при
встречном и многорядном раскрое
полосы. Последовательно-парал-
лельная вырубка применяется для
изготовления длинных, но узких
деталей. При этом способе по всей
длине полосы в один ряд распола-
гается несколько вырубных и со-
ответственно им несколько дыро-
пробивных пуансонов.
Последовательная гибка мо-
жет осуществляться двумя основ-
ными способами: 1) заготовка перед гибкой полностью отделяется
от полосы или ленты и 2) заготовка перед гибкой частично отде-
ляется от полосы или ленты путем надрезки или частичной вы-
рубки контура детали. Схемы, приведенные на рис. 4-14, иллюст-
Рис. 4-13. Схемы последователь-
ной пробивки и отрезки.
1 — упор; 2 — отрезной пуансон; 3 —
полоса; 4 и 5 — детали; 6 — пуансон
для формования зубцов.
Рис. 4-14. Последовательная гибка в полосе с
предварительной надрезкой.
рируют второй способ последовательной гибки в комбинирован-
ных штампах, т. е. способ, при котором гибке предшествует пред-
варительная частичная обрезка контура штампованной детали.
При схеме, приведенной на рис. 4-14, а, за первый переход произ-
водится пробивки отверстия, за второй переход частичная
70
обрезка контура и, наконец, за третий переход — гибка и отрезка.
По схеме на рис. 4-14, б при первом переходе происходит про-
бивка двух отверстий, при втором — частичная обрезка по кон-
туру, при третьем — гибка и при четвертом — отрезка.
Последовательная вытяжка полых деталей в полосе осущест-
вляется двумя способами: 1) непосредственно в полосе или ленте
Рис. 4-15. Последовательная вытяжка в полосе.
с вырубкой вытянутой детали во время последнего перехода
(рис. 4-15) и 2) с частичным отделением заготовки при первом
переходе, вытяжкой и окончательной вырубкой вытянутой детали
во время последнего перехода (рис. 4-16).
В процессе последовательной вытяжки без предварительного
частичного отделения заготовки при первом переходе происходит
значительная деформация полосы.
Комбинированная штамповка в штампах совмещенного дей-
ствия. Этот вид штамповки применяется для изготовления точных
F ZF Ш П I
Рис. 4-16. Последовательная вытяжка в полосе с пред-
варительной надрезкой.
деталей с малым числом переходов (3—5-го класса точности) из
материала толщиной не более 3,0 мм, если допускается смещение
отверстий по отношению к контуру.
Комбинированной штамповкой в штампах совмещенного дейст-
вия можно получать как плоские, так и объемные полые детали.
В тех случаях, когда к точности изготовления детали предъ-
являют повышенные требования, а поверхность среза должна быть
чистой, совмещают вырубку с обжимом, вырубку с зачисткой
матрицей и вырубку с зачисткой пуансоном «полнее» матрицы.
При штамповке полых деталей наиболее часто совмещают вы-
рубку с вытяжкой и вырубку, вытяжку и пробивку.
71
4-3
ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ КОНСТРУКЦИИ
ХОЛОДНОШТАМПУЕМЫХ ДЕТАЛЕЙ
а)	Материалы, обрабатываемые холодной штамповкой
Плоские детали изготовляют с применением отрезки, вырубки,
пробивки, надрезки, зачистки, просечки из всех металлов и спла-
вов, поставляемых в листах, полосах и лентах, а также из листо-
вых неметаллических материалов: бумаги, картона, резины,
слюды, миканита, гетинакса, текстолита, фибры, кожи, войлока,
фетра, ткани и лакоткани, листовой прессованной пробки, орга-
нического стекла.
Гибкой и вытяжкой сравнительно легко изготовлять детали
из кожи, целлулоида, картона, бумаги, органического стекла.
При выборе сортамента листового материала конструктор
должен стремиться применять наименьшее количество марок и
толщин материалов для всех деталей радиоприбора: это позволяет
рационально использовать отходы.
В качестве общего критерия штампуемости материалов для
всех видов штамповочных операций при прочих равных условиях
(одинаковая конструкция и точность штампа, а также сложность
детали) принимают стойкость штампа, т. е. количество заготовок,
отштампованных до того момента, когда требуется переточка
штампа из-за его затупления. При штамповке-вырубке, пробивке
и обрезке специфическими критериями штампуемости являются
качество поверхности среза и величина заусенцев после вырубки
определенного количества деталей; при штамповке-гибке — угол
пружинения и рассеивание его значения, которое тем больше, чем
тверже материал; при штамповке-вытяжке — коэффициент вы-
тяжки (отношение диаметра полой детали или заготовки к диа-
метру плоской заготовки или вытяжки, полученной на предыду-
щей вытяжной операции). Чем меньше коэффициент вытяжки
материала, тем легче происходит процесс вытяжки деталей из него
и тем меньшее число переходов необходимо для изготовления де-
тали.
б)	Технологические требования к элементам
конструкции плоских деталей
Наружные контуры плоских штампованных деталей и кромки
вырубаемых отверстий должны быть по возможности просты.
Для получения точной геометрической формы штампуемой де-
тали и снижения трудоемкости изготовления штампа необходимо,
чтобы глубина впадин и высота выступов наружного контура де-
тали были не меньше толщины листа, т. е. h t (рис. 4-17а),
а ширина впадины а или выступа Ъ (рис. 4-17, б) — соответственно
а > 0,7 t (но не менее 0,5 мм) и Ъ > 2t (но не менее 1 мм),
72
Величина перемычки К при пробивке (вырубке) между кром-
ками отверстий, а также между отверстиями и наружными кром-
ками детали зависит от толщины стенки детали (рис. 4-18).
Рис. 4-17. Впадины и выступы на на-
ружных контурах плоских деталей.
Радиус R закругления деталей, показанных на рис. 4-19, кото-
рые изготовляются путем вырубки в полосе перемычек, должен
быть больше половины ширины т полосы (ленты), т. е. R > 1/2 т.
Несоблюдение этого правила приводит к образованию уступов и
^7zJ'|h |' И 4
K5t 1
впадин в месте сопряже-
ний закругления с прямо-
линейным участком конту-
ра детали (см. рис. 4-19).
Для повышения техно-
логичности деталей, полу-
чаемых холодной штампов-
кой, нужно при проекти-
(но не менее 0,5 мм)
К I
K>t *
(но не менее 0,8 мм)
K^0,7t
(но не менее 0,3 мм)
(но не менее 0,5мм)
Рис. 4-18. Размеры перемычек между
смежными отверстиями и между отвер-
стием и краем детали.
Рис. 4-19. Детали с
закругленными кон-
цами, получаемые пу-
тем вырубки перемы-
чек.
ровании продумывать очертания их наружного контура так, что-
бы повысить коэффициент использования металла и, в частно-
сти, обеспечить безотходную штамповку.
Острые углы (внутренние и внешние) сопряжения линий кон-
тура рекомендуется округлять. Радиус закругления R% ~
= (0,5 - 1) t.
73
-1*1*- L —*1
Рис. 4-20. Располо-
жение отверстий в
изогнутых деталях.
противном случае
в)	Технологические требования к элементам
конструкции изогнутых деталей
Основное технологическое требование к конструкции деталей,
получаемых гибкой, — максимальная простота формы изгибов.
Такие детали можно разделить на следующие группы:
1)	по направлению линии изгиба — в одной, двух и нескольких
плоскостях;
2)	по числу гибок в каждой плоскости — один изгиб, два и
более.
Наиболее предпочтительны простейшие формы изгибов: Г-об-
разные и П-образные, т. е. угольники и скобы. При этом следует
стремиться располагать линию изгиба перпендикулярно направ-
лению проката (в соответствии с ГОСТ на
материал).
Необходимо также правильно назначать
радиусы изгиба. Если радиус изгиба слиш-
ком мал, деформация растяжения наружных
слоев материала в зоне изгиба может приве-
сти к разрушению детали (появляются тре-
щины). Наименьший допустимый радиус из-
гиба зависит от толщины и пластических
свойств материала.
Длина отгибаемой части должна быть не
меньше утроенной толщины материала, в
гибка получается плохой, так как рабочие ча-
сти штампа не имеют достаточной опорной поверхности для соз-
дания изгибающего момента.
При пробивке отверстий в изгибаемых деталях (их жела-
тельно получать комбинированной штамповкой одновременно с
вырубкой плоской заготовки) необходимо, чтобы наименьший раз-
мер L, определяющий положение оси отверстия относительно
отогнутой полки (рис. 4-20), был L 0,5 d + R + 3 t. При не-
соблюдении этого условия необходимо пробивать или сверлить
отверстие в изогнутой заготовке. В этом случае L 0,5 d Ц- R.
Для повышения жесткости длинных изогнутых деталей (а также
и плоских деталей) следует предусматривать ребра жесткости
(рифты) в направлении, перпендикулярном направлению линии
изгиба.
г)	Технологические требования к элементам
конструкции полых деталей
В конструкции полых деталей из листового материала, изго-
товляемых штамповкой-вытяжкой, следует учесть технологиче-
ские особенности указанной операции. В принципе вытяжкой
можно изготовить очень сложные детали, но для этого требуются
дорогостоящие штампы, и при малых размерах партий себестои-
мость таких деталей очень высока.
74
Поэтому вопрос о целесообразности этой операции нужно
решать исходя из объема производства.
Наиболее технологичны цилиндрические детали типа корпу-
сов, стаканов с отношением высоты к диаметру не больше 0,5—0,6.
Такие детали получают за одну операцию вытяжки и называют
«мелкими».
При вытяжке на отдельных участках детали обычно происхо-
дит уменьшение толщины материла (даже, как уже говорилось
выше, при вытяжке без утонения) в пределах 20% от толщины
исходной заготовки. Это следует учитывать при проектировании.
Наибольшее уменьшение толщины материала происходит в зоне
сопряжения дна с боковыми стенками; наоборот, в зоне сопряже-
ний боковых стенок с фланцем толщина материала увеличивается.
При вытяжке с утонением надо иметь в виду, что степень умень-
шения толщины боковых стенок предопределяет наименьшее
число переходов вытяжки.
д)	Технологические требования к элементам
конструкции деталей при выбортовке,
рельефной штамповке и обжатии
При отбортовке необходимо, чтобы наименьший радиус г
сопряжения (рис. 4-21) удовлетворял соотношениям г = (4 4- 5) t
при t 2 мм; г = (2 4- 3) t при t > 2 мм.
D
Рис. 4-21. Образование борта
по краям отверстия, пробито-
го в плоской заготовке.
Рис. 4-22. Образова-
ние рельефа.
Диаметр отверстия под отбортовку приближенно определяют
по формуле
d0 = ]/r Dz—ihD,
где D — диаметр отбортовки;
h — высота отбортовки.
Предельное отношение диаметров dJD, при котором не воз-
никает разрушения материала (коэффициент отбортовки /с), со-
ставляет 0,58—0,60 для мягкой стали и латуни и 0,65 — для
алюминия.
При отбортовке отверстий диаметром до 5 мм наибольшее
значение коэффициента к не должно превышать величины
76
При отбортовке отверстий нецилиндрической формы значения г
и d0 определяют из соотношений, приведенных выше, принимая
в качестве D удвоенное значение наименьшего радиуса скругле-
ния углов отбортованного отверстия.
Материал деталей, изготовляемых с применением рельефной
штамповки, должен иметь повышенную точность по толщине, по-
скольку штамп в этом случае работает «в упор», и хорошие пла-
стические свойства. При назначении формы и размеров рельефа
детали (рис. 4-22) для получения рельефа за одну операцию штам-
повки необходимо ограничивать относительную деформацию,
соблюдая отношение
-100^ 6,
J-J
где L± — развернутая длина по сечению штампуемого рельефа;
L — расстояние между крайними точками рельефа;
б — относительное удлинение при растяжении.
4-4
ПОЛУЧЕНИЕ ЗАГОТОВОК СПОСОБОМ ЛИТЬЯ
а)	Литье в землю
Основное достоинство литья в землю — незначительные пер-
воначальные затраты на оснастку. Недостатками этого вида литья,
приобретающими в производстве радиоаппаратуры важное значе-
ние, являются низкая производительность, главным образом в
связи с большой трудоемкостью формовки, и невысокая точность
размеров отливаемых деталей (по 7—9-му классам) из-за моделей
и стержней, искажения их формы (коробления) в процессе экс-
плуатации и хранения, погрешностей при сборке форм (смещения
стержней, несовпадения опок), раскачивания модели перед извле-
чением ее из формы, деформация формы при заливке, неопреде-
ленности усадки при охлаждении и коробления отливок в про-
цессе термической обработки. При машинной формовке точность
несколько выше, чем при ручной.
Низкая чистота поверхности заставляет в ряде случаев при-
менять дополнительную механическую обработку отливок даже
по несопрягаемым поверхностям.
При литье в землю велико количество отходов, так как, кроме
значительных припусков на механическую обработку, происходят
потери металла на угар (например, при литье из бронзы и латуни
эти потери составляют около 7—8%); отходы на литники при ли-
тьё мелких деталей достигают 50%; значительны так называемые
деклассированные отходы, т. е. отходы, которые нельзя исполь-
зовать в производстве без предварительной обработки (сплески,
сор и т. п.). Сравнительно велик процент брака, обнаруживаемого
иногда только в процессе механической обработки отливок, К тому
же механические свойства отливок невысоки.
76
На заводах, изготовляющих радиоаппаратуру, литье в землю
применяется лишь в индивидуальном и мелкосерийном производ-
ствах; в серийном производстве оно используется для получения
деталей, например антенных отражателей из алюминиевого сплава.
б)	Литье в кокиль
Литье в металлическую форму (кокиль) по сравнению с литьем
в землю дает большую производительность и позволяет получать
отливки с более высокой точностью размеров (в основном по 4-му
и 5-му классам) при чистоте поверхности, соответствующей при-
мерно 3-му классу. Вследствие ускоренного процесса кристалли-
зации благодаря охлаждению металла стенками кокиля полу-
чается более плотная и мелкозернистая структура металла, а
следовательно, и более высокая (на 10—20%) прочность отливок.
Недостатком этого способа является высокая стоимость чугун-
ных или стальных кокилей, которая окупается только при значи-
тельном объеме производства. Кроме того, литьем в кокиль трудно
получать отливки сложной конфигурации.
Литье в кокиль применяют главным образом в серийном и
массовом производстве деталей средней сложности из цветных
сплавов и чугуна, если большинство размеров должно быть вы-
держано примерно по 5-му классу точности.
Проектируя детали, изготовляемые литьем в кокиль, надо иметь
в виду следующее:
1)	избегать большого количества выступающих частей на де-
тали;
2)	проектировать детали без впадин, идущих в направлении
выемки отливки, которые мешают выбивать отливку из кокиля;
3)	избегать резких переходов от толстой стенки отливки к
тонкой;
4)	наружные и внутренние углы между необрабатываемыми
поверхностями отливки должны иметь закругления радиусом не
менее 3 мм;
5)	предусматривать литейные уклоны поверхностей отливае-
мых деталей под углом более 1°;
6)	для мелких деталей (вес отливки до 1,0 кг) минимальная
толщина необрабатываемых стенок должна быть не менее 5 мм
для чугуна; 2,5—4 мм для латуни и бронзы и 2—2,5 мм для алю-
миния.
в)	Литье под давлением
Основными достоинствами литья под давлением являются
большая производительность и высокая степень точности получае-
мых отливок, что почти полностью исключает необходимость в их
механической обработке. Отливки имеют высокую прочность.
Уменьшаются отходы материала, так как отпадает необходимость
оставлять припуски на обработку.
77
Повышенная прочность отливок и хорошее заполнение форм
металлом позволяют проектировать тонкостенные отливки (тол-
щина стенок алюминиевых отливок может быть доведена до 1 мм).
Поэтому литье под давлением целесообразно применять для
получения небольших тонкостенных деталей сложной конфигура-
ции, которые при других способах изготовления потребовали бы
длительной и многооперационной механической обработки.
Вследствие высокой стоимости форм литье под давлением
рентабельно главным образом в крупносерийном и массовом про-
изводствах. Однако в ряде случаев литье под давлением можно
использовать и при изготовлении небольших партий деталей, если
применять формы, собранные из нормализованных элементов.
Основные, наиболее трудоемкие узлы (верхняя и нижняя плита,
зубчатые передачи для привода системы выталкивателей и стерж-
ней) используются для получения ряда отливок различных кон-
струкций с помощью сменных вставок — пуансонов и матриц.
При решении вопроса о целесообразности применения литья
под давлением нужно учитывать, кроме стоимости форм, необхо-
димость механической обработки отливок.
Детали, отлитые под давлением, подвергают механической
обработке, если:
1)	нужно выдержать точность размеров выше 4—5-го классов;
2)	требуется точно выдержать расстояния между центрами
отверстий; такие отверстия сверлят на станках, так как неравно-
мерная усадка отливок не позволяет выдержать эти размеры с до-
статочной точностью;
3)	необходимо получить в отливках отверстия, размеры кото-
рых выходят за предельные значения, указанные в табл. 4-3, так
Таблица 4-3
Предельные размеры отверстия и резьб, мм
Предельные размеры
отверстий
Предельные размеры
резьб
Сплавы
Минимальный Максимальная
диаметр глубина
Минимальный
диаметр
внутренний
s о
О со
К О
о m
Оловянные...........
Свинцовые ..........
Цинковые ...........
Магниевые...........
Алюминиевые.........
Медные..............
Чугун...............
10
10
10
8
5
4
4
0,7
0,7
0,75
1,0
1,0
1,5
1,5
5
5
8
12
12
12
12
10
10
10
15
15
5
5
10
12
12
78
а) б)
Рис. 4-23. Изготовление
детали с поднутрением.
как поток металла, заполняющего форму со скоростью до 80 м/сек,
может изогнуть и даже поломать длинные и тонкие стержни, оформ-
ляющие такие отверстия.
4)	отливается резьбовая деталь. Необходимость механической
обработки резьбы вызывается следующими обстоятельствами.
Наружная резьба может быть получена либо в замкнутых, либо
в разъемных частях формы. В первом случае отливка извлекается
из формы путем вывинчивания; при этом резьба любого профиля
получается чистой, без заусенцев; однако этот способ малопроиз-
водителен. При оформлении резьбы в разъемных формах необхо-
димо вводить добавочную операцию механической обработки для
удаления следа разъема. Внутреннюю резьбу с вывинчиваемыми
стержнями можно получить только при литье легкоплавких спла-
вов (цинковых, свинцовистых). Тугоплавкие сплавы (например,
алюминиевые) имеют значительную усадку, поэтому приходится
прилагать очень большие усилия для вы-
винчивания стержней. В тугоплавких
сплавах целесообразнее оформлять при
литье гладкие отверстия, а затем нарезать
их механическим способом;
5)	литейные уклоны (конусность), об-
легчающие извлечение отливок из формы,
не допускаются по конструктивным сообра-
жениям. Литье деталей без конусности сопряжено с быстрым изно-
сом форм и с повышением процента брака, поэтому целесообраз-
нее отливать детали с литейными уклонами, удаляя их механиче-
ской обработкой;
6)	деталь должна иметь поднутрения, получение которых при
литье связано с применением сложных форм и снижением произво-
дительности процесса. Поднутрения целесообразнее получать
механической обработкой. Например, деталь, показанную на
рис. 4-23, а, можно сначала отливать без поднутрений (рис. 4-23, б),
а излишек металла удалять растачиванием.
Литье мелких деталей средней точности из цинковых, свинцо-
вистых и оловянных сплавов ведут на компрессорных машинах.
Для литья деталей из алюминиевых, медных и магниевых сплавов,
а также деталей высокой точности (независимо от материала)
целесообразнее поршневые (гидравлические) машины, позволяю-
щие:
1)	получать отливки хорошего качества с небольшим количе-
ством воздушных включений (в поршневых машинах воздух не
воздействует непосредственно на металл, как в компрессорных)
и без окисления металла при литье магниевых сплавов;
2)	развивать более высокое давление, чем компрессорные ма-
шины; это в свою очередь позволяет снизить рабочую темперагуру
расплава, что уменьшает термическую усталость и износ формы;
3)	получать более плотные отливки благодаря воздействию
на расплав высокого конечного статического давления.
79
Для литья под давлением применяются одно- и многогнезд-
ные формы. Преимуществом последних является более высокая
производительность. Однако производительность формы не про-
порциональна числу гнезд. Так, производительность четырех-
гнездной формы для литья одной из корпусных деталей средней
сложности превышает производительность одногнездной формы
для этой же детали не в 4, а лишь в 2—2,5 раза. Это объясняется
тем, что при применении многогнездной формы пропорционально
числу гнезд уменьшается лишь время литья, составляющее незна-
чительную часть общего штучного времени. Но время на уход за
формой и ее смазку с увеличением числа гнезд увеличивается
(а оно составляет большую часть штучного времени).
Применение многогнездных форм значительно снижает удель-
ный расход металла и увеличивает выход отливок.
Конструкция деталей, изготовляемых литьем под давлением,
должна отвечать следующим основным требованиям:
1)	конфигурация детали должна быть такой, чтобы ее можно бы-
ло быстро извлекать из формы, для чего следует предусматривать
литейные уклоны наружных и внутренних поверхностей деталей;
2)	для лучшего заполнения формы металлом и облегчения вы-
бивки отливок из формы нужно закруглять наружные и внутрен-
ние углы;
3)	не следует конструировать отливки с большой разницей
в толщине стенок, так как вследствие неравномерного остывания
металла могут образоваться усадочные трещины и раковины, а
также возникнуть внутренние напряжения;
4)	толщину стенок необходимо выдерживать в пределах, до-
пускаемых условиями литья. Минимальная предельная толщина
стенок обусловлена текучестью металла; попадая в узкое про-
странство между стенками формы, расплав может застыть, не за-
полнив форму. Максимальная толщина стенок отливки зависит
от типа литьевой машины; во избежание появления усадочных и га-
зовых пор и раковин не рекомендуется конструировать детали со
стенками толще 10 жж;
5)	не следует проектировать их усиление утолщением стенок
(рис. 4-24, а) в местах наибольших напряжений. Прочность дета-
лей нужно повышать, предусматривая соответствующие ребра
жесткости, уголки стенки таврового и коробчатого сечения и т. д.
(рис. 4-24, б). Вообще при конструировании деталей, изготовляе-
мых литьем под давлением, следует избегать скопления материала
в отдельных местах во избежание образования усадочных рако-
вин. На рис. 4-25, аиб показан пример неправильного и правиль-
ного оформления отливок;
6)	при конструировании отливок, особенно из цинковых спла-
вов, необходимо учитывать их последующую усадку. Следует
избегать несимметричных деталей с тонкими кронштейнами или
какими-либо другими частями, значительно вынесенными из основ-
ной массы металла;
80
7)	следует избегать всякого рода выступов и выемов в детали,
для оформления которых необходимо применение составных и
подвижных стержней;
8)	надписи и цифры на деталях следует делать выпуклыми. ,
Для литья под давлением в основном применяются цинковые,
алюминиевые, медные, свинцовистые и оловянистые сплавы. Литье
под давлением деталей из чугуна широкого промышленного при-
менения еще не получило.
Из цинковых сплавов можно отливать сложные и тонкостен-
ные детали на высокопроизводительных автоматических машинах,
так как эти сплавы не
прилипают к форме.
Отливки из цинко-
вых сплавов хорошо вос-
принимают защитные
декоративные и упроч-
няющие покрытия без
предварительной отдел-
ки (обычно ограничива-
ются обработкой на пес-
коструйном аппарате),
хорошо полируются, до-
пускают пайку и обла-
дают высокими механи-
ческими свойствами,
Рис. 4-25. Оформле-
ние детали, отливае-
мой под давлением с
целью исключить об-
разование раковин.
а — неправильно б —
правильно.
Рис. 4-24. Повыше-
ние прочности дета-
ли, отливаемой под
давлением, ребрами
жесткости,
а — неправильно; б —
правильно.
особенно при работе на сжатие. Однако цинковые сплавы имеют
большой удельный вес по сравеннию с алюминием, недостаточ-
ную стойкость против коррозии, склонны к изменению разме-
ров со временем.
Отливки из алюминиевых сплавов, содержащих в качестве
основных присадок кремний и медь, легки, устойчивы против кор-
розии и не изменяют с течением времени размеров и механических
свойств. Вместе с тем отливки из алюминиевых сплавов обладают
меньшей точностью размеров, чем цинковые, что объясняется
высокой рабочей температурой литья и большой усадкой при за-
твердевании. Из-за этого требуется дополнительная механиче-
ская обработка отливок. Отливки из этих сплавов имеют более
высокую стоимость.
Магниевые сплавы не имеют большого распространения в про-
изводстве радиоаппаратуры.
Из медных сплавов в основном применяют латунь. Для литья
деталей, подлежащих дополнительной механической обработке,
применяют мунцевую (свинцовистую) латунь.
Из оловянистых сплавов получают отливки, обладающие боль-
шой точностью размеров. Недостатками оловянистых отливок яв-
ляются малая прочность, плохая устойчивость против температур-
ных воздействий и высокая стоимость. Поэтому оловянистые спла-
вы используют для литья точных деталей с малой шероховатостью
81
поверхности, не испытывающих существенных механических на-
грузок, например деталей вращающихся конденсаторов.
Свинцовистые сплавы дешевы и хорошо противостоят химиче-
ским воздействиям. Прочность отливок из этих сплавов невелика.
Они могут быть использованы лишь для литья деталей, не испы-
тывающих механических нагрузок. Твердость свинцовистых спла-
вов может быть повышена присадкой сурьмы. Прибавка олова
улучшает их механические и литейные свойства.
Точность размеров деталей, отлитых под давлением, может
быть получена в зависимости от сплава и конфигурации детали
по 4-му и 5-му классам, а в отдельных случаях при тщательном
изготовлении и доводке формы — по 3-му классу точности. Ухуд-
шение точности размеров отливок возникает из-за неточности
изготовления формы и ее износа; расширения формы вследствие
нагрева в процессе работы; неточности взаимного расположения
подвижных частей формы в процессе литья; неравномерности
давления, а также из-за деформации отливок во время хра-
нения.
Усадка отливок при неравномерной толщине стенок или на-
личии отдельных скоплений металла, кроме изменения размеров,
вызывает коробление отлитой детали.
Чистота поверхности деталей, отлитых под давлением из алю-
миниевых и цинковых сплавов, соответствует 4-му классу, а де-
талей из медных сплавов — 2-му классу.
г)	Литье по выплавляемым моделям
Способ литья по выплавляемым моделям (прецизионное литье)
состоит в следующем. Изготовляют восковую модель (воск, пара-
фин, канифоль), которую заформовывают в огнеупорную форму,
приготовленную из особой массы; после этого, нагревая форму,
выплавляют восковую модель, форму прокаливают и в получен-
ную полость заливают металл. После затвердевания и охлажде-
ния металла отливку выбивают из формы, очищают и удаляют
литники.
Примером деталей, изготавливаемых литьем под давлением
ив металлических сплавов, являются различные каркасы, напри-
мер, для прецизионных переменных проволочных потенциометров
с линейностью по величине сопротивления zt 0,1 ч- 0,05%.
Кроме того, литьем под давлением изготавливают сложные
шасси и корпуса радиоприборов, отличающихся повышенной ме-
ханической прочностью, точными размерами и необходимой чи-
стотой поверхности. Механическая обработка таких шасси мини-
мальна.
Рассмотрим более подробно отдельные этапы процесса.
Восковые модели отливают в металлических пресс-формах.
Последние изготовляют из легкоплавких сплавов в стальных разъем-
82
половина пресс-
Рис. 4-26. Стальная
гильза для изготов-
ления пресс-форм из
легкоплавких спла-
вов.
ных гильзах (рис. 4-26). Нижнюю стальную гильзу 1 заполняют
быстр осхватывающимся цементом, в который вдавливают метал-
лическую модель 2 отливаемой детали, изготовленной с учетом
усадки и с необходимыми для последующей механической обра-
ботки формы припусками. Модель вдавливают в цемент так, чтобы
она выступала над плоскостью разъема 3. Затем, устанавливая
на нижнюю гильзу 1 верхнюю гильзу 4, заливают ее легкоплав-
ким сплавом на 12—15 мм выше модели и прессуют залитый
сплав в течение 20—30 мин плунжером 5, плотно входящим в
гильзу 4.
Усилие прессования равно 4—6 т. После этого пресс-форму
разбирают, плоскость разъема полируют и высверливают не-
сколько конических отверстий под центрирующие штифты. В той
же последовательности изготовляется друг,
формы. Пресс-форма может быть изготов-
лена и механической обработкой.
Восковые модели плавят в автоклаве
при 60—70° С. Расплавленную восковую
массу заливают в пресс-форму под давле-
нием до 3 ат. После охлаждения (на что
требуется до 10 мин) пресс-форму разбирают
и осторожно извлекают из- нее восковую мо-
дель.
Для изготовления формы модель (или
блок из нескольких моделей) устанавливают
на модельной плите и, накрыв опокой, по-
мещают на вибрационный стол и осторожно
заполняют опоку формовочным песком или
заливают формовочной массой.
После формовки форму обрызгивают из
пульверизатора раствором жидкого стекла
и сушат в течение 2—3 ч при комнатной
температуре и в течение 2 ч в печи при
100—120° С. Воск при этом плавится и вытекает из формы. Из
сушильной печи форму переносят в муфельную печь, где выдер-
живают для удаления влаги при 150° С в течение 1,5—2 ч; после
этого температуру печи равномерно повышают до 800—850° С и
при этой температуре выдерживают форму около 2 ч, чтобы вы-
горел скоксовавшийся остаток воска.
Металл для заливки плавят в высокочастотных или дуговых
электроплавильных печах. Иногда во избежание окисления рас-
плавленного металла над его поверхностью создают защитную
газовую среду. Расплавленный металл заливают в горячую форму
на центробежной машине в вакууме или под давлением сжатого
воздуха.
Литье по выплавляемым моделям позволяет отливать детали
небольших размеров и сложной конфигурации, к которым предъяв-
ляются требования повышенной точности. При этом могут быть
83
выдержаны следующие допуски (жж):
Размер
До 6
6—12
12—25
Допуск
0,065
0,075
0,1
Размер
25—20
50—100
Более 100
Допуск
0,15
0,22
0,25
Детали, отлитые по выплавляемым моделям, имеют прочность
не ниже, чем заготовки, выполненные ковкой или прокатом.
Основной недостаток этого способа литья, ограничивающий
его применение, — значительная стоимость восковых моделей,
формовочных материалов, специальных приспособлений и обору-
дования, а также печей для сушки и обжига форм.
д)	Литье в оболочковые формы
Литьем в оболочковые формы из песчано-смоляных смесей
изготовляют средние и мелкие отливки из чугуна, стали и цвет-
ных сплавов с повышенной точностью размеров и улучшенной
чистотой поверхности. Для отливок, получаемых в оболочковых
формах, назначают: припуски на механическую обработку 0,2—
0,25 мм, допуски на необрабатываемые размеры 0,3—0,7 мм на
100 мм и шероховатость поверхности V 4—V 5. Отливки не имеют
пригара и других дефектов.
Литье в оболочковые формы наиболее выгодно в крупносерий-
ном и массовом производствах деталей. В радиопромышленности
литье в оболочковые формы имеет пока ограниченное применение.
Оболочковые формы состоят из двух скрепленных между собой
тонкостенных полуформ — оболочек, изготовляемых обычно из
смеси мелкозернистого кварцевого песка с термореактивной
феноло-формальдегидной смолой (4—6% смолы). Для получения
оболочковой полуформы песчано-смоляную смесь наносят на ме-
таллическую плиту специальной конструкции, на которой укреп-
лены металлические модели, покрытые разделительным составом
и нагретые до 220—280° С.
В тонком слое смеси, прилегающем к моделям, смола плавится
и связывает зерна песка, в результате чего в течение 12—25 сек
образуется полутвердая оболочка. После удаления излишка
песчано-смоляной смеси модельную плиту с оболочкой помещают
в печь с температурой 300—350° С, где в течение 45—90 сек смола
отверждается, а оболочка спекается, приобретая необходимую
прочность. Затем готовую оболочку снимают с модельной плиты
с помощью толкателей. Полученные таким образом две полуформы
(нижнюю и верхнюю) после установки стержней (получаемых тем
же способом) спаривают по имеющимся в них фиксаторам. Спа-
ренные оболочковые формы скрепляют скобами, струбцинами
или (в механизированных производствах) склеивают. Формы
перед заливкой помещают в специальные контейнеры и засыпают
металлической дробью или песком или же заливают в особых за-
жимах или под грузом.
84
После охлаждения отливок оболочковые формы разрушают.
Для изготовления оболочковых полуформ применяют высоко
производительные автоматы.
Способом литья в оболочковые формы изготовляют волно-
воды и отдельные детали волноводных трактов сложной конструк-
ции с внутренними отверстиями и полостями (антенные коммута-
торы, вращающиеся волноводы и т. п.).
Глава
V
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ИЗДЕЛИЙ
ИЗ ПЛАСТИЧЕСКИХ МАСС
5-1
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПЛАСТИЧЕСКИХ МАССАХ
Пластическими массами называются материалы, получаемые
на основе природных и синтетических высокомолекулярных сое-
динений (полимеров), способных вследствие своей пластичности
принимать придаваемую им форму под воздействием тепла и дав-
ления и устойчиво сохранять ее.
Первыми чисто синтетическими пластмассами были фенопла-
сты: бакелит (США, 1907 г.), карболит (Россия, 1913 г.). После
первой мировой войны были получены аминопласты. Начиная
с 30-х годов большое промышленное значение начинают приобре-
тать полистирол, поливинилхлорид, полиметилметакрилат (орга-
ническое стекло) и др. Сороковые годы характеризуются весьма
быстрым развитием промышленности пластмасс и появлением но-
вых полимеров: кремнийорганических, полиамидных (капрон
и др.), полиуретановых и др. Налажено производство пластмасс
с такими свойствами, как высокая термо- и коррозионная стой-
кость (фторопласты, кремнийорганические смолы), высокая меха-
ническая прочность (стеклопластики), малая плотность (поро- и
пенопласты). Получено много новых пластмасс с ценными свой-
ствами (поликарбонат, полиформальдегид, пенопласт и др.).
Пластмассы по многим свойствам выгодно отличаются от дру-
гих конструкционных материалов (дерева, металла и др.).
Плотность различных пластмасс колеблется от 0,9 до 2,2 г 1см3.
В среднем пластмассы в два раза легче стали, меди, свинца, бронзы
и т. п. Особый класс представляют собой пено- и поропласты с
очень малой плотностью (0,02—0,1 г! см3) и малой теплопроводно-
стью [(1,5—0,5) 10"4 ккал /сек -град].
Прочностные показатели у большинства пластмасс ниже, чем
у металлов. Но при сопоставлении прочности материалов с уче-
том их плотности у некоторых пластмасс такой условный показа-
85
тель прочности оказывается выше, чем у лучших марок стали.
Основные виды пластмасс в отличие от металлов противостоят
не только атмосферной коррозии, но и воздействию различных
кислот, щелочей, солей, растворителей. Многие пластмассы отли-
чаются низким коэффициентом трения и весьма малым износом.
Большинство пластмасс — хорошие диэлектрики.
Некоторые пластмассы по праву носят название органиче-
ских стекол (полиметилметакрилат, полистирол, поликарбонат).
Они бесцветны, прозрачны, способны пропускать лучи света с
широким диапазоном волн, в том числе и ультрафиолетовые, и
значительно превосходят в этом отношении силикатные стекла.
Например, полиметилметакрилатное органическое стекло пропу-
скает 73,5% ультрафиолетовых лучей, а силикатное — всего
1-3%.
Большинство пластмасс и изделия из них имеют твердую,
блестящую поверхность. Изделия из пластмасс не нуждаются в
лакировке, а также поверхностном окрашивании, так как в про-
цессе производства путем добавления различных пигментов можно
получить любые цвета и оттенки изделий.
Главное преимущество пластмасс — возможность формования
из них изделий при помощи разнообразных методов: простого
литья, литЬя под давлением, прессования, экструзии и др. Тру-
доемкость изготовления самых сложных деталей из пластмасс
гораздо меньше по сравнению с трудоемкостью изготовления из-
делий из других материалов механической обработкой.
Коэффициент использования материала при переработке пласт-
масс 0,95—0,98, а у металлов при механической обработке 0,2—
0,6, при литье 0,6—0,8.
Основные группы пластмасс могут удовлетворительно рабо-
тать лишь в сравнительно небольшом интервале температур: от
—60 до +120° С. Рабочие температуры пластмасс на основе крем-
нийорганических полимеров и фторопластов гораздо выше (200° С
и более).
Теплопроводность пластических масс в 500—600 раз ниже
теплопроводности металлов, что вызывает значительные трудности
при их применении в узлах и деталях машин, где необходим от-
вод тепла.
Для повышения теплопроводности пластмасс иногда прибегают
к применению теплопроводящих наполнителей (графита, метал-
лических порошков и др.). Механическая прочность самых жест-
ких пластмасс (стеклопластиков) в 1,2—1,5 раза меньше, чем
у металлов. Пластмассы изменяют свои свойства под действием
нагрузки, тепла, влаги, света, воды, при длительном пребывании
в атмосферных условиях.
Синтетические полимеры получают двумя основными способами:
полимеризацией и поликонденсацией.
Полимеризация — химическая реакция (процесс), при
которой из низкомолекулярного вещества (мономера) в резуль-
86
тате раскрытия кратных связей образуется высокомолекулярное
соединение без выделения побочных продуктов.
. Образование полимерного соединения из двух различных ис-
ходных полимеров, также без образования побочного продукта,
принято называть сополимеризацией. Сополимеры получаются
чаще всего из низкомолекулярных веществ, способных к индиви-
дуальной полимеризации. Так, при сополимеризации стирола
(индивидуально полимеризуется в полистирол) с эфиром метакри-
ловой кислоты (индивидуально полимеризуется в полиметакри-
лат — органическое стекло) или хлористого винила с винила-
цетатом образуются материалы, обладающие новыми свой-
ствами. Некоторые сополимеры имеют большое значение в тех-
нике.
Известно взаимодействие не только между мономерами, но и
между мономером и полимером (в результате получаются привитые
сополимеры), между различными полимерами (с образованием
блок-сополимеров).
Поликонденсация — химический процесс, при кото-
ром в реакцию вступают низкомолекулярные вещества и за счет
необратимого взаимодействия образуются полимерные соединения
с выделением побочных продуктов.
Реакция полимеризации и поликонденсации протекает при оп-
ределенных условиях (температура, давление, инициатор, ката-
лизатор, растворитель и др7), которые обеспечивают раскрытие
двойных связей, перемещение и взаимодействие функциональных
групп и необратимый рост макромолекул полимера.
Основу любых пластмасс составляют полимерные соединения.
Товарные пластмассы, состоящие из полимеров с незначительными
добавками специальных веществ (стабилизаторов, смазок), назы-
ваются ненаполненными (капрон, полипропилен и др.). В со-
став наполненных пластмасс (фенопласты, аминопласты, стекло-
пластики и др.), кроме смолы (40—60%), служащей связующим
веществом, входят наполнители (до 60%) и различные добавки
(отвердители, смазки и др.).
В качестве наполнителей для производства пластмасс при-
меняют материалы органического и неорганического происхожде-
ния. Из органических наполнителей используют древесную муку,
древесный шпон, хлопчатобумажные ткани, ткани на основе син-
тетических волокон, из неорганических — асбестовую бумагу или
картон, асбестовую ткань, стекловолокно, стеклянную ткань
или стеклянный войлок, коротковолокнистый асбест, мумию,
тальк, кизельгур, каолин, слюду, кварцевую муку и др. От вида
и свойств наполнителя зависят многие показатели пластмасс:
механическая прочность, диэлектрические свойства, коррозион-
ная стойкость и устойчивость в условиях тропического климата,
антифрикционные свойства, усадка и многие другие.
В некоторые пластмассы (поливинилхлоридный пластикат и др.)
вводят пластификаторы (до 50%) — жидкие маслообразные ком-
87
поненты, придающие пластику эластичность. Такие пластмассы
называют пластифицированными.
Товарные пластмассы подразделяют на две группы. Одна
группа (сырьевые пластмассы) выпускается промышленностью
в виде гранул различных форм и размеров, крошки, пресспорош-
ков, разнородных по гранулометрическому составу и дисперсно-
сти, волокнитов и др.
Пластмассы другой группы — поделочные — выпускаются в
виде листов, пластин, блоков, пленок, заготовок различной формы
и др.
Пластические массы в зависимости от химической природы
полимеров, используемых для их производства, разделены на
4 класса.
Класс А. Пластические массы на основе высокомолекуляр-
ных соединений, получаемых цепной полимеризацией: полиэтилен
БД, полиэтилен НД, полипропилен, винипласт и пластикаты на
основе поливинилхлорида, полиизобутилен, фторопласты, поли-
стирол и его сополимеры, этинопласты (поливинилбутираль и др.),
акрилопласты, асбовинил и др.
Класс Б. Пластические массы на основе полимеров, по-
лучаемых поликонденсацией и ступенчатой полимеризацией: фе-
нопласты с разными наполнителями (пресспорошки, волокниты,
текстолиты, стеклотекстолиты и др.), аминопласты, мелалит,
анилинопласт, эфиропласты, полиамиды (капрон и др.), урета-
нопласты, композиции на основе кремнийорганических смол (си-
ликонопласты), эпоксипласты и др.
Класс В. Пластические массы на основе химически модифи-
цированных природных полимеров. К ним относятся пластические
массы на основе производных целлюлозы (целлулоид, этролы
различных марок и др.), а также галалит.
Класс Г. Пластические массы на основе природных и неф-
тяных асфальтов и смол: битумопласты с различными наполни-
телями.
Технические названия пластмасс в СССР определяются, как
правило, названием полимера.и составом композиции. Например,
фенольные пластики имеют индивидуальные марки: К-15-2,
К-211-2, монолит, и т. д.; аминопласты: А, Б, К-77-51, К-73-2
и т. д.; полиамиды: П-68, П-54, АК-7, капрон, анид и т. и.
Пластмассы делятся на две основные группы: термореактив-
ные и термопластичные и на подгруппы по физико-механическим
свойствам.
Термореактивные полимерные соедине-
ния при нагревании легко переходят в вязкотекучее состояние,
но с увеличением длительности действия повышенных температур
в результате химической реакции переходят в твердое нераство-
римое и необратимое состояние. К этой группе относятся фено-
пласты, аминопласты, эфиропласты, силиконопласты, эпокси-
пласты.
88
Термопластичные полимерные соедине-
ния при нагревании приобретают пластичность, при охлаждении
возвращаются в твердо-уцругое состояние, не теряя свойств,
повторно и неоднократно плавятся без изменения свойств мате-
риала. К ним относятся все пластмассы класса А и частично
класса Б (полистирол, полиэтилен, винипласт, капрон и др.).
5-2
ПРИМЕНЯЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ
И ИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
При производстве радиоаппаратуры пластические массы в за-
висимости от диэлектрических показателей и области применения
разделяют на две группы — низкочастотные и высокочастотные
пластмассы.
Изделия из пластмасс, предназначенные для работы в низко-
частотных электрических цепях, должны иметь повышенные меха-
ническую прочность, теплостойкость и электрическую прочность.
Материалы, работающие в высокочастотных полях, кроме указан-
ных свойств должны иметь определенные диэлектрические пока;
затели: высокое объемное сопротивление, малый тангенс угла
потерь.
а)	Пластические массы для изделий,
работающих в цепях низкой частоты
Для изготовления деталей, которые должны работать в цепях
низкой частоты, применяют термореактивные пластмассы: феноло-
и феноло-анилино-формальдегидные К-18-2, К-19-2, К-21-22,
К-211-2, К-214-2, феноло-каучуковые ФКП-1, ФКП-10, ФКПМ-15,
ФКПМ-15Т, а также термопласты: полихлорвинил и полиметил-
метакрилат (органическое стекло); слоистые пластики: гетинакс,
текстолит, стеклотекстолит СТ, СТУ и др.
Пресспорошки К-21-22, К-211-2, К-214-2 взаимозаме-
няемы. Изделия из них имеют низкие механические свойства и
сравнительно низкую теплостойкость. Пресспорошки К-211-3 и
К-211-4 с минеральным наполнителем более теплостойки. Элек-
троизоляционные свойства изделий из них можно улучшить путем
длительного прогрева после прессования. Из аминопластов (ком-
позиций на основе мочевино-формальдегидной смолы) изготовляют
просвечивающие (марка А) и непрозрачные (марка Б) изделия
с повышенными механическими свойствами. Они дороже феноль-
ных пресспорошков и менее тепло- и влагостойки.
Для изготовления деталей с повышенной эластичностью, ме-
ханической прочностью и теплостойкостью рекомендуется при-
менять феноло-каучуковый пресспорошок ФКПМ-15, не содержа-
щий серы.
Слоистые пластики применяются для производства
деталей радиоаппаратуры, работающих в цепях низкой частоты.
89
Широко применяется гетинакс марок А и Б, а также марок
В, Вс, Г и Д (ГОСТ 2718-66), который поставляется в виде листов,
плит, труб и стержней. Гетинакс изготовляется из бакелизирован-
ной (40—55% смолы) сульфатной бумаги. Радиодетали из гети-
накса толщиной до 4 мм изготовляют штамповкой разогретых
листов. Гетинакс хорошо обрабатывается резанием.
Листовой текстолит получают так же, как гетинакс, спрессо-
вывая на этажных прессах хлопчатобумажные ткани, пропитанные
термореактивными смолами (40—54% смолы), под давлением
90—125 кПсм2. Как и гетинакс, текстолит поставляется в виде
листов, плит, цилиндров, труб и стержней. Для промышленных
частот применяют текстолит марок А и Б. Текстолит марки А об-
ладает повышенными электрическими свойствами, марки Б —
повышенной механической прочностью и пониженной водопогло-
щаемостью. Текстолит обрабатывается давлением, штамповкой и
резанием (текстолит в 5 раз дороже гетинакса).
Пластмассы, содержащие упрочняющий наполнитель в виде
стеклянных волокон или нитей, называются стеклопластиками.
Это наиболее высокопрочные пластмассы из всех синтетических
материалов конструкционного назначения, применяемых в радио-
и электронной промышленности. Стеклопластики обладают хоро-
шими физико-механическими и физико-химическими свойствами.
При производстве радиоаппаратуры применяются стеклопластики
на основе различных смол (например, полиэфирмалеинатной
и др.).
Среди стеклопластиков наиболее распространены стеклотек-
столиты различных марок.
Стеклотекстолит изготовляют, спрессовывая стеклоткани, про-
питанные кремнийорганическими (полиорганосилоксановыми), фе-
ноло-формальдегидными и эпоксидными смолами. Он отличается
высоким пределом рабочей температуры, высокой механической
прочностью и малой водопоглощаемостью при хороших электро-
изоляционных свойствах.
Стеклотекстолиты имеют хорошие технологические свойства.
Например, электротехнический листовой стеклотекстолит можно
шлифовать, обрабатывать на токарном станке, фрезеровать, свер-
лить и штамповать.
б)	Пластические массы для изделий,
работающих в цепях высокой частоты
Для изоляционных деталей в высокочастотных цепях наиболее
пригодны полимерные пластмассы.
Полистирол выпускается блочный и эмульсионный (белый по-
рошок) — прозрачный марки А и непрозрачный марки Б.
Полистирол поставляется в виде порошка, стержней, плит -
толщиной до 40 мм (блоков), пленки и волокна.
90
Изделия из полистирола получают прессованием, литьем под
давлением, шприцеванием и механической обработкой блоков.
Эмульсионный полистирол перед прессованием таблетируют, про-
пускают через горячие валки или шнек-машину, блочный поли-
стирол измельчают. Вытяжкой при шприцевании из полистирола
получают ленты для конденсаторов и волокно. При этом молекулы
ориентируются по направлению вытягивания, число связей между
ними возрастает и прочность волокна и лент увеличивается в
4—5 раз. Полистироловые ленты и волокно часто называют сти-
рофлексом.
Ведутся работы по увеличению теплостойкости полистирола.
Получены образцы с теплостойкостью 115° С: сополимеры стирола
с нафталином (П-10), с метилметакрилатом (МСН). Создан так
называемый изотактический полистирол с теплостойкостью 232° С.
Полидихлорстирол — пластмасса, подобная полистиролу,
имеет более высокую температуру размягчения, негорюча, но
производство ее сложно.
Полиэтилен — чистая полиэтиленовая смола. Изделия из поли-
этилена получают прессованием, литьем под давлением и шпри-
цеванием при тепловой обработке. Он дает усадку до 25%, так
как имеет значительный температурный коэффициент расшире-
ния, поэтому при изготовлении деталей полиэтилен необходимо
выдерживать под давлением до охлаждения, т. е. до 30—40° С.
Полиэтилен — химически стойкий прекрасный высокочастот-
ный диэлектрик, применяемый для изоляционных оболочек про-
водов и кабелей. Ведутся работы по повышению его стабильности
путем введения наполнителя, а также гамма-облучения. Он по-
ставляется в виде гранул.
Поливинилкарбазол — одна из наиболее химически- и тепло-
стойких пластмасс. Применяется для изготовления установочных
радиодеталей, работающих в полях ВЧ.
Фторопласт-4, или тефлон, состоит из чистой политетрафтор-
этиленовой смолы.
Тефлон — один из лучших высокочастотных диэлектриков —
имеет высокую химическую стойкость и может работать при тем-
пературе от +300 до —269° С. На радиозаводы он поставляется
в виде порошка, стержней, листов, пластин и пленки. Темпера-
тура прессования тефлона близка к температуре его разложения,
поэтому обычные способы прессования для изготовления изделий
из тефлона непригодны.
Тонкий порошок тефлона спрессовывают без нагрева под дав-
лением до 210 кГ/см2; из полученных заготовок механической об-
работкой изготовляют детали, которые затем нагревают (спекают).
При температуре нагрева выше 327° С получаются прозрачные
изделия, при более низких температурах — непрозрачные. Быст-
рое охлаждение (закалка) тефлона приводит к повышению твер-
дости и механической прочности, а медленное охлаждение (подо-
бие отжига) делает его мягким и более эластичным. Эскапон изго-
товляют, нагревая искусственный бутадиеновый каучук до 200—
300° С под давлением 70—80 кГ/см2. Это прочный, химически
стойкий материал с прекрасными электроизоляционными свой-
ствами. Он применяется для изготовления высокочастотных ра-
диодеталей установочного типа. Поставляется в виде небольших
пластин и стержней.
Пластмассы под названием совенит получают прессованием
чистой анилино-формальдегидной смолы. Из совенита изготов-
ляют радиодетали, работающие в полях частотой до 10 Мгц.
Микалекс получают, спрессовывая порошок слюды с легкоплав-
ким стеклом под давлением 500—700 кГ/см2 при температуре
600—650° С. Отпрессованные изделия подвергают медленному
охлаждению в печах для отжига. Микалекс — плотный материал,
довольно хорошо поддающийся механической обработке. Из него
делают радиодетали, работающие при температуре до +350° С.
К недостаткам микалекса как материала установочных радиоде-
талей относятся повышенная плотность (2,6 г/слг3), невысокая
ударная прочность и повышенное значение диэлектрической про-
ницаемости (е = 7,5 4- 8).
в)	Технологические свойства
прессовочных материалов
Удельный объем пресспорошка зависит от
помола и вычисляется по формуле
х = 200/а,
где а — вес порошка в 200 мг.
Насыпной вес, или кажущийся удельный
вес порошка, — обратная величина удельного объема а/200,
выраженная в г/см3.
Гранулометрический состав порошка
характеризуется размером его частиц и соотношением количества
частиц разных размеров в одной партии (фракционный состав).
От размера частиц порошка зависит его удельный объем.
Постоянство гранулометрического состава порошка позволяет
получать таблетки одинакового веса и обеспечивать нормальную
работу питателей, дозаторов и прессов, что особенно важно в ав-
томатизированном производстве.
Сыпучестью порошка называется его способность
равномерно высыпаться из бункера таблетировочной машины или
питателя пресс-формы. Она зависит от гранулометрического со-
става и влажности.
Степенью сжатия порошка называется отноше-
ние объема, занимаемого определенной навеской порошка, к объему
той же навески, полученному после таблетирования или прессо-
вания до текучего состояния.
92
Степень сжатия необходимо учитывать при расчете форм для
таблетирования и объема загрузочных камер пресс-форм.
Текучестью принято называть способность прессовоч-
ного материала заполнять пресс-форму под давлением при опре-
деленной температуре. Этот показатель условен и в зависимости
от типа прессовочного материала определяется разными способами.
Чем меньше текучесть прессовочного материала, тем большее
требуется удельное давление прессования, и наоборот. Однако
при очень высокой текучести материал легко вытекает через за-
зоры пресс-формы, на поверхности изделий появляются волни-
стости и разводы, увеличиваются коробление и усадка; увеличи-
вается и время выдержки под прессом.
Текучесть термореактивных прессовочных материалов можно
определить по степени деформации образца при нагреве до опре-
деленной температуры, а термопластичных материалов — по вре-
мени запрессовки.
Содержание летучих веществ и влаги в
прессовочном материале определяют по разнице в весе навески
пресспорошка (около 5 г) до и после высушивания в термостате
при температуре 103—105° С в течение 30 мин.
Избыток влаги и летучих веществ ведет к короблению, появ-
лению волнистости и разводов на поверхности изделий и увели-
чивает время выдержки. Недостаток влаги ухудшает условия та-
блетирования и прессования изделий, так как влага выполняет
роль связки.
Таблетируемостью называется способность прессо-
вочного материала уплотняться при изготовлении таблеток на таб-
летировочных машинах без спекания и сплавления.
Предварительный подогрев прессматериалов
перед прессованием и литьем значительно сокращает время вы-
держки изделий в пресс-форме, улучшает их качество и облегчает
технологический процесс. Режим подогрева устанавливают по
«кривой текучести», показывающей изменение текучести материала
в зависимости от времени и температуры подогрева. За оптималь-
ный режим подогрева принимают условия (время и температуру),
при которых получается наибольшая текучесть.
Скорость отверждения — время в секундах, необ-
ходимое для затвердевания образца (на 1 мм его толщины).
Температура прессования определяется опыт-
ным прессованием стандартных дисков или брусков при разной
температуре с интервалом 10—15° С. При этом остальные фак-
торы (давление, текучесть, режим подогрева) должны оставаться
постоянными. Оптимальной температурой прессования считается
та, при которой требуется минимальная выдержка в пресс-форме
под давлением и качество изделий соответствует техническим усло-
виям по всем показателям.
Удельное давление — давление, приходящееся на
1 см? площади, перпендикулярной направлению его приложения,
93
и выраженное в кГ!см\ Удельное давление устанавливают опыт-
ным путем отдельно для каждого прессовочного материала на ос-
новании прессования стандартных дисков (диаметром 100 мм}
или брусков.
Усадка изделий показывает, в каком процентном от-
ношении уменьшаются размеры изделия с момента извлечения его
из нагретой формы до полного остывания.
Внешний вид поверхности изделия определяют
по отпрессованному стаканчику высотой 35 мм и диаметром 38 мм.
Поверхность его должна быть блестящей, гладкой, без пятен,
вздутий, трещин, расслоений и раковин.
5-3
ТРЕБОВАНИЯ К ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ КОНСТРУКЦИИ
ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПЛАСТМАСС
Конфигурация деталей, изготовляемых прессованием пласти-
ческих масс в металлических формах, должна удовлетворять тре-
бованиям технологичности. При этом исходят из условия наи-
меньшей трудоемкости изготовления формы. Пресс-форма должна
быть проста в изготовлении и удобна при эксплуатации.
При конструировании деталей из пластмасс следует по воз-
можности избегать поднутрений в направлении, перпендикуляр-
Рис. 5-1. Примеры оформления ли-
нии разъема.
ном направлению прессования,
так как это приводит к услож-
нению конструкции пресс-фор-
мы, снижению производитель-
ности труда и к появлению
лишней линии разъема пресс-
формы.
Во время прессования детали
жидкая пластмасса затекает
в щели по линии разъема пресс-формы, а также по линии сопряже-
ния съемных вкладышей, боковых знаков, выталкивателей с ос-
новными формующими частями пресс-формы (с матрицей), образуя
облой.
При конструировании детали прежде всего необходимо наме-
тить линию разъема подвижных частей пресс-формы. Целесооб-
разно кромку детали, бортик и выступ, где может быть намечена
линия разъема пресс-формы, оформить с острыми гранями, так как
это упрощает снятие облоя. На рис. 5-1 показаны конструкции
деталей, в одной из которых (рис. 5-1, а) это требование не учтено,
тогда как другая (рис. 5-1,6) позволяет легко удалить облой,
получающийся по линии разъема.
Для уменьшения облоя необходимы тщательный расчет по-
требного количества прессматериала для данной детали, поддер-
жание стабильности его физико-механических свойств и соблю-
дение технологического режима прессования,
94
Чтобы обеспечить однородную усадку и устранить коробле-
ния и перекосы детали, ее поперечные и продольные сечения
должны быть одинаковы или близки по толщине, без больших
местных утолщений и утонений, без резких переходов. Следует
избегать увеличения толщины стенок (рис. 5-2, а), так как это
увеличивает время выдержки детали в пресс-форме. На рис. 5-2, б
показано профилирование стенки, обеспечивающее равномерную
ее толщину и необходимую жесткость. Толщина сплошных сече-
ний отдельных участков детали не должна превышать 10—12 мм,
а толщина стенок — 8 мм. Минимальная толщина стенок опре-
деляется из условий механической прочности детали, а также
свойствами текучести (пластичности) данного прессовочного ма-
териала. На мелких деталях (диаметром до 50 мм и высотой до
10 мм) из пресспорошков К-18-2 и К-21-22 могут быть получены
стенки толщиной до 0,5 мм.
При проектировании деталей	_____ А-А
из термопластичных материа- гГ	-------
лов следует избегать резких	; Д хх
переходов от одной толщины Ц	4____ Сс
стенки к другой; местная тол-	Lx? И-----------
щина стенок на отдельных уча- а)	б)
стках детали не должна превы-
шать 6—8 мм.	Рис. 5-2. Примеры оформления сте-
Если конструктор пытается	нок Деталеи-
повысить механическую проч-
ность длинной и плоской пластмассовой детали только увеличением
площади поперечного сечения, то это приводит к удлинению про-
цесса прессования (вследствие небольшой площади обогрева и
охлаждения по сравнению с массой материала), а также к коробле-
нию детали после охлаждения (верхние слои затвердевают раньше,
чем нижние). Более рациональная конструкция детали с ребрами
жесткости, которая решает задачу повышения прочности и в то
же время не создает опасности коробления детали.
При конструировании таких деталей следует избегать замкну-
тых контуров ребер жесткости и уменьшать их периметр.
Детали большой длины, которые в изделии устанавливаются
на другую деталь, не должны касаться ее всей монтажной поверх-
ностью, так как коробление детали при ее усадке ведет к неплот-
ному прилеганию сопрягаемых поверхностей. Поверхность сопри-
косновения нужно уменьшить с помощью выступов, буртов или
ножек.
В крепежных проуйшнах и выступах пластмассовых деталей
необходимо избегать резких- переходов и сопряжений плоскостей,
тесных отверстий для крепежных винтов, слабых сечений. Следует
предусматривать достаточную опорную (контактную) плоскость.
Плавное сопряжение поверхностей детали (рис. 5-3, а) позво-
ляет упростить изготовление пресс-формы, облегчает процесс
прессования, предупреждает брак при термообработке деталей,
95
улучшает внешний вид детали и, наконец, увеличивает ее механи-
ческую прочность, тогда как наружные и внутренние углы без
скруглений (галтелей) (рис. 5-3, б) легко подвергаются скалы-
ванию и являются концентраторами напряжений, что нередко
приводит к появлению трещин. При назначении радиусов сопря-
жения поверхностей необходимо следить, чтобы толщина стенок h
в углах детали была не менее 0,8 мм и несколько больше (при-
мерно на 0,5—1,0 мм), чем толщина сопрягаемых стенок (рис. 5-3, в).
При толщине стенок до t = 3 ч- 4 мм, необходимое утолщение
можно получить, назначая одинаковый радиус сопряжения для
внутренних и наружных поверхностей (R = Rr). Плавное утол-
щение стенок в углах деталей типа корпусов и коробок значи-
тельно увеличивает их механическую прочность.
Местные выступы и знаки на поверхностях пластмассовых
деталей также должны иметь закругления по контуру и в местах
Рис. 5-3. Примеры сопряжения
поверхностей пластмассовых де-
талей.
оформлением полностью при
сопряжения с поверхностью детали.
При конструировании деталей
из пластмасс, кроме общих требо-
ваний к конфигурации всей дета-
ли, должны учитываться техноло-
гические требования к отдельным
ее элементам: торцам открытых
частей полых деталей, отверстиям,
резьбе, накатке и надписям.
Для увеличения прочности и
жесткости торцов на них следует
предусматривать небольшое утол-
щение (буртик).
Отверстия в деталях из пла-
стмасс могут быть получены:
прессовании, оформлением части от-
верстия при прессовании и последующим досверливанием, свер-
лением в отпрессованной детали.
При полном оформлении отверстий прессованием необходимо
предусматривать уклон их поверхности в направлении прессова-
ния или движения резьбового знака при вывинчивании послед-
него.
Резьбы в пластмассовых деталях могут быть получены прессо-
ванием с помощью резьбовых знаков и колец; механической обра-
боткой, запрессовкой металлической арматуры.
Посредством прессования можно получать в пластмассовых
деталях резьбу любого профиля, однако рекомендуется более
широко применять специальную резьбу с закругленными верши-
нами и избегать прямоугольной резьбы из-за ее пониженной
механической прочности на острых гранях профиля.
Условия прочности резьбовых знаков позволяют прессовать
резьбу диаметром не менее 2,0 мм при длине не более двух наруж-
ных диаметров.
96
Детали с резьбой, оформленной прессованием, хорошо сопря-
гаются с резьбовыми деталями из того же материала, так как
искажение резьбы по диаметру и по шагу в результате усадок
в пластмассе происходит во
Рис. 5-4. Примеры армирования
пластмассы электропроводниками.
для одинаковых материалов примерно одинаково.
Конструкция круглых резьбовых деталей должна обеспечи-
вать легкое свинчивание их с резьбового знака формы после
прессования. Для этого на деталях следует предусмотреть шлицы,
накатку, приливы, пазы.
Для повышения технологичности сборки и монтажа, для мест-
ного упрочнения деталей часто оказывается целесообразным при
прессовании пластмасс закреплять в них (армировать) детали из
металла. Закрепление этих деталей
время прессования; для этого в
оформляющей полости пресс-фор-
мы предварительно устанавливают
и фиксируют в нужном положе-
нии арматуру. При проектирова-
нии армированного пластмассо-
вого узла необходимо предусмат-
ривать элементы, обеспечивающие
надежность крепления и фикса-
ции арматуры в пресс-форме —
перед прессованием и в процессе
его, а также в пластмассе после
прессования.
При армировании пластмассо-
вых деталей не следует задаваться
целью общего упрочнения. Прочность прессованных деталей
из пластических масс никогда не удается увеличить с помощью
металлической арматуры, так как пластические массы имеют
больший коэффициент линейного расширения, чем металлы, и,
кроме того, дают усадку после прессования, что вызывает трещины
или зазоры между металлом и пластмассой.
В пластмассу могут быть запрессованы электропроводники
из проволоки и из листового материала. Для надежного крепления
арматуры из проволоки рекомендуется применять один из вари-
антов, показанных на рис. 5-4.
5-4
ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
а)	Методы формования изделий из пластических масс
Метод формования определяется технологическими свойствами
формуемых материалов, а также формой, размерами и назначе-
нием изделий.
Основными методами формования являются:
прямое прессование — для термореактивных материалов с лю-
бым наполнителем и для некоторых термопластов;
4 , А. Т. Белевцев
97
литьевое прессование — для термореактивных материалов с
любым неслоистым и недлинноволокнистым наполнителем;
инжекционное прессование —- для всех типов термопластичных
материалов;
непрерывное прессование (экструзия) — для термореактивных
пластмасс с неслоистым и недлинноволокнистым наполнителем и
для большинства термопластов;
формовка выдуванием — для листовых термопластов;
штамповка — для листовых термопластов и термореактивных
слоистых пластиков.
Наибольшее распространение получили прямое прессование
в пресс-формах, литье под давлением и непрерывное прессование.
б)	Прямое прессование
Способ прямого прессования наиболее прост и широко рас-
пространен в промышленности.
Прямым прессованием изготовляют уплотнительные прокладки,
изоляционные колпачки и шланги, а также различные детали,
в основном толстостенные (втулки, конусы, раструбы и т. п.).
Процесс формования изделий происходит при смыкании двух
частей пресс-формы, одна из которых обычно неподвижна. Не-
подвижную часть формы называют матрицей, подвижную — пуан-
соном.
Материал загружают непосредственно в формообразующую
полость, где он нагревается при соприкосновении со стенками
пресс-формы.
Отформованное изделие выдерживают в пресс-форме под дав-
лением в течение времени, необходимого для отверждения, после
чего пресс-форму открывают и изделие извлекают.
Цикл прессования состоит из загрузки материала в пресс-
форму, формования, выдержки и извлечения изделия из пресс-
формы.
При нагревании термореактивных прессовочных материалов
выделяются летучие вещества и влага. Для удаления их из пресс-
формы применяют подпрессовку, заключающуюся в том, что после
полного замыкания пресс-формы, через 10—30 сек, ее кратковре-
менно размыкают на высоту 10—30 мм. Длительность подпрессовки
зависит от величины изделия и составлеет 2—6 сек. При изготов-
лении изделий с арматурой подпрессовку производить не реко-
мендуется, так как может произойти нарушение положения ар-
матуры.
Йорошкообразные, гранулированные и особенно волокнистые
пластические массы гигроскопичны. При наличии в них повышен-
ной влажности эти материалы подсушивают перед прессованием
в термостатах или вакуум-су шильных камерах при температуре
60—100° С. Температуру и время подсушивания для каждого
материала устанавливают опытным путем.
98
Одной из основных подготовительных операций при прессова-
нии является таблетирование, при котором осуществляется пред-
варительное уплотнение прессмассы.
Таблетки обычно изготавливают цилиндрической формы, но
в отдельных случаях применяют фасонные, форма которых при-
ближается к конфигурации готового изделия.
Таблетирование производят без подогрева под давлением
в пределах 400—200 кГ/см2 в зависимости от свойств материалов.
Порошки таблетируют при меньшем давлении, чем волокнистые
материалы. В некоторых случаях волокнистые материалы табле-
тируют в подогретых до 90—100° С формах для получения доста-
точно компактных и прочных таблеток.
Для изготовления качественной детали в пресс-форму необ-
ходимо загрузить определенное количество материала. Непра-
вильная дозировка материала является причиной брака: недоста-
ток материала вызывает недопрессовку, а избыток — увеличение
размеров изделия.	Л
При обычном прессовании избыток материала, загружаемого
с пресс-формы, составляет 5—10%, а при литьевом — 15—20% от
веса готового изделия. Существуют три способа дозировки: весо-
вой, объемный и штучный.
Длительность цикла прессования изделий из термореактивных
пластмасс складывается из времени разогрева материала до тем-
пературы его плавления и времени полимеризации (отвержде-
ния). Прессматериалы являются плохими проводниками тепла, в
связи с чем время разогрева оказывается больше, чем время от-
верждения материала. Поэтому при прессовании целесообразно
материал перед загрузкой в пресс-форму предварительно подо-
греть. Такой подогрев позволяет сократить длительность прес-
сования в 2—3 раза.
Кроме того, предварительный подогрев приводит к улучше-
нию физико-механических свойств изделий. При этом удельное
давление прессования снижается из-за увеличения текучести
материала.
Различают низкий и глубокий предварительный подогрев
прессматериалов. Низкий подогрев проводится до температуры
80—120° С, глубокий — до температуры 160—200° С. Применение
того или иного вида подогрева зависит от химической природы
материала и от того, в каком виде он перерабатывается (таблетки
или порошок), а также от содержания влаги и способа подогрева.
в)	Литьевое прессование
Литьевым прессованием получают детали сложной конфигу-
рации с различной запрессованной арматурой (разъемы, контакт-
ные колодки и гнезда, ручки и т. п.), а также тонкостенные детали.
Литьевое прессование заключается в том, что прессуемый ма-
териал загружают в обогреваемую камеру предварительно замк-
4*
99
нутой пресс-формы. Нагреваясь от стенок загрузочной камеры и
приобретая необходимую пластичность, материал под давлением
пуансона поступает через литниковый канал в оформляющую
полость пресс-формы и заполняет ее. После выдержки, необходимой
для затвердевания, пресс-форму раскрывают и извлекают готовое
изделие.
При литьевом прессовании можно изготовить тонкостенные,
более точные и сложные по форме детали. Литьевое прессование
позволяет получать изделия как из термореактивных, так и из тер-
мопластичных материалов.
Для термопластичных материалов температура пресс-формы
должна быть ниже температуры загрузочной камеры.
Рекомендуемые режимы прессования и литья пластмасс при-
ведены в литературе \
г)	Литье под давлением (инжектирование)
Литьем под давлением получают различные детали любой
конфигурации (корпуса, стаканы, втулки, колпачки, контакты
и т. п.).
Литье под давлением производится на специальных машинах,
которые называются инжекционными. Это самый распространен-
ный и наиболее выгодный способ переработки термопластов.
Дозировка прессовочного материала, нагрев, нагнетание его
в пресс-форму, выдержка, разъем пресс-формы и выталкивание
изделий в современных инжекционных машинах производятся
автоматически или полуавтоматически (в последнем случае ра-
бочий включает машину в начале каждого цикла прессования).
Схема машины для литья под давлением термопластичного
материала показана на рис. 5-5. Прессовочный материал, загру-
женный в бункер 5, подается дозирующим устройством 2 в загру-
зочную камеру 12 в тот момент, когда поршень 1 цилиндра 13 на-
ходится в крайнем левом положении (за каждый рабочий ход
поршня подается количество материала, равное по весу одной от-
ливке вместе с литниковой системой). В загрузочной камере
материал нагревается устройством электроподогрева 4 до требуе-
мой температуры, которая поддерживается с помощью автомати-
ческого терморегулятора 5.
Перед загрузкой в бункер прессовочный материал просуши-
вают, так как присутствие влаги приводит к образованию пузы-
рей, углублений и пятен на поверхности изделий.
Процесс литья под давлением начинается замыканием литьевой
пресс-формы (части 7 и 8); сомкнутая пресс-форма перемещается
влево до соединения с соплом загрузочной камеры, после чего
1 А. Р. Чудновский, Н. Я. Кустельман, Л. С. А х ме-
че т, Изготовление и обработка деталей из пластмасс, «Машиностроение»,
М., 1967.
100
под действием поршня 1 материал под большим давлением нагне-
тается в пресс-форму, где охлаждается и затвердевает.
После необходимой выдержки и снятия давления пружины 6
отводят поршень; происходит разъем пресс-формы и выталкивание
отлитого изделия выталкивателями 9 с упором 10.
В автоматических машинах для регулирования длительности
процесса заполнения пресс-формы и выдержки устанавливают
пусковое реле и два реле времени: одно определяет время выдержки
изделий в пресс-форме под давлением, а другое — начало следую-
щего цикла после разъема пресс-формы. Конструкция автомати-
Рис. 5-5. Схема машины для литья под давлением изделий из термопластич-
ных масс.
ческих литьевых машин предусматривает возможность работы
с кнопочным управлением, применяемым при литье изделий с ар-
матурой, которую устанавливают в пресс-формы вручную из-за
сложности автоматизации этого процесса.
В , зависимости от типа пластической массы, температуры
впрыскиваемого материала, величины навески и общей длительно-
сти цикла пресс-форма охлаждается или слегка подогревается
водой, протекающей по каналам 11. Температура пресс-формы не
должна изменяться более чем на ± 3° С от установленного номи-
нального значения.
Чем ниже температура заливаемого материала, тем большее
давление должно быть в загрузочной камере.
Рекомендуемые режимы литья под давлением термопластич-
ных прессовочных материалов приведены в табл. 5-1.
Во избежание прилипания полистирола и полихлорвиниловых
материалов к стенкам пресс-формы их смазывают мыльным рас-
твором.
101
Литники отделяют от изделий ножницами или в штампах. Зау-
сенцы удаляют наждачными камнями с охлаждением водой.
Литье под давлением на полуавтоматической и особенно на
автоматической машине — один из самых высокопроизводитель-
Таблица 5-1
Режим литья под давлением термопластичных материалов
Прессовочный материал	Давление в цилиндре, кгс/см2	Температура в цилиндре, °C	Температура охлаждения в пресс-форме,
Полистирол		1 000—1 800	180—230	40—50
Этролы		200—2 000	170—250	50—60
ных технологических процессов изготовления сложных деталей
(при работе на многогнездных пресс-формах — до 30 000 изде-
лий в смену).
д)	Профильное прессование и шприцевание
Профильным прессованием и шприцеванием получают изде-
лия большой длины при постоянном поперечном сечении — гиб-
кие шланги для изоляции проводов и кабелей, жесткие изоляцион-
ные трубки, нити для изготовления специальных тканей, различ-
ного вида стержни и ленты; кроме того, этими способами осуще-
ствляют опрессовку проволоки пластмассой.
Профильное прессование. Этот способ применяется для пере-
работки термореактивных материалов и термопластов. Процесс
ведется на специализированных гидравлических прессах, назы-
ваемых профильными. Прессовочный материал, поступая из бун-
кера, нагнетается в канал пресс-формы, выходное отверстие ко-
торого определяет конфигурацию профиля.
Процесс профильного прессования имеет периодический ха-
рактер — с каждым рабочим ходом пресса выдавливается опре-
деленный участок профилированного изделия.
При переработке термореактивных материалов зона входа в
канал охлаждается водой, что предотвращает прилипание мате-
риала к пресс-форме и прессующему плунжеру. Средняя зона
канала обогревается; здесь материал размягчается до состояния
текучести. Зона выхода также обогревается — до зоны отвер-
дения материала.
При переработке термопластичных материалов пресс-форма
в зависимости от материала и профиля может быть обогреваемой
или необогреваемой. Материал поступает из цилиндра с пресс-
102
материалом, обогреваемого паром или перегретой водой. Выходя-
щий из пресс-формы профилированный материал охлаждается
водой или воздухом и направляется по желобу. Во избежание
деформации толстостенных труб их концы закрывают пробкой,
через которую в течение всего времени выдавливания подают воз-
дух под небольшим давлением. Отрезки труб после выдавливания
калибруют, обкатывая их на специальных станках в трех валках
с одинаковым направлением вращения. Остывание материала
происходит во время обкатки.
Шприцевание. Этот способ применяется для переработки
термопластов — органического стекла, полистирола, полихлор-
винила и осуществляется на специальных шприц-машинах. Прес-
совочный материал из бункера попадает в цилиндр машины, по-
дается с помощью червяка (шнека) к головке цилиндра и продав-
ливается через мундштук, закрепленный в головке. Конфигура-
ция профиля зависит от выходного отверстия мундштука.
Материал разогревается до состояния текучести в цилиндре
машины с паровым или водяным обогревом. При выходе из мунд-
штука профилированный материал охлаждают и наматывают на
барабан либо разрезают на куски.
Процесс шприцевания в отличие от профильного прессования
имеет непрерывный характер — при вращении червяка машины
из мундштука равномерно выдавливается профилированный ма-
териал.
Глава
VI
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ИЗДЕЛИЙ ИЗ КЕРАМИКИ
6-1
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КЕРАМИКЕ
Детали и узлы из керамики широко применяются в радиотех-
нической аппаратуре благодаря их хорошей нагревостойкости,
высокой механической прочности, стабильности свойств при теп-
ловых воздействиях, колебаниях влажности и давления, отсутст-
вию старения и остаточных деформаций, а также вследствие ма-
лого коэффициента линейного расширения и незначительных диэ-
лектрических потерь в полях высокой частоты. Вжигая в кера-
мику смеси высокодисперсных порошков железа и молибдена,
молибдена и магния, паст на основе платины и палладия, создают
вакуумноплотные металлокерамические соединения.
Радиокерамические материалы представляют собой особым
образом обработанные смеси различных неорганических веществ
в тонкоизмельченном состоянии. Компонентами керамических масс
103
являются некоторые виды глин, каолин, глинозем, полевой пшат,
кварц, мрамор, тальк, углекислый барий, двуокись циркония,
титана, окись магния. Свойства керамики зависят от состава смеси,
количественных соотношений входящих в нее компонентов и
режима обжига. Рецептуру керамики выбирают, исходя из мест-
ных условий: сырьевой базы, оборудования, инструмента. При-
меняемые материалы должны соответствовать ГОСТ 5458-64.
С технологической точки зрения различают глинистую и без-
глинистую керамику. Присутствие глины в керамической массе
делает ее пластичной и упрощает технологию изготовления дета-
лей. К глинистым керамическим материалам относятся радиофар-
фор, ультрафарфор, тиконд Т-60. Характерным видом безглинис-
той керамики являются алюминоксид, радиостеатит, тиконд Т-80
и Т-150, термоконд. Для обеспечения технологической пластично-
сти в массу безглинистой керамики добавляют органическую связку
(деготь, керосин, декстрин, поливиниловый спирт), которая вы-
горает при обжиге изделий.
6-2
ПРИМЕНЯЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ
И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ
В производстве радиоаппаратуры используется около 25 ви-
дов керамических материалов, которые в зависимости от назна-
чения и электрических свойств можно разделить на три группы:
установочная, конденсаторная и вакуумная керамика. Самостоя-
тельная группа керамических материалов представлена сегнетоке-
рамикой. В зависимости от электрических и физико-механических
свойств радиокерамика по ГОСТ 5458-64 делится на несколько
классов.
Установочная радиокерамика имеет высокую
механическую прочность и предназначается для изготовления изо-
ляторов низкого и высокого напряжения, каркасов катушек ин-
дуктивности, деталей вариометров, плат, ламповых панелей, кон-
тактных планок, герметичных корпусов, кожухов, оснований для
печатных схем и т. д.
Ниже рассматриваются основные виды установочной радио-
керамики.
Изоляторный фарфор имеет невысокие электроизоляционные
свойства, поэтому применяется только для изделий, работающих
в условиях низких частот. Ударная прочность его невысока.
Изоляторный фарфор содержит в среднем 50% глиньц 25%
песка и 25% полевого шпата; обжигается при 1 350—1 400° С.
Радиофарфор получают из глины, песка и углекислого бария.
Благодаря отсутствию окислов щелочных металлов радиофарфор
обладает более высокими электроизоляционными свойствами, чем
изоляционный фарфор.
Улътрафарфор, кристаллической основой которого является
корунд, отличается высокими механическими свойствами. Темпе-
104
ратура его отжига 1 360—1 380° С. Наряду с установочными ра-
диодеталями из него изготавливают конденсаторы.
Стеатит — радиокерамика на основе талька. Стеатиты раз-
личаются по характеру добавок к тальку, которые изменяют как
электрические, так и физико-механические свойства материала.
Для изделий небольших размеров, получаемых путем прессова-
ния и горячего литья, используют стеатиты марок СЦ-4, СК-1,
С-61, СКШ с малым содержанием пластичных компонентов. Стеа-
тит марки ТК-21, отличающийся высокой пластичностью, но не-
сколько пониженными электрическими свойствами, применяется
для изготовления крупных радиоизоляторов. Изделия из стеатита
сравнительно легко поддаются шлифованию.
К установочной керамике следует отнести новейшие виды ке-
рамики на основе цельзиана-муллита и корунд а-муллита. Эти
виды радиокерамики отличаются весьма малыми коэффициентами
теплового расширения и высокими электрическими свойствами.
Конденсаторная радиокерамика имеет высокую диэлектриче-
скую проницаемость и применяется для изготовления высоко-
частотных конденсаторов низкого и высокого напряжения.
Основным компонентом конденсаторной керамики является
двуокись титана (ТЮ2). Применяется также беститановая кон-
денсаторная керамика на основе цирконатов и станнатов. Если
титансодержащая керамика используется в области относительно
слабых электрических полей и ограниченных рабочих температур,
то беститановые конденсаторные материалы рассчитаны на значи-
тельно более жесткие режимы эксплуатации.
Рассмотрим основные из конденсаторных керамических ма-
териалов.
Тиконды и тиглин изготавливают на основе двуокиси титана
и глины. Двуокись титана имеет отрицательный температурный
коэффициент диэлектрической проницаемости, а глина — положи-
тельный. Изменяя соотношение глины и двуокиси титана, полу-
чают материалы с самыми различными свойствами. Так, тиконд
марки Т-150 не содержит глины, Т-80 имеет малый процент глины;
тиглин содержит большое количество глины. Цифра в марках
тиконда обозначает величину диэлектрической проницаемости.
Тиконды применяются для изготовления термокомпенсирую-
щих, блокировочных, подстроечных и малогабаритных конден-
саторов.
Тиглин пригоден для термостабильных конденсаторов, исполь-
зуемых в стабильных колебательных контурах малой мощности.
Термоконды — керамические материалы на основе двуокиси
титана и двуокиси циркония (ZrO2). Термоконд выпускается двух
марок: ТК-М с отрицательным температурным коэффициентом
диэлектрической проницаемости (—50 -10~6 град-1) и ТК-Р —
с положительным (30 «Ю-6 град'1).
Термоконды применяются для изготовления стабильных кон-
денсаторов в цепях высокой частоты.
105
Тибар — титанат бария — получают из двуокиси титана и
углекислого бария. Диэлектрическая проницаемость его очень
высока (1 000—10 000) и резко изменяется при изменении темпе-
ратуры и напряжения. Тибар применяется только для низких
частот.
Радиокер а~м ика для электровакуумных
приборов разделяется на плотную и пористую.
Плотная радиокерамика используется для изготовления газо-
непроницаемых корпусов, проходных изоляторов, внутрилампо-
вых деталей.
Пористая радиокерамика применяется для оснований прово-
лочных резисторов (шамотная керамика, алунд, особый вид стеа-
тита, пористый ультрафарфор марки УФ-50), для изоляторов
электронных ламп (пористый алюминоксид).
Сегнетокерамика обладает сверхвысокой диэлектри-
ческой проницаемостью, величина которой зависит от темпера-
туры окружающей среды и напряженности электрического поля.
Сегнетокерамика используется для изготовления компактных кон-
денсаторов большой емкости, диэлектрических усилителей. Из
керамических сегнетодиэлектриков в производстве радиоаппара-
туры наиболее широко применяется керамика на основе твердых
растворов титанатов бария, стронция, кальция и свинца.
6-3
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
В производстве керамических радиодеталей различают следую-
щие технологические этапы: подготовка керамического сырья,
формование полуфабриката, сушка и пропитка его, обжиг, меха-
ническая обработка, глазурование. В зависимости от способов
изготовления, конструкции и назначения деталей последователь-
ность основных технологических этапов изменяется. Так, меха-
ническая обработка возможна до обжига и после него, а иногда
вообще исключена.
а)	Подготовка керамического сырья
Основой керамической технологии является приготовление
керамического материала — массы в виде однородной смеси тон-
кодисперсных сырьевых компонентов. Такая смесь может быть
получена тремя способами:
смешением тонкодисперсных сырьевых компонентов;
одновременным тонким измельчением и смешением сравнитель-
но крупнозернистых компонентов в мельницах периодического
действия;
одновременным тонким измельчением и смешением сравнитель-
но крупнозернистых компонентов в мельницах непрерывного
действия.
106
В производстве керамики основным способом приготовления
керамической массы является совместное тонкое измельчение и
смептение сырьевых компонентов в шаровых мельницах перио-
дического действия. Процесс приготовления керамической массы
слагается из двух укрупненных технологических этапов: подго-
товки сырья и помола массы. Главным элементом обоих этапов
является операция измельчения. Помол массы может включать
также операцию смешения компонентов.
В процессе приготовления керамических масс измельчению
подлежат природные сырьевые материалы, синтезированные хими-
ческие соединения, а иногда и готовый керамический материал,
например, для горячего литья под давлением.
Для измельчения применяются дробилки и мельницы разнооб-
разных типов. Так как процесс измельчения весьма энергоемок,
то правильный выбор способа и оборудования для измельчения
имеет важное экономическое значение.
Рациональный выбор оборудования и способа измельчения за-
висит от размера и свойств измельченного материала и требуемого
гранулометрического состава готового продукта.
Основным оборудованием для грубого (крупного) дробления
каменистых материалов служат щековые дробилки, а для среднего
и мелкого дробления — бегуны, валковые и конусные дробилки.
Основным видом дробильного оборудования для подготовки сырья
при изготовлении, например фарфора и установочной керамики,
являются бегуны с гранитными катками. Намол некоторого коли-
чества гранита не вреден, так как состав продуктов намола близок
к составу основных компонентов этих материалов.
Подготовленные и очищенные материалы перемалываются и
смешиваются по заданной рецептуре в шаровых мельницах с добав-
лением воды.
Работа шаровой мельницы основана на дробящем действии
падающих шаров, а также на истирании зерен материала между
мелющимися телами.
Тонкий (мокрый) помол обычно длится от 15 до 30 ч.
Смесь материалов, полученная в шаровых мельницах, называ-
ется шликером. Шликер подвергают магнитной сепарации и про-
пускают через вибрационное сито (900—1 600 отв/см2) для отде-
ления механических включений и сливают в бак с вертикальной
пропеллерной мешалкой. Непрерывное перемешивание шликера
необходимо для предотвращения его расслаивания вследствие раз-
личной плотности компонентов.
Помол керамического сырья может быть и сухим, а полученный
порошок смешивают с водой. Для помола сухим способом применя-
ются вибрационные мельницы, которые позволяют существенно
сократить длительность цикла помола по сравнению с шаровыми и
увеличить дисперсность керамической массы.
107
б)	Формование полуфабриката
Способ формования керамических полуфабрикатов определя-
ется конструкцией детали и составом керамического сырья, а
также размерами партии деталей.
Ручное формование. Этим способом пользуются при изго-
товлении небольших серий деталей или в единичном производстве.
Ручное формование выполняется рабочими высокой квалификации,
зато не требуется дорогостоящего и сложного оборудования. Фор-
мование ведут на гончарных кругах, а также гипсовых или дере-
вянных разъемных формах, пропитанных парафином или церези-
ном. На гончарных кругах изготовляют изделия, имеющие форму
тел вращения; керамической массе придают нужную конфигура-
цию руками, смоченными водой. При изготовлении изделий в
формах массу влажностью 24—26%, отвешенную из расчета необ-
ходимой толщины детали, закладывают в форму и уплотняют фор-
сажными колодками на винтовом прессе. Стенки формы перед за-
полнением смазывают машинным маслом. При определении разме-
ров формы нужно учитывать коэффициент усадки массы после
обжига, который обычно составляет 1,14—1,17.
Отформованные изделия до обжига просушивают.
Сухое прессование. Сухим прессованием изготовляют относи-
тельно небольшие плоские детали, имеющие незначительные вы-
ступы и углубления, с большой точностью размеров. Процесс сухо-
го прессования керамики поддается механизации и автоматиза-
ции, поэтому может применяться в крупносерийном производстве.
Для сухого прессования коржи керамической массы высушива-
ют в сушильных шкафах или токами высокой частоты до получения
веса, установленного по ТУ, а затем размалывают в дезинтегра-
торах. В порошок добавляют связку — 6% воды или 7—10% па-
рафина, или 15% водного раствора поливинилового спирта. Массу
формуют в металлических пресс-формах на гидравлических или
пневматических прессах или специальных пресс-автоматах. На
рис. 6-1 показан пневматический пресс для прессования керами-
ческих деталей. Производительность такого пресса при использо-
вании одногнездных пресс-форм составляет 3 000—3 500 изде-
лий в смену.
Схема пресс-автомата для прессования массовых керамичес-
ких радиодеталей (например, роторов подстроечных конденсато-
ров) показана на рис. 6-2. Пресс развивает усилие до 12 т.
Пресс-автомат работает так. От электродвигателя 1 вращение
через фрикционное устройство 2 передается на вал 3 привода, а
от него — на главный вал 4. Посредством кулачкового паза на
боковой поверхности зубчатого колеса 9 и пальца 8 передается
возвратно-поступательное движение на ползун бункера 18 (для
засыпки массы).
На главном валу 4 укреплен кулачок 10, который через тол-
катель 11, коромысло 12 и рычаг 13 сообщает штоку 14 пуансоно-
108
держателя движение вверх. Нижний пуансон 15 в крайнем верхнем
положении устанавливается вровень с верхней плоскостью пли-
ты 16. Укрепленный в середине главного вала 4 кулачок 6, вра-
щаясь со скоростью 18 об/мин, передает прерывисто нарастающее
давление на регулятор 7, а затем поднимает его вверх. Давление
прессования регулируется разворотом эксцентриков оси 20.
Рис. 6-1. Схема пневматического пресса для формования керамики.
1 — хомуты; 2 — верхняя плита; 3 — верхняя стойка; 4 — направляющая колонка;
5 — нижняя плита; 6 — шатуны; 7 — основание; 8 — стойка; 9 — наклонный пневмо-
цилиндр; 10 — шток.
С регулятором жестко связан верхний пуансон 17, направляе-
мый верхней поперечиной станины пресса. На нижнюю поперечину
устанавливается матрица, которую накрывают плитой 16, при-
крепляемой к поперечине болтами. В конце рабочего хода пресса
кулачок 5 (на левом конце главного вала 4), отжимая выключа-
тель 19, отключает пресс.
Большая плотность заготовки, полученной при сухом прессо-
вании, обеспечивает высокую точность размеров детали. Допуск
на размеры керамической радиодетали при сухом прессовании при-
нимают равным ± (0,015 а + 0,1 мм), где а — размер детали.
109
Коэффициент усадки определяется как отношение размеров
детали до обжига 1С к размерам детали после обжига 10:
Коэффициент усадки изменяется в зависимости от свойств
связки. Так, при использовании в качестве связки воды он равен
1,11, парафина — 1,15—1,2, водного раствора поливинилового
спирта — 1,16.
Порошок дозируют по весу, если требуется получить высокую
точность размеров деталей, или брикетами, что повышает произ-
водительность труда. Влажность порошка должна быть 6—8%.
Штамповка (пластичное прессование). Штамповкой изго-
товляют мелкие установочные радиодетали сложной конфигурации.
Процесс обеспечивает большую производительность и может при-
меняться в массовом производстве.
Керамическую массу для штамповки подготовляют так же, как
и для сухого прессования; в качестве связки используют древес-
ную смолу или керосин. Массу загружают в пресс-форму с некото-
110
рым избытком; при опускании пуансона излишек массы выдавли-
вается.
Недостатком способа является высокий коэффициент усадки
изделий. Кроме того, после обжига детали приобретают значи-
тельную пористость, вследствие чего при увлажнении резко увели-
чиваются их диэлектрические потери.
Выдавливание через мундштук. Выдавливание применяется
для получения керамических деталей удлиненной формы — тру-
бок, стержней, колодок, каркасов, в том числе ребристых каркасов
катушек индуктивности.
Размеры изготовляемых деталей: стержни диаметром от 0,5
до 200 мм, трубы диаметром до 300 мм, трубки с толщиной стенок
от 0,15 мм и минимальным наружным диаметром 2,5 мм. Равно-
мерная усадка во всех направлениях обеспечивает точные размеры
заготовок.
При выборе профиля заготовки следует избегать острых гра-
ней или ребер, которые при выдавливании обычно рвутся.
Керамическая масса для выдавливания через мундштук (чаще
всего Т-80, Т-40, ТК-20) должна содержать от 20 до 46% влаги;
кроме того, в нее добавляют декстрин и тунговое масло. В послед-
нее время в массу вводят также мочевино-формальдегидную смолу
МФ-17 (ВТУ МХП 2538-55) и подвергают полимеризации при
150—160° С в течение 3—6 ч, что повышает прочность и позволяет
обойтись без предварительного обжига заготовок.
При изготовлении тонкостенных трубок, стержней малого диа-
метра или сложного профиля к высушенной и раздробленной мас-
се добавляют водный раствор декстрина, а после перемешивания —
эмульсию из воды и тунгового масла (12—20% воды, 4—7% дек-
стрина, 5% тунгового масла). Все это многократно пропускается
через мешалку для получения однородной по составу массы.
Тонкие стержни и тонкостенные трубки выдавливают на верти-
кальных мундштучных прессах, стержни большого диаметра — на
горизонтальных прессах.
Мундштучные прессы работают с механическим, гидравличе-
ским или пневматическим приводом. Механический привод проще,
но по производительности и равномерности продавливания массы
через мундштук прессы с механическим приводом уступают ги-
дравлическим и пневмогидравлическим. Лучшими в этом отноше-
нии являются пневмогидравлические прессы. На рис. 6-3 показана
схема вертикального пневмогидравлического агрегата для выдав-
ливания керамических трубок. Жидкость из бака нагнетается насо-
сом в колонку обратного клапана, откуда она поступает в цилинд-
ры пресса или через гидропневматический распределитель в цилин-
дры аккумулятора. Давление 50 кГ/см2 передается через шток в
нижний откидной резервуар и на загруженную в него керамичес-
кую массу. Под действием давления масса продавливается через
мундштук и со скоростью до 9 м/мин опускается вниз. Из мунд-
штука полуфабрикат попадает в электросушилку, где слегка под-
111
Рис. 6-3. Схема пневмогидравлического агрегата для выдавливания керамических трубок.
1 — воздушный баллон; 2 — цилиндры аккумулятора; 3 — гидравлический распределитель; 4 — обратный клапан; 5 — трубопровод; 6 —
трехпоршневой насос; 7 — фильтр; 8 — электродвигатель; 9 — рычаг управления; 10 — распределитель давления воды; 11 — мундш-
тучный пресс; 12 — откидной резервуар мундштучного пресса; 13 — электрическая сушилка; 14 — полуповоротное устройство; 15 —
педаль управления»
сушивается, затем его укладывают на деревянный лоток, устанав-
ливаемый наклонно на поворотное устройство, откуда полуфаб-
рикат поступает на сушку и обжиг.
От одного пневмогидравлического устройства работают обычно
несколько мундштучных прессов.
Описанный пресс по производительности в 1,5—2 раза выше
механического, позволяет плавно в больших пределах регулиро-
вать скорость продавливания массы через мундштук и получать
равномерное уплотнение стенок полуфабриката, что особенно важ-
но при изготовлении тонкостенных и мелких радиодеталей.
Намораживание. Намораживанием получают керамические за-
готовки с точными отверстиями. Наружные размеры неточны,
поэтому заготовку обычно подвергают механической обработке.
Способ состоит в следующем. Металлическую оправку (форму)
погружают в расплавленный литейный шликер. На холодной
поверхности оправки наращивается («намораживается») слой от-
вердевшего шликера. По достижении определенной толщины слоя
оправку извлекают из шликера и охлаждают водой; полученный
полуфабрикат снимают с оправки и передают на дальнейшие опе-
рации технологического процесса.
Размеры и форма заготовки определяются конфигурацией оп-
равки и режимом процесса: температурой оправки и шликера,
временем выдержки оправки в шликере. Толщина наращиваемого
слоя увеличивается при понижении температуры оправки и темпе-
ратуры шликера, а также при увеличении времени выдержки.
Если не применять непрерывного охлаждения оправки, то удли-
нение выдержки вызывает увеличение толщины стенки заготовки
лишь до определенных пределов. После этого вследствие нагрева
оправки намораживание прекращается; при перегреве оправки
толщина стенки с увеличением времени выдержки уменьшается.
Рекомендуется следующий режим: температура оправки 15—
20° С, шликера — 60—80° С. Время выдержки оправки в шликере
определяют опытным путем.
Литье в кокиль. Литьем в металлическую форму — кокиль —
изготовляют керамические детали относительно простой конфигу-
рации (кольца, диски, плитки) в мелко- и крупносерийном про-
изводстве.
Расплавленный литейный шликер заливают в кокиль из ковша
через литниковое отверстие. Текучесть шликер а имеет большое
значение для качества изготовляемых деталей. Залитый в кокиль
шликер охлаждается и затвердевает, после чего форму раскрывают
и извлекают заготовку.
Режим литья в кокиль аналогичен режиму намораживания;
температуру шликера поддерживают на верхнем пределе, чтобы
повысить его текучесть.
Литник в форме располагают в наиболее массивной части отли-
ваемого изделия. Для литья плоских деталей лучше применять
открытые формы.
113
выталкивается непрерывно
Рис. 6-4. Схема установки
для непрерывного литья ке-
рамики.
1 — рабочий бак; 2 — формующая
трубка; 3 — холодильник сжатого
воздуха; 4 — штуцер подачи воды;
5 — термостат; 6 — штуцер подачи
сжатого воздуха; 7 — направляю-
щая плита.
Непрерывное литье. Способ применяется для получения кера-
мических изделий с постоянным поперечным сечением (стержни,
трубки).
В формующую трубку снизу поступает под давлением разо-
гретый жидкий шликер. Застывая в верхней, охлаждаемой части
трубки, он приобретает форму ее канала. Затвердевший конец
поступающим жидким шликером; вы-
талкивание облегчается благодаря
объемной усадке остывающего шли-
кера.
Режим процесса регулируется так,
чтобы скорость затвердевания шли-
кера была равна или немного боль-
ше скорости подачи жидкого мате-
риала.
Схема установки для непрерывно-
го литья показана на рис. 6-4. Наи-
большей производительности (до
60 см/мин) такая установка дости-
гает при давлении 4 ат, температуре
шликера 63° С и температуре охлаж-
дающей воды 8° С.
Горячее литье под давлением. Ли-
тьем под давлением получают неболь-
шие керамические детали точных
размеров и сложной конфигурации
в массовом производстве. Это наибо-
лее производительный процесс изго-
товления изделий из непластичных
керамических масс. Возможности из-
готовления деталей различной конфи-
гурации ограничиваются сложностью изготовления форм. Кон-
структивные требования к деталям такие же, как для деталей из
термопластичных пластмасс, изготовляемых литьем под давлением
(см. ниже).
Применение порошков, предварительно обожженных до полного
спекания керамических масс, в которых завершены основные фи-
зико-химические процессы и объемные изменения, позволяет из-
готовлять детали 4-го и 5-го классов точности. При горячем литье
под давлением уменьшается расход массы. Для изготовления мел-
ких деталей можно использовать многоместные пресс-формы.
Литье под давлением заключается из заполнения металличес-
кой формы литейным шликером при определенных температурах их
нагрева и необходимом давлении; выдержки формы под давлением
в течение времени, требуемого для охлаждения шликера, и извле-
чения отливки из формы.
Объемная скорость заполнения зависит от свойств литейного
шликера, режимов литья (давления и температуры шликера), а
114
также в некоторой степени от размеров литникового отверстия в
форме и определяется с помощью специального прибора (рис. 6-5).
Прибор укрепляют на установке для литья под давлением и за-
полняют шликером при заданных режимах до риски, отмечающей
объем 1 л. Время заполнения t фиксируют секундомером, а затем
подсчитывают значение объемной скорости заполнения по формуле
Q = 1 000/2, см3/сек. Скорость заполнения увеличивается при
повышении температуры шликера и давления.
После отрезки литников детали подвергают предварительному
обжигу, в процессе которого удаляется связка, проверяют раз-
меры заготовки и окончательно обжигают
до полного спекания массы. Обжиг обычно
проводят в электрических печах непрерыв-
ного действия.
Коэффициент усадки детали после обжига
невелик: 1,08—1,10.
Литьевые формы дешевле и долговечнее
форм для прессования и штамповки. Боль-
шое значение имеет простота механизации
и автоматизации процесса.
Полуавтоматическая установка для горя-
чего литья под давлением в стационарные
формы (рис. 6-6) позволяет значительно сок-
ратить цикл процесса, облегчить труд ра-
бочих и повысить производительность тру-
да в 1х/2 раза (5—10 отливок в минуту).
Полуавтомат работает следующим образом.
В нижней части бака 7 для литьевой массы
имеется сопло 5, перекрытое клапаном. Мас-
са подогревается до 70—80° С электронагре-
вателем 8 с контактным термометром и тер-
морегулятором 6. Шток воздушного цилинд-
ра 1 связан с подвижной плитой, несущей
оформляющую часть формы 3. Литниковая
пится к другой плите, отжимаемой пружинами 9 на направляю-
щих штангах.
Управление полуавтоматом осуществляется с помощью двух
воздушных кранов 10 и 13, сблокированных так, что сжатый воздух
(давление 3—4 ат) поступает в бак 7 лишь после того, как обе
половины формы соединятся и будут прижаты к соплу 5 во время
хода поршня 14 вправо. В этот момент открывается клапан сопла,
переключается кран 10 и происходит заливка формы. Когда пор-
шень идет влево, форма отделяется от сопла и клапан под дей-
ствием пружины перекрывает отверстие бака. Перемещение лит-
никовой части формы ограничивается упорами, а оформляющая
часть движется дальше, увлекая за собой питатель с литниками.
Толкатели 12, дойдя до ограничителя 2, прокалывают в отлитых
деталях отверстия, к которым были подведены литники, и стал-
Рис. 6-5. Схема при-
бора для определе-
ния объемной скоро-
сти заполнения.
1 — корпус; 2 — окно
из плексигласа; з — от-
ражатель; 4 — стол ли-
тейного аппарата.
часть формы 4 кре-
116
кивают всю литниковую часть отливки с промежуточной плиты 11
в ящик. В конце хода полые толкатели выталкивают из оформляю-
щих гнезд готовые детали (промежуточная плита в этот момент
находится в крайнем правом положении).
Как обычно, в оформляющей и литниковой частях формы пред-
усмотрены каналы водяного охлаждения.
Не всегда удается так спроектировать форму, чтобы выталки-
вание деталей и обрезков литников происходило автоматически.
Но если позволяет конструкция формы, то с помощью концевых
выключателей и реле времени можно автоматизировать переклю-
чение воздушных кранов, и машина будет работать по автомати-
ческому циклу.
Рис. 6-6. Полуавтомат для горячего литья керами-
ки в стационарные формы.
Для приготовления литейной массы в размолотый спек добав-
ляется парафин (12%) и олеиновая кислота (1%).
Производительность полуавтомата 5—10 отливок в минуту,
Для отливки радиодеталей в крупносерийном и массовом про-
изводстве используют автомат горячего литья под давлением
ЛАГ-1. Автомат универсален и позволяет получить изделия раз-
личной конфигурации и размера. Принцип действия автомата —
пневматический с электромагнитным управлением. Весь рабочий
цикл полностью автоматизирован; требуется только периодическая
загрузка материала. Полная автоматизация рабочего цикла позво-
ляет одному рабочему обслуживать одновременно несколько авто-
матов. Производительность автомата с одноместной пресс-формой
100—600 отливок в час; с многоместной формой — до 6—7 тыс.
отливок в час.
в)	Сушка и пропитка заготовок
Сушка — это процесс удаления влаги и летучих компонентов
из керамических шликеров, формовочных полуфабрикатов и заго-
товок. Эта операция представляет собой один из наиболее труд-
116
ных и ответственных этапов технологического процесса изготов-
ления керамических изделий, от которого в значительной степени
зависит качество выпускаемой продукции.
Радиокерамические массы и заготовки керамических радио-
деталей сушат в печах (сушилках) периодического и непрерывного
действия. Существует пять способов сушки: конвективный, термо-
контактный, радиационный, высокочастотный и электроконтакт-
ный.
При конвективном способе тепло, необходимое для
испарения влаги, передается газообразным теплоносителем —
воздухом или дымовыми газами. Влага испаряется благодаря раз-
ности парциального-давления водяных паров на поверхности мате-
риала и в воздухе. Движение влаги по заготовке происходит
медленно. Для ускорения процесса в камерных сушилках приме-
няется метод прерывистого (осциллирующего) режима сушки: пос-
ле прогрева материала подается холодный сухой воздух, охлаж-
дающий поверхностные слои и создающий положительный темпе-
ратурный градиент, который обусловливает движение влаги из
внутренних слоев к поверхности заготовки.
При термоконтактном (называемом также контакт-
ным) способе тепло передается массе или заготовке от соприкасаю-
щейся с ними горячей поверхности. Этот способ применяется для
сушки керамических масс в атмосферных или вакуумных вальцо-
вых и цилиндрических, а также камерных контактных сушилках.
Температурный градиент создается в результате одностороннего
подогрева вследствие понижения температуры, вызванного испа-
рением влаги с открытой поверхности материала.
При радиационном (лучистом) способе сушки масса
или изделие нагревается инфракрасными лучами от электрических
ламп или специальных излучателей. Материал поглощает лучис-
тую энергию, которая на его поверхности превращается в тепло;
Для сушки влажных керамических масс наиболее рациональны
сушилки с низкотемпературными панельными излучателями из
металла или керамики, нагреваемые горелками, электрическим
током или топочными газами до 400—900° С. Радиационные тун-
нельные и конвейерные сушилки с такими нагревателями дешевле
и проще, чем конвективные, и обеспечивают более быстрое высоко-
качественное высушивание.
При высокочастотном способе сушки нагрев заго-
товок, помещенных в поле высокой частоты (для керамики — не
ниже 5 Мгц), осуществляется за счет диэлектрических потерь.
Тепло возникает непосредственно в заготовках, помещенных между
обкладками конденсатора. Материал прогревается одновременно
по всей массе. Благодаря наличию тепло- и влагообмена между
поверхностью материала (заготовки) и окружающей средой тем-
пература внутри материала растет быстрее, чем на его поверхности.
В результате возникает температурный градиент, который можно
регулировать изменением частоты и напряженности поля.
117
При электроконтактном способе сушки, основан-
ном на электропроводности влажных керамических заготовок,
тепло выделяется непосредственно в заготовке при пропускании
через нее переменного электрического тока промышленной частоты.
Высушенные керамические заготовки пропитывают парафином
(кроме изделий, полученных горячим литьем; последние содер-
жат парафин в качестве связующего литейной массы). Парафин
расплавляют в ванне с электрическим обогревом и доводят до тем-
пературы 90—100° С. Заготовки перед погружением в парафин
нагревают до 70—80° С (непрогретые детали при соприкосновении
с горячим парафином могут растрескаться). Продолжительность
пропитки в зависимости от толщины заготовки составляет 1—6 ч.
Заготовка должна быть полностью пропитана парафином; процесс
пропитки заканчивается после полного прекращения выделения
пузырьков на погруженных в парафин заготовках.
Пропитанные заготовки извлекают из ванны и устанавливают
на наклонный противень для стекания излишка парафина. Про-
питанные заготовки можно долго хранить на складе — их влаж-
ность не изменяется.
г)	Обжиг
Решающей операцией технологического процесса производства
керамических радиодеталей является обжиг. Это объясняется тем,
что радиокерамические материалы, к которым предъявляются зна-
чительно более высокие и жесткие требования в отношении фи-
зико-механических и особенно электрических свойств, чем к обыч-
ной электрокерамике, изготовляются из специального сырья,
весьма чувствительного к условиям тепловой обработки.
В технологическом процессе производства керамических радио-
деталей обжиг изделий, как правило, распадается на два этапа —
предварительный и окончательный обжиг.
Предварительный (окислительный) обжиг. Предварительный
обжиг производится при температуре 800—1 000° С без спекания
керамической массы. Окислительным он называется потому, что
преследует целью окисление (выгорание) органических веществ,
содержащихся в керамической массе. После предварительного
обжига заготовка становится пористой и не имеет еще оконча-
тельных размеров. Пористую структуру заготовок иногда исполь-
зуют для соединения отдельных конструктивных элементов буду-
щей детали с помощью глазури, которая хорошо впитывается в
пористые поверхности и имеет температуру плавления, равную
температуре обжига.
Предварительный обжиг чаще всего производят в верхних
этажах пламенных печей периодического действия, используя от-
ходящие газы, поэтому предварительный обжиг иногда называют
«утильным». Во избежание загрязнения обжигаемых изделий золь-
ными остатками и для уменьшения вредного влияния перепада
118
температур заготовки загружают в печь в закрытых огнеупорных
шамотных капсулах, засыпая их порошком талька, глинозема или
смесью этих порошков (в соотношении 1:1).
После предварительного обжига заготовки поступают на окон-
чательный обжиг. Иногда между этими операциями производят
механическую обработку заготовок.
Окончательный обжиг. Во время этой операции заготовки ке-
рамических изделий приобретают окончательные размеры (после
усадки) и достаточную механическую прочность — в результате
спекания керамической массы. Для каждого состава керамической
массы температурные режимы различных стадий окончательного
обжига подбирают опытным путем.
В начале нагревания обжигаемых изделий испаряется связан-
ная вода. Скорость повышения температуры при этом устанавли-
вают в зависимости от степени влажности заготовок. Быстрое по-
вышение температуры вызывает интенсивное испарение влаги и
может повлечь вспучивание и растрескивание поверхности заго-
товок.
Для спекания керамической массы изделия необходима опре-
деленная выдержка при максимальной температуре. На этой ста-
дии обжига часть компонентов керамической массы расплавляется
и пропитывает всю массу заготовки, в результате чего в ней про-
исходят реакции растворения и образование новых соединений.
Температура окончательного обжига зависит от состава кера-
мической массы и назначения изготовляемых изделий. Интервал
температур обжига 1 270—1 750° С. Точное выдерживание задан-
ной температуры спекания и времени выдержки заготовок в печи
очень важно, так как при высокой температуре заготовки могут рас-
плавиться или покоробиться, особенно если они имеют стенки раз-
ной толщины; при недостаточном количестве тепла спекание
керамической массы неполно, остаются поры. При отжиге с точным
распределением температуры применяются туннельные печи не-
прерывного действия. Для некоторых видов керамических масс
интервал температуры спекания составляет ± 15° С (тиглин, стеа-
тит, ультрафарфор).
Температура обжига основных керамических материалов (в °C):
Радиофарфор.....................1	280—1	310
Ультрафарфор....................1	360—1	380
Пирофиллит......................1	310—1 350
Керамит.........................1	420—1	470
Стеатит.........................1	380—1	400
Алюминоксид.....................1	700—1	750
Тиглин..........................1	320—1	340
Тиконд..........................1	200—1	300
Контроль температуры в печи при обжиге производится с по-
мощью оптического или электрического пирометра, а также термо-
метрических конусов. Термометрические конусы делают из кера-
мических масс, имеющих различную, но вполне определенную
119
температуру плавления. О температуре в печи судят по моменту
расплавления конуса, установленного против смотрового окна.
Иногда против смотровых окон устанавливают контрольные де-
тали, которые после достижения в печи определенной температуры
и выдержки в течение заданного времени извлекают из печи и по
остывании опробуют на пористость.
Затвердевание обожженной заготовки происходит в процессе
охлаждения. Охлаждение должно быть равномерным, чтобы заго-
товки не растрескались.
Разные керамические массы на различных стадиях обжига
нуждаются в той или иной газовой среде. Соблюдение состава газо-
вой среды, так же как и температурного режима, является реша-
ющим условием получения заданных электрических, физических
и механических характеристик изделия.
Качество обожженных заготовок проверяют после выхода их
из печи. Правильно обожженное изделие имеет ровный бледно-
желтый мраморный цвет, недожженное — белый цвет; недожог
связан с увеличенными (по сравнению с заданными) размерами
детали. В этом случае производят повторный обжиг при ускорен-
ном режиме.
Наиболее точный метод контроля — измерение угла диэлектри-
ческих потерь обожженной детали в нормальных условиях и после
увлажнения. Увеличение угла потерь после увлажнения — свиде-
тельство пористой структуры материалов детали.
д)	Глазурование
Для защиты поверхности керамических изделий от загрязнения,
повышения поверхностного сопротивления, получения красивого
внешнего вида, а также для склеивания отдельных конструктивных
элементов применяется глазурование.
Глазури получают из высокодисперсных порошковых материа-
лов, близких по составу к керамическим массам, с добавлением
стеклообразующих составляющих. Глазури делятся на тугоплав-
кие и легкоплавкие.
е)	Механическая обработка
обожженных керамических заготовок
Современная радиотехника предъявляет весьма высокие тре-
бования к керамическим деталям в отношении точности и формы,
соблюдения геометрических размеров и чистоты поверхности. Это
вызвано непосредственным влиянием указанных факторов на
электрические характеристики деталей и, кроме того, необходи-
мостью во многих случаях сопрягать керамические детали с метал-
лическими деталями и узлами, точность обработки которых соот-
ветствует примерно 2-му—3-му классам. Существующие в настоящее
время методы и технология изготовления радиокерамических дета-
лей не всегда обеспечивают достижение необходимой точности без
механической обработки.
120
Обычно керамические детали конструируют в расчете на мини-
мальную механическую обработку после обжига. Однако при очень
жестких допусках на заданные размеры детали подвергают меха-
нической обработке, чаще всего —- шлифованию. Шлифование про-
изводят порошкообразным абразивом из карборунда, корунда,
карбида бора и т. п. Шлифуют плоскости, цилиндрические и сфе-
рические поверхности. После шлифования получают высокую точ-
ность размеров керамических деталей. Кроме того, обожженные
заготовки иногда разрезают или делают в них отверстия различной
формы.
ж)	Металлизация керамики
Механическое крепление керамических изделий друг с другом,
обеспечение электрических контактов и выполнение электрических
цепей осуществляются главным образом путем нанесения на по-
верхность керамики металлического слоя — металлизацией. Ме-
таллический слой должен иметь прочной сцепление с керамикой,
высокую электрическую проводимость, легко паяться и не изме-
нять своего химического состава в процессе эксплуатации изде-
лия.
В радиотехнической промышленности применяют следующие
способы нанесения металлических слоев на керамику: катодное
распыление, металлизация, химическое осаждение металлов из
водных растворов, электролитическое осаждение металлов на
предварительно нанесенный токопроводящий слой, ультразвуко-
вое лужение, вакуумное испарение, вжигание.
Наиболее распространенным способом металлизации керамики
является вжигание серебра. В последние годы начали применять
вжигание смесей, состоящих из тонкодисперсных металлических
порошков и химических соединений металлов. Металлизация кера-
мики методом вжигания серебра применяется при изготовлении
печатных плат (см. гл. XIV).
Глава
VII
ПОВЕРХНОСТНЫЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ
И НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ПОКРЫТИЯ,
ХИМИЧЕСКАЯ И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА
7-1
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Все покрытия независимо от их назначения должны иметь
прочное сцепление с изделиями, на которые они наносятся, и
составлять с ними как бы одно целое, не отслаиваться под действием
толчков, ударов, встряхивания, многократного изгиба.
121
Покрытия различают по основному назначению и по способу
нанесения.
По основному назначению покрытия разделяют на защитные,
защитно-декоративные и специальные.
Защитные покрытия служат для предотвращения
коррозии металла деталей в условиях эксплуатации.
Защитно-декоративные покрытия наносят
на детали, требующие декоративной отделки при одновременной
защите их в процессе эксплуатации от коррозии.
Специальные покрытия предназначаются для со-
общения поверхности деталей особых свойств или защиты основ-
ного металла деталей от влияния особых сред, например: серебре-
ние применяется для повышения поверхностей электропроводности
токонесущих деталей, меднение деталей — с целью их защиты от
науглероживания при цементации; специальные покрытия приме-
няют для изготовления элементов аппаратуры, таких как прово-
лочные резисторы и др.
По способу нанесения различают покрытия металлические
негальванические, неметаллические химические, металлические
и неметаллические гальванические и лакокрасочные.
Выбор покрытия детали должен быть сделан в зависимости
от условий, в которых будет работать радиоаппаратура и ее от-
дельные детали. По этому признаку защитные покрытия разделяют
на группы, соответствующие различным условиям эксплуатации.
7-2
ПОДГОТОВКА ПОВЕРХНОСТИ ПЕРЕД НАНЕСЕНИЕМ ПОКРЫТИЙ
Высококачественное покрытие может быть получено только в
том случае, если поверхность, на которую оно наносится, достаточ-
но гладкая и чистая, без окалин и грубых следов обработки.
Поэтому почти всегда нанесению покрытия предшествует тщатель-
ная подготовка поверхности детали. Очистку и подготовку поверх-
ностей осуществляют механическим, химическим, электрохими-
ческим и ультразвуковым способами.
а)	Механические способы
Механическая обработка поверхности применяется для удале-
ния окалины, ржавчины, шлаковых включений, старой краски,
царапин и других дефектов. Для этого поверхность детали подверга-
ют пескоструйной, дробеструйной или дробеметной очистке,
крацеванию, галтовке, шлифованию, полированию.
Гидропескоструйную и дробеструйную
очистку применяют для удаления с поверхности металла
грубых неровностей и очистки ее от окалины, шлаковых и других
включений, имеющихся, например, на поверхности литых изделий.
Гидропескоструйную очистку производят струей пульпы —
смеси просеянного кварцевого песка с водой, подаваемой с боль-
122
шой скоростью из специального аппарата через направляющее
сопло под давлением сжатого воздуха около 4 ат и выше. Частицы
песка, с силой ударяясь о поверхность детали, отделяют загрязне-
ния и матируют обрабатываемую поверхность, благодаря чему
улучшаются условия ее сцепления с защитными пленками.
Обработанная песком поверхность обладает повышенной актив-
ностью, легко корродирует, особенно во влажной атмосфере, быстро
адсорбирует пыль и жировые загрязнения. В этом серьезный недо-
статок пескоструйной обработки, поэтому поверхности, очищенные
песком, рекомендуется сразу же подвергать дальнейшей обработке
или же консервировать химическими растворами.
Вместо пескоструйной обработки в последнее время с успехом
применяют ударную обработку мелкой стальной дробью, поток
которой направляется на очищаемую деталь с помощью дробемет-
ных аппаратов. Твердость дробинок должна превосходить твер-
дость материала обрабатываемой детали.
Крацевание — обработка поверхности изделия вращаю-
щимися щетками из стальной, латунной или медной проволоки
диаметром 0,2—0,4 мм. Крацевание применяют для удаления зау-
сенцев, окислов, остатков жировых загрязнений (после обезжи-
ривания), травильного шлама и других дефектов поверхности.
Крацевание обычно производится мокрым способом, т. е. с приме-
нением жидкости, облегчающей работу щеток и улучшающей ка-
чество отделки поверхности. Для этой цели применяются 3—
5%-ные растворы соды, поташа или трехзамещенного фосфата
натрия, мыльная вода, водная суспензия венской извести, пемзы,
мела и т. д.
Крацевание применяется также для окончательной отделки
покрытия, нанесенного на поверхность изделия; в этом случае,
например, при отделке электролитического покрытия крацевание
производят с чистой водой или сухим способом.
Изделия с полированной поверхностью обрабатывают краце-
ванием вручную волосяными щетками. При этом очистку ведут
обязательно с применением жидкой смеси из мела или венской
извести и воды; можно использовать также мыльную воду, слабые
(2—3%-ные) растворы соды, поташа.
Для обработки металлов, разрушающихся в щелочных рас-
творах, применяют кашицу из мелко раздробленного чистого мела
и воды.
Обработка изделий в барабанах и коло-
колах имеет целью сглаживание и очистку поверхностей глав-
ным образом мелких изделий, уделение грубых неровностей, зау-
сенцев и пр. Детали загружают во вращающийся барабан (или
колокол), где они трутся и царапают друг друга краями. При
этом поверхность деталей не только выравнивается, но и очищается
от ржавчины и окалины.
Иногда наряду с изделиями в барабан загружают куски железа,
стекло, опилки, наждак, песок, гравий. Такая обработка изделий
123
называется галтовкой. Для ускорения галтовки в барабан, вводят
также слабые растворы кислоты или щелочи, мыльную воду
ит. п., которые облегчают удаление окислов. Если на поверхности
деталей имеется толстый слой окалины, то перед галтовкой их
обрабатывают в кислотах.
Галтовка продолжается от 2—4 ч до нескольких дней в зави-
симости от состояния поверхности, веса и материала обрабатывае-
мых изделий, скорости вращения барабана. Так, штампованные
изделия обрабатываются от 2 до 8 ч, отливки из латуни — 10—
15 ч.
Очень хорошие результаты дает полирование мелких изделий
шариками из закаленной стали. Загруженные вместе с изделиями
в барабан шарики сглаживают мелчайшие неровности поверхно-
сти, не снимая при этом стружки. Такая обработка применяется
также для отделки гальванического покрытия. При полировании
стальными шариками (до блеска) в барабаны добавляют только
чистую воду. Продолжительность полирования колеблется в пре-
делах 0,5—10 ч (в зависимости от твердости материала обрабаты-
ваемых деталей).
Ш лифование— это процесс обработки металлов (и не-
металлов) резанием, при котором острые грани мелких зерен абра-
зивного материала снимают с обрабатываемого металла очень тон-
кую стружку, обеспечивая сравнительно гладкую и ровную поверх-
ность. Шлифование осуществляется на станках абразивными дос-
ками или кругами и во вращающихся барабанах или колоколах.
Обработка абразивными кругами — наиболее распространен-
ный вид шлифования. По характеру обработки поверхности и
степени зернистости кругов процесс шлифования делится на не-
сколько операций или переходов (3—5) с постепенным уменьше-
нием величины зерна. Этим достигается высокое качество отделки
поверхности с наименьшими потерями обрабатываемого металла.
В цехах металлопокрытий круги для шлифования изготовляют
преимущественно из эластичных материалов: войлока, кожи,
фетра, ткани. Зерна абразивных материалов наклеивают с помощью
связок по периферии круга.
Полирование заключается в обработке металлов (и не-
металлов) с целью удаления мельчайших неровностей с поверхно-
сти детали и придания ей зеркального блеска. Полирование поверх-
ности изделий применяется в гальванических цехах для подготов-
ки поверхности металла и для отделки покрытия (главным обра-
зом электролитических осадков меди, никеля и хрома). Полиро-
вание производится на станках кругами из полотна, фетра, замши,
шерсти и т. п. и во вращающихся барабанах. В отдельных слу-
чаях детали полируют вручную в специальных полировальных
приспособлениях.
Для полирования применяют более мелкозернистые абразив-
ные материалы, чем для шлифования, которые в смеси с другими
веществами (связками) наносят на круги во время работы.
124
При правильном ведении процесса полирования выравнивание
поверхности детали не должно сопровождаться заметными поте-
рями металла. Как известно, большинство металлов обладает
способностью быстро окисляться на воздухе. Совершенно чистая
поверхность железа на воздухе покрывается окисью, в течение
0,05 сек. Этой особенностью обладают даже такие металлы, как
серебро. Поэтому поверхность всех металлов на воздухе всегда
бывает покрыта тончайшей пленкой окиси (толщиной около
0,0014 мкм), которая защищает металл от дальнейшего окисления.
При полировании такой поверхности зерна абразива снимают
только поверхностную окисную пленку, обнажая чистый металл.
Но под действием кислорода воздуха обнажившаяся чистая по-
верхность металла вновь окисляется, и таким образом происхо-
дят как бы периодические изменения состояния наружных слоев
поверхности металла, в результате чего снимаются все выступы,
пока не получится совершенно гладкая, свободная от трещин и
бугорков поверхность.
б)	Химическая и электрохимическая
обработка поверхности
К химическим и электрохимическим видам обработки поверх-
ностей относятся обезжиривание, травление и декапирование.
Жировые вещества по своей химической природе делятся на
две основные группы: омыляемые и неомыляемые. В первую группу
входят все растительные и животные жиры, т. е. сложные эфиры
глицерина и высокомолекулярных органических кислот, чаще
всего стеариновой, олеиновой, пальмитиновой. Эти жиры назы-
ваются омыляемыми потому, что под действием щелочи они раз-
лагаются, давая мыла — растворимые в воде соли жировых кис-
лот и глицерин.
Вторую группу жиров представляют масла, состоящие из
смеси углеводородов различного состава и различной консистен-
ции (от очень легких жидкостей до твердых тел): газолин, вазелин,
парафин, различные смазочные масла и т. п. Под действием щелочи
жиры этой группы химически не разлагаются и поэтому называ-
ются не омыляемыми.
Как первые, так и вторые жировые вещества в воде практически
нерастворимы и удаляются с поверхности металлов химической
или электрохимической обработкой.
При химическом обезжиривании применяют
растворы щелочей, щелочных солей и ряд органических раствори-
телей. Обезжиривание в щелочных растворах сводится к омылению
животных и растительных жиров и эмульгированию масел. Хотя
минеральные масла (неомыляемые жиры) химически не разлага-
ются при воздействии щелочей, они могут при известных условиях
образовывать с последними эмульсии и благодаря этому сравни-
тельно легко отделяются от поверхности металла.
125
В качестве эмульгаторов при химическом способе обезжири-
вания металлов в щелочных растворах могут служить: жидкое
стекло, мыло, жирные кислоты, декстрин, клей, различные белко-
вые вещества и др. Их добавляют в щелочной раствор в небольшом
количестве (0,5—3,0 г!л). При определении концентрации эмуль-
гатора исходят из эмульгирующей способности каждого из них,
из рода и количества масляных загрязнений поверхности.
Одним из очень важных условий, гарантирующих полное уда-
ление с поверхности изделий омыляемых и неомыляемых жиров,
является повышенная температура щелочных растворов. Мыла,
получающиеся в результате обезжиривания, растворяются в горя-
чих щелочах значительно лучше, чем в холодных. Рекомендуется
поддерживать температуру щелочных растворов от 70° С и выше —
до кипения.
Обезжиривание в органических растворителях сводится к
обычному процессу растворения как омыляемых, так и неомыляе-
мых жиров. Для этой цели применяются керосин, бензин, толуол,
трихлорэтилен, четыреххлористый углерод. Наиболее эффективны
действующие растворители жиров — трихлорэтилен С2НС13, тет-
рахлорэтилен (перхлорэтилен) С2С14, четыреххлористый углерод
СС14, дихлорэтилен С2Н2С12 и дихлорэтан С2Н4С12. В отличие от
бензина, бензола, керосина и толуола эти вещества не воспламе-
няются и позволяют производить обезжиривание при повышенной
температуре. Они прекрасно растворяют жиры и масла и не ока-
зывают разъедающего действия на металлы. Немногие металлы,
с которыми реагируют некоторые растворители, особенно три-
хлорэтилен, — это магний, алюминий и их сплавы. Для обезжи-
ривания магния и алюминия лучше применять тетрахлорэтилен.
Существенными недостатками органических растворителей,
особенно хлорированных, ограничивающими их применение, яв-
ляются ядовитость и относительно высокая стоимость. Необходимо
также иметь в виду, что растворители, особенно трихлорэтилен,
в присутствии влаги при высокой температуре гидролизуются с
образованием небольшого количества соляной кислоты, которая
может вызвать коррозию обезжириваемых деталей.
При использовании легковоспламеняющихся органических рас-
творителей детали обезжиривают только погружением последова-
тельно в нескольких ваннах — двух или трех (и больше) — с
очисткой поверхности деталей волосяными щетками.
Обезжиривание негорючими органическими растворителями
производится погружением в жидкость, обработкой парами раство-
рителя и его распылением. Для обезжиривания в парах приме-
няют растворители преимущественно с относительно низкой тем-
пературой кипения.
Электрохимическое обезжиривание. Элек-
трохимическое обезжиривание производится в щелочном растворе
на катоде или на аноде. Чаще применяют катодное обезжиривание
или комбинированное — сначала на катоде, затем на аноде.
126
Эффективность электрохимического метода обезжиривания в не-
которых случаях во много раз превышает эффективность обычных
химических способов очистки.
В качестве электролитов для обезжиривания используют ед-
кий натр, углекислый натрий, углекислый калий, фосфорнокислый
натрий, цианистый натрий или калий и др. Иногда в эти растворы
добавляют небольшое количество эмульгатора — мыла или жид-
кого стекла.
Одним из электродов служит обрабатываемая деталь, другим —
стальные никелированные или, еще лучше, никелевые пластинки.
Железо, не покрытое никелем, на аноде при катодном обезжири-
вании частично переходит в раствор, загрязняя его, и частично
осаждается на катоде. Это особенно нежелательно при катодном
обезжиривании полированных изделий непосредственно перед
нанесением покрытия.
Перемешивание электролита интенсифицирует процесс обез-
жиривания. Повышенная температура раствора (60—70° С) при
электрохимическом обезжиривании оказывает примерно такое же
влияние, как и при химической обработке. Повышение температу-
ры растворов, как известно, увеличивает их электропроводность,
что позволяет понизить (при равной плотности тока) напряжение
на зажимах электродов. Следовательно, при электрохимическом
обезжиривании повышенная температура уменьшает расход элек-
троэнергии. Это особенно важно, когда в качестве электролита
употребляются слабопроводящие соли и электролиз производится
при высокой плотности тока.
Обычно при химическом обезжиривании температуру электро-
лита поддерживают в пределах 60—80° С.
Плотность тока при обезжиривании должна быть такой, чтобы
количество выделяющихся пузырьков газа было достаточным
и для механического отделения капелек масла с поверхности об-
рабатываемой детали, и для перемешивания раствора. Повышение
плотности тока, следовательно, должно оказывать большое влия-
ние на скорость обезжиривания. Обычно плотность тока при
электрохимическом обезжиривании равна 3—10 а/дм2.
Напряжение на зажимах электродов при обезжиривании в
обычных растворах едких щелочей и их солей колеблется в за-
висимости от состава и концентрации раствора, плотности тока,
температуры и расстояния между электродами в пределах 3—12 в,
а иногда и выше. Расстояние между электродами при обезжирива-
нии определяется главным образом величиной и формой изделий,
а также соображениями наибольшей экономии электроэнергии и
составляет обычно 5—15 см.
Травление — это процесс удаления окислов с поверхности
металлов путем обработки изделий в растворах кислот и кислых
солей или щелочей. Травление производится как химическим, так
и электрохимическим способом. Выбор способа травления зависит
от природы металла, характера и толщины слоя покрывающих
127
его окислов, а также от характера предварительной (механичес-
кой) и дальнейшей его обработки, а выбор травильного раствора
определяется прежде всего его химическим взаимоотношением с
окислами данного металла. Травление протекает успешно только
в том случае, если поверхность изделия предварительно очищена
от жировых загрязнений, поэтому оно должно следовать, как
правило, после операции обезжиривания. Исключение представляет
травление в щелочном растворе (химическое и электрохимическое),
применяемое для металлов, легко растворяющихся в щелочах.
Химический способ травления состоит в погружении изделий
в выбранный раствор кислоты или щелочи, реагирующей с окис-
лами данного металла. На практике для травления пользуются
растворами кислот.
Электрохимическое травление производится на аноде или на
катоде. Анодное травление основано на электролитическом
растворении металла и механическом отрывании окислов выделяю-
щимся кислородом. На катоде при этом происходит бурное выде-
ление водорода. В качестве электролита применяют растворы кислот
или раствор соли соответствующего металла. Электродами служат:
анодом — изделие, подлежащее травлению, катодом — свинец,
медь, железо и др. Плотности тока обычно высокие: 5—10 а/дм2,
и выше.
Катодное травление происходит в результате восстановления
и механического отрывания окислов металла выделяющимся водо-
родом. В качестве электролита берут раствор кислоты или соли,
обладающий хорошей электропроводностью. Наилучшими элект-
ролитами при катодном травлении являются растворы, содержащие
смесь серной и соляной кислот. Анодом служит свинец, сплав
свинца с сурьмой или кремнистый чугун. Плотность тока при ка-
тодном травлении такая же, как и при анодном.
Декапирование — еще один вид химической обработки
изделий, несколько отличающийся от обычного процесса травления
металлов. Оно производится непосредственно перед погружением
изделий в гальванические ванны. Эта операция необходима прежде
всего для быстрого удаления легкого налета окисла, образую-
щегося очень часто на поверхности очищенных изделий при их
транспортировке или во время хранения.
Для химического декапирования применяются более слабые
травильные растворы, чем для обычного травления. Во избежание
разрушения поверхности изделцгсолерация декапирования длится
очень недолго — от несколькйх секунд до 1 мин. Чаще всего для
химического декапирования железа и стали применяют 3—5%-ный
раствор серной или соляной кислоты. Изделия из меди и ее спла-
вов декапируют в 5—10 %-ном растворе серной кислоты и в раз-
бавленных растворах смеси фосфорной и соляной кислот. Цинк и
алюминий декапируют в 3%-ном растворе соляной кислоты; хоро-
шие результаты получаются также при обработке цинка и его
сплавов в 3—5?4-ном растворе серной кислоты или в 5—10%-ном
128
растворе фосфорной кислоты при комнатной температуре. Кроме
того, для обоих металлов применяют декапирование в разбавлен-
ных растворах щелочей (5—10%-ном КОН или NaOH) при темпе-
ратуре 20—60° С.
Электрохимический способ декапирования заключается в том,
что деталь (анод) перед покрытием обрабатывают в чистых раст-
ворах серной, фосфорной и хромовой кислот, а также в растворах
кислых сернокислых солей при комнатной температуре. Очень
хорошие результаты получаются при анодном декапировании из-
делий из стали в растворе, содержащем 60—84% серной кислоты;
начинать работу нужно при высокой концентрации серной кис-
лоты. Температура раствора 15—25° С; анодная плотность тока
5—10 а/дм*', напряжение 10—12 в. Продолжительность процесса
около 1 мин.
в)	Ультразвуковая очистка
Сравнительно недавно для очистки поверхности изделий от
загрязнений стали использовать метод возбуждения жидкости
энергией звуковых колебаний высокой частоты с помощью магнито-
стрикционных и других вибраторов х. При этом происходит так
называемая кавитация, иначе говоря, «захлопывание» пузырьков
газа, образующихся при периодическом сжатии и расширении
жидкости под действием знакопеременного давления.
Механизм кавитации состоит в том, что при воздействии ульт-
развуковой энергии на жидкость в ней возникают очень высокие
мгновенные гидростатические и гидродинамические давления. Если
сумма гадродинамического и гидростатического давлений дости-
гает некоторого критического значения, пузырьки газа и пара,
обычно присутствующие в жидкости, приобретают способность
к неограниченному росту. При увеличении давления сверх кри-
тического значения пузырьки сокращаются и исчезают. Сокраще-
ние пузырьков происходит с очень большой скоростью и сопровож-
дается своего рода гидравлическими ударами, вызывающими пре-
дельно высокие местные давления. Как правило, кавитация со-
провождается разрушением поверхности твердого тела, находяще-
гося в жидкости, и сопровождается отрывом прилипших к поверх-
ности изделия частиц загразнений, а также разрушением окислов.
Явления, происходящие на загрязненной поверхности при очистке
в жидкости, возбуждаемой ультразвуковыми колебаниями, вклю-
чают несколько процессов, протекающих одновременно и опреде-
ляемых частотой колебаний.
При низких ультразвуковых частотах преобладает механичес-
кое действие кавитационных ударов, нарушающих сцепление
между частицами загрязнений и поверхностью очищаемой детали,
1 О конструкции простейшего магнитострикционного вибратора см.
в гл. XII.
5 А. Т. Белевцев
129
ё результате чего загрязнения отделяются, а затем эмульгируются
или диспергируют в рабочей жидкости (растворителе). Химиче-
ское воздействие растворителя на загрязнения усиливается интен-
сивным движением жидкости.
При высоких частотах важную роль играет повышение темпе-
ратуры в поверхностном слое благодаря поглощению энергии
ультразвуковых колебаний и превращению их в тепло.
Обычно очистка мелких и очень мелких деталей производится
на предельно высоких частотах (до 1 Мгц), а очистка крупных
деталей, особенно если в них имеются пустоты, — на низких
(20—40 кгц). При очистке гладких поверхностей точных изделий
(например, полированных легких металлов) использование очень
низких частот нежелательно, так как можно повредить их поверх-
ность. Изделия из пластмасс, сильно нагревающиеся на высоких
частотах из-за интенсивного поглощения колебаний, также обра-
батывают на низких частотах.
Ультразвуковую очистку ведут в различных средах, в том
числе в воде или водных растворах солей, которые иногда эффек-
тивно заменяют сравнительно дорогие органические раствори-
тели. Применяют щелочные растворы с pH от 7,5 до 13 и концен-
трацией от7,5—15г/^до 120—240г/^в зависимости от природы и
степени загрязнения изделий. Температура этих растворов должна
быть 54—65° С. Растворы низких концентраций используют для
очистки деталей от полировочных паст, средних концентраций —
для очистки цветных металлов от жировых загрязнений, высоких —
для очистки стальных деталей от паст и красок. При некоторых
концентрациях возможно удаление окалины и ржавчины. Кис-
лые растворы с температурой 54—71° С применяются при кон-
центрациях 5—50% для удаления окалины, ржавчины и на-
гара.
Из органических растворителей для ультразвуковой очистки
наиболее распространен трихлорэтилен. Он обладает хорошей
растворяющей способностью, относительно безвреден и недефици-
тен и характеризуется более низкой, чем у водных растворов, тем-
пературой возникновения кавитации (32—50° С).
Некоторые растворители, например бензол и сероуглерод,
сильно поглощают ультразвуковую энергию; выделяющиеся при
этом пузырьки, скапливаясь у излучающей поверхности преоб-
разователя, снижают эффективность его работы.
Ультразвуковая очистка эффективна только при хорошем
смачивании поверхности изделий растворителем. Поэтому для
удаления с поверхности очищаемых деталей пузырьков воздуха
и газов и устранения воздушных мешков в каналах и отверстиях
в процессе очистки детали встряхивают, а для лучшего смачива-
ния в состав растворителя вводят поверхностно-активные вещества,
понижающие поверхностное натяжение.
130
7-3
МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ НЕГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ПОКРЫТИЯ
При производстве радиоаппаратуры применяют несколько
способов металлических негальванических покрытий; вакуумное
испарение, катодное распыление, горячее распыление, горячую
металлизацию.
Вакуумное испарение (возгонка) — это способ на-
несения на обрабатываемое изделие тонкой металлической пленки
путем конденсации паров металла в ва-
кууме. Ваккумное испарение обеспечивает
весьма большую прочность пленок, причем
управление процессом осаждения сравни-
тельно несложно.
Испарение в ваккуме (возгонка) широ-
ко применяется при нанесении тонких
слоев родия или палладия для повышения
механической прочности ранее осажден-
ного на поверхность изделия серебра;
для изготовления высокоточных безындук-
ционных резисторов, работающих в СВЧ-
приборах; при изготовлении металлизиро-
ванных резисторов (МЛТ); в технологии
печатных схем; для придания поверхно-
стям высокой отражающей способности;
для создания тонких электропроводящих
слоев на электроизоляционных материа-
лах. В ряде случаев применение вакуум-
ного испарения является единственным
Рис. 7-1. Схема установ-
ки для испарения ме-
таллов.
1 — испаритель; 2 — заго-
товка; 3 — штуцер к ва-
куумному насосу.
средством для решения сложных конст-
руктивных и технологических задач. Достаточно упомянуть о
том, что в измерительной аппаратуре, работающей в диапазоне
СВЧ, применяются тонкие слюдяные пластинки, на которые ва-
куумным испарением осаждается слой палладия толщиной не
более 200А.
Обрабатываемую деталь, на поверхность которой нужно на-
нести слой металла, помещают в вакуумной камере (10“3—10-5 мм
рт. ст,) над испарителем (рис. 7-1), в качестве которого в про-
стейшем случае используется пластинка из тугоплавкого матери-
ала (например, при изготовлении непроволочных резисторов
применяются молибден, вольфрам), разогреваемая до температуры
испарения электрическим током. Во многих случаях интенсивное
испарение металла начинается при температуре -ниже темпера-
туры плавления, когда давление паров металла превысит давле-
ние в испарительной камере. Скорость испарения металла зависит
от его температуры. Как видно из табл. 7-1, температуры, при ко-
торых упругость насыщенных паров достигает определенных зна-
чений, существенно различаются для различных металлов, даже
б*
131
близких по температуре плавления (например, хром и платина).
Из табл. 7-1 видно также, что давление паров металла изменяется
примерно на целый порядок с изменением температуры на 10%.
В связи с этим регулирование скорости испарения часто бывает
затруднено.
Таблица 7-1
Зависимость скорости испарения металла от его температуры
Элемент	Температура, °К, соответствующая давлению насыщенных паров, мм рт. ст.						Темпера- тура плавле- ния, °К
	0,01	0,1	1	10	100	1 000	
Ртуть 		246	266	290	320	354	399	234
Цинк		490	523	567	620	681	762	692
Литий		—	680	740	814	905	1018	452
Висмут		—	—	890	970	1070	1 190	544
Сурьма 		—	—	—	973	—	—	903
Свинец		770	830	910	1000	1110	1260	600
Олово		—	—	—	1 148	—	—	505
Хром		—	—	—	1 190	—	—	2 073
Серебро 		—	—	1080	1 180	1310	1460	1233
Золото 		—	—	—	1445	—	—	1 336
Алюминий ....	—	—	—	1470	1610	1 780	933
Железо		—	—	—	1694	—	—	1803
Никель		—	—	—	1717		—	1 723
Платина		—	—	—	2 332	—	—	2 043
Молибден ....	—	—	—	2 755	—	—	2 873
Вольфрам ....	—	—	—	3 505	—	—	3 673
При малой длительности периода испарения существенное
влияние на результат процесса оказывает период разогрева и
охлаждения испарителя. Для улучшения результатов процесса
необходимо обеспечить постоянство скорости подъема и пониже-
ния температуры испарителя либо экранировать поверхности
осаждения на время установления постоянной температуры.
Перед нанесением покрытия поверхность тщательно очищают
от жировых пятен, пыли и других загрязнений, протирая ее эти-
ловым спиртом, и высушивают в термостате.
Толщина слоя покрытия зависит от степени разрежения,
температуры и времени испарения.
К недостаткам вакуумного испарения относятся длительность
процесса и малый коэффициент использования испаряемого ме-
талла, который осаждается не только на покрываемом изделии,
но и на поверхности всех предметов, находящихся под колпаком,
а также и на внутренних его стенках.
Катодное распыление. Осаждение пленок металла
методом катодного распыления основано на явлении переноса ме-
талла с катода на анод при тлеющем разряде в газах. Простей-
шая схема установки для катодного распыления показана на
132
Рис. 7-2. Схема установ-
ки для катодного рас-
пыления.
рис. 7-2. Катод изготавливают из металла, который нужно на-
нести на поверхность изделия. Материал анода не играет роли.
Обычно анодом служит железо или алюминий. Обрабатываемое
изделие помещают в поток ионизированного газа параллельно
катоду вблизи темного катодного пространства. Интенсивность
осаждения наиболее велика, когда катодное темное пространство
заполняет от г/2 до х/3 расстояния между катодом и поверхностью
изделия. Размер катодного темного пространства легко регули-
руется степенью разрежения: с повыше-
нием давления размер его уменьшается.
Интенсивность распыления при прочих
равных условиях регулируют величиной
приложенного напряжения. Разность по-
тенциалов, необходимая при катодном рас-
пылении, составляет от 10 до 30 кв. Про-
цесс переноса частиц металла с катода на
изделие протекает при разрежении 10~3-—
10'4 мм рт. ст.
Интенсивность распыления зависит от
свойств материала катода и состава газо-
вой среды. Любой металл распыляется,
например, в азоте, значительно быстрее,
чем в водороде, а в аргоне почти в 6 раз
быстрее, чем в водороде. В среде гелия рас-
пыление всех металлов очень незначи-
ока-
зывать избирательное действие. Например,
введение в камеру паров ртути ускоряет
скорость распыления хрома, алюминия и
сравнительно мало влияет на интенсивность распыления других
металлов. Металлы, имеющие высокую температуру испарения,
распыляются, как правило, с меньшей скоростью.
Способ катодного распыления удобен тем, что скорость процесса
легко поддается управлению. Регулируя величину тока, можно
изменять время распыления от долей секунды до нескольких часов.
В процессе откачки газа из камеры при небольшом разреже-
нии, когда распыление еще не происходит, благодаря действию
тлеющего разряда осуществляется безупречная очистка поверх-
ности осаждения, что очень важно для прочного закрепления
пленки.
Недостаток способа катодного распыления — в непременном
присутствии в камере газа, что часто приводит к захвату его ато-
мов и прочному их включению в осаждаемую пленку, а также
в трудности распыления некоторых тугоплавких металлов и спла-
вов, представляющих в ряде случаев большой практический ин-
терес благодаря их химической стойкости и высокому удельному
сопротивлению.
тельно.
Примеси некоторых газов могут
1 — катод- 2 — анод; з —
заготовка» 4 — штуцер к
вакуумному насосу» 5 и 6 —
герметичные выводы к ис-
точнику высокого напряже-
ния.
133
Горячее распыление заключается в том, что рас-
плавленный металл распыляется сжатым газом и осаждается на
поверхности обрабатываемого изделия. Посредством горячего рас-
пыления на поверхность любого материала можно нанести любое
металлическое покрытие.
Покрытие наносят распылительным пистолетом (рис. 7-3). Ствол
пистолета состоит из трех металлических трубок, вставленных
одна в другую. По трубке меньшего диаметра подается проволока
из металла, который используется для образования покрытия.
По трубке среднего диаметра поступает горючая смесь газов: во-
дорода и кислорода или ацетилена и кислорода. Между наруж-
ной стенкой средней трубки и корпусом ствола, который пред-
ставляет собой третью трубку самого большого диаметра, по-
дается под давлением азот или углекислый газ. На конце корпуса
ствола укреплена насадка с отверстием, через которое разбрызги-
вается расплавленный металл.
Рис. 7-3. Схема камеры плавления
пистолета для горячего распыления
металла.
1 — камера плавления; 2 — проволока; з-
канал подачи нейтрального газа; 4 — на-
нал подачи горячей смеси.
Частицы распыленного металла
переносят очень незначитель-
ное количество тепла, поэтому
способом горячего распыления
можно металлизировать тончай-
шие ткани, конденсаторную бу-
магу, полистироловую пленку и
другие материалы с низкой на-
гревостойкостью.
Исследование микрострукту-
ры металлизированного слоя по-
шуек металла, связанных
только силами сцепления.
называет, что он состоит из че-
между собой, а также с основанием
Это объясняется тем, что поверхность
распыленных частиц металла во время переноса через воздушное
пространство, отделяющее пистолет от покрываемой поверхности,
успевает окислиться. Количество окислов составляет 1—2% (по
весу) от общего количества металла в зависимости от состояния
атмосферы и свойств наносимого металла. Частицы металла с
окисленной поверхностью, ударяясь о поверхность обрабатывае-
мого изделия, деформируются и образуют чешуйки, отделенные
одна от другой пленками окиси. Поэтому металлизированный
слой — пористый, а присутствие окислов ухудшает его защит-
ные свойства (которые, однако, могут быть повышены увеличе-
нием толщины слоя).
Подготовка поверхности перед горячим распылением состоит
в удалении жировых пленок и загрязнений. Гладким поверхно-
стям необходимо придать шероховатость путем гидропескоструй-
ной обработки, что значительно увеличивает силу сцепления ча-
стиц наносимого металла с основанием. Металлические поверх-
ности, если это возможно, желательно нагревать до 200—250° С.
При поддержании указанной температуры нагрева в течение про-
134
цесса металлизации оловом, цинком, медью возможна некоторая
спайка металла покрытия с основанием.
Горячая металлизация применяется для нане-
сения покрытия на металлические изделия. Широко распростра-
нены горячее лужение и цинкование, которые осуществляются
погружением изделия в расплавленный металл после предвари-
тельной тщательной очистки его поверхности от загрязнений и
окислов. При горячем лужении хорошо очищенное изделие сма-
чивают флюсом, например хлористым цинком, и погружают на
короткое время в расплавленное олово или припой — сплав
олова со свинцом. Затем изделие вынимают и быстро встряхи-
вают, пока расплавленное олово или припой не успели еще за-
стыть; излишек олова или припоя при этом сбрасывается с по-
верхности изделия. Для получения равномерной толщины слоя
олова на больших поверхностях еще не успевшее застыть покрытие
быстро протирают сухой тряпкой.
При массовом горячем лужении мелкие детали предварительно
подвергают травлению, затем промывают холодной водой, нейтра-
лизуют и обезжиривают в содовом растворе. После этого детали
засыпают в проволочную корзину и вместе с ней погружают в
ванну с водным раствором хлористого цинка. Встряхивая кор-
зину, детали освобождают от излишков флюса и пересыпают
в другую проволочную корзину, нагретую до температуры
200—250° С, которую быстро погружают в тигель с расплавленным
припоем на 10—15 сек. После этого корзину с деталями переносят
в центрифугу и вращают со скоростью 1 000—1 500 об/мин в те-
чение 8—10 сек. При этом излишки еще не успевшего застыть при-
поя отделяются от деталей и выбрасываются через отверстия кор-
зины к стенкам каркаса центрифуги, застывают и падают в
сборник.
7-4
НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ХИМИЧЕСКИЕ ПОКРЫТИЯ
Из химических способов отделки и покрытия поверхности
деталей радиоаппаратуры наиболее распространены оксидиро-
вание, фосфатирование и антикоррозионное азотирование.
Оксидирование представляет собой процесс создания
окисной пленки исходного металла на поверхности деталей. Пленка
имеет толщину около одного микрона, т. е. размеры деталей при
оксидировании практически не изменяются. Химическое оксиди-
рование — один из способов защиты от коррозии стальных де-
талей, а также деталей из меди, алюминия и магния и их сплавов.
Поэтому оксидированию подвергаются детали, размеры ко-
торых выполнены по 1—3-му классам точности. В зависимости от
применяемых электролитов существуют три вида оксидирования:
щелочное, бесщелочное и химическое.
Стальные детали оксидируют в стационарных ваннах щелочным
и бесщелочным (кислотным) способами.
135
Щелочное оксидирование производится в горячих концентри-
рованных растворах едких щелочей в присутствии различных
окислителей. Широкое применение имеет раствор, состоящий из
едкого натра NaOH (650—700 г/л), азотистокислого натрия NaNO2
(200—220 г 1л), азотнокислого натрия NaNO3 (50—70 г!л) и пере-
киси марганца МпО2 (20—25 г/л). В этом растворе, нагретом до
138—145° С, изделия выдерживают от 60 до 90 мин в зависимости
от процентного содержания углерода в стали. Температура на-
грева деталей из легированных сталей 150—155° С, время окси-
дирования 1,5—2 ч.
После обработки в растворах детали тщательно промывают
проточной подогретой водой (40—45° С) и протирают щетинными
щетками. Затем в стационарной ванне с устройством для встряхи-
вания детали промывают горячей (70—95° С) водой под душем в
течение 10—15 сек. После обработки в мыльном растворе при
температуре 70—95° С в течение 15—20 мин проводится вторич-
ная промывка горячей водой под душем с последующей сушкой
в сушильном шкафу при непрерывной циркуляции воздуха, по-
догретого до 70—90° С. Затем детали проваривают в масле при тем-
пературе 110—120° С в течение 10—15 мин.
Внешний вид получаемой окисной пленки можно изменять,
применяя различные окислители.
Бесщелочное (кислотное) оксидирование стальных деталей
образует защитную пленку из фосфатов кальция и окислов же-
леза. Получаемая при этом пленка толщиной около 15 мкм по ус-
тойчивости против коррозии и механической прочности превос-
ходит пленку, образующуюся в щелочно-нитратных растворах.
Химическое оксидирование алюминия и алюминиевых спла-
вов ведут в растворах, содержащих щелочь и хроматы щелочных
металлов. Предварительно обезжиренные в щелочном растворе
изделия оксидируют в течение 10—15 мин в стальной ванне при
85—100° С в водном растворе 50 г/л кальцинированной соды и
15 г/л хромовокислого натрия. Полученную пленку, обладающую
хорошей адсорбционной способностью, закрепляют обработкой
в растворе хромового ангидрида (20 г!л).
Оксидированные поверхности закрашивают цинкохроматным
грунтом АПГ.
При оксидировании меди и ее сплавов в щелочно-сульфатных
растворах получаются окисные пленки различной толщины
темно-синего и коричневого цветов; в отдельных случаях эти
пленки используют в качестве грунта для лакокрасочных покрытий.
Фосфатирование — это химический процесс образо-
вания на поверхности деталей пленки фосфатов. Пленка имеет
шероховатую поверхность, обладает высокой адсорбционной спо-
собностью, является хорошим грунтом для смазок, лаков, красок,
прочно сцепляется с основным металлом. Фосфатирование прак-
тически не изменяет размеров деталей. Вместе с тем фосфатная
пленка неэлектропроводна, не поддается паянию и разрушается от
136
ударов. Работа фосфатированных деталей на трение не допу-
скается.
Фосфатирование стальных деталей состоит из подготовки по-
верхности детали (предварительная обработка), получения фос-
фатного покрытия (собственно фосфатирования) й дополнительной
обработки фосфатированных деталей для усиления какого-либо
свойства покрытия. Предварительная обработка деталей заклю-
чается в обезжиривании, очистке от ржавчины и окалины и про-
мывке. Для фосфатирования применяют главным образом растворы
фосфорнокислых солей марганца, цинка и железа и свободной
фосфорной кислоты с теми или иными добавками, улучшающими
процесс образования фосфатного покрытия. Крупные детали по-
гружают в ванну на подвесках, а мелкие — в специальных сет-
чатых корзинах, перфорированных барабанах и т. д. Детали,
загруженные во вращающихся барабанах, получают более ровный
фосфатный слой с мелкокристаллической структурой. Время,
необходимое для образования фосфатного слоя требуемой тол-
щины, зависит от состава ванны, температуры и качества поверх-
ности фосфатируемых деталей и колеблется от нескольких минут
до часа и более. Толщина наносимого фосфатного слоя составляет
от 0,001 до 0,015 мм в зависимости от назначения детали.
По окончании фосфатирования детали тщательно промывают
сначала холодной проточной водой, затем горячей и тщательно
просушивают в сушильных шкафах при 200—300° С.
Азотирование состоит в насыщении поверхности сталь-
ных деталей азотом в потоке аммиака при температуре 500—650° С.
Антикоррозионному азотированию подвергают детали из малоугле-
родистых сталей, выполненные по 2-му и 3-му классам точности и
работающие в средних и жестких условиях эксплуатации (на-
пример, оси под посадку шарикоподшипников и других деталей,
зубчатые колеса, втулки, кольца, муфты, детали, штифтуемые на
осях). Для деталей толщиной или диаметром менее 1,5 мм и для
пружин антикоррозионное азотирование не применяется.
Лучшие антикоррозионные свойства поверхности стали полу-
чаются, если режим процесса азотирования обеспечивает за от-
носительно короткое время максимальную и равномерную кон-
центрацию азота в поверхностном слое с образованием твердого
раствора нитридов в железе. Это зависит от качества подготовки
деталей, от температуры процесса азотирования, равномерности и
скорости подачи аммиака к поверхности обрабатываемых деталей,
от полноты предварительной очистки аммиака от влаги, от степени
диссоциации аммиака и от условий охлаждения деталей.
Чем лучше механически подготовлена поверхность детали,
тем выше качество азотирования. Перед азотированием детали
тщательно обезжиривают.
Температура процесса азотирования и его продолжительность
тесно связаны между собой. С повышением температуры до 700° С
скорость процесса резко возрастает, а затем начинает заметно
137
падать, так как при высоких температурах превалирует процесс
распада нитридов. Так, количество поглощаемого сталью азота
при температуре 600° С в 3 раза больше по сравнению с азотиро-
ванием при температуре 500° С (при одинаковой продолжитель-
ности процесса). Увеличение времени азотирования также ведет
к возрастанию количества азота, поглощенного сталью, и глубины
азотированного слоя. Азотирование при температуре ниже 500° С
не обеспечивает надежной защиты от коррозии.
Как правило, в первое время насыщение стали азотом проис-
ходит наиболее интенсивно, затем скорость процесса азотиро-
вания уменьшается и определяется скоростью диффузии азота в
металл.
Продолжительность азотирования определяется получением
коррозионноустойчивого беспористого слоя. Увеличение длитель-
ности процесса сверх установленных пределов повышает хруп-
кость как азотированного слоя, так и самого металла.
На поглощение азота сталью влияет и степень диссоциации
(распада) аммиака. На степень диссоциации аммиака влияет не
только температура, но и полнота загруженности контейнера
стальными деталями. Сталь усваивает только атомарный азот,
поэтому необходимо, чтобы молекулы аммиака адсорбировались
на поверхности стальных деталей и на этой же поверхности пре-
терпевали диссоциацию. Максимальное насыщение стали азотом
происходит при диссоциации аммиака в пределах 15—45%. Про-
цесс азотирования обычно проводят при диссоциации аммиака в
пределах 20—30%.
7-5
МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ И НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ
ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ' ПОКРЫТИЯ
При выборе способа защиты металлических деталей от кор-
розии путем нанесения гальванических покрытий из других ме-
таллов исходят из электрохимических свойств металла в данной
среде. Одним из этих свойств является способность металла с опре-
деленной силой переходить в раствор в указанной среде. Эта сила
характеризуется электрохимическим потенциалом, выражаемым
в вольтах. Чем меньше (алгебраически) электрохимический по-
тенциал металла в данной среде, тем больше его стремление пе-
рейти в раствор. Металл с меньшим потенциалом является ано-
дом, растворяемым электродом, и его способность перейти в раст-
вор, т. е. разрушаться, больше, чем у электрода с большим элект-
рохимическим потенциалом.
На металлы с отрицательным потенциалом, например цинк,
алюминий, их сплавы и железо, нельзя нанести металлы с более
положительным потенциалом, например медь, из простых кислых
электролитов (в подобных случаях приходится прибегать к циа-
нистым ваннам, а это связано с рядом неудобств).
138
Гальваническое Покрытие является анодным, если в данной
среде электрохимический потенциал металла покрытия меньше,
чем потенциал металла детали. Защита в этом случае имеет элект-
рохимический характер. Металл детали и металл покрытия (при
наличии нарушений и пор в последнем) можно рассматривать как
короткозамкнутый электрический элемент с определенной раз-
ностью потенциалов, для которого окружающая атмосфера с оп-
ределенным содержанием активных газов и влаги является раст-
воряющей средой. Поэтому анодные покрытия защищают детали
в агрессивной среде даже при нарушении целостности слоя, так
как металл анодного покрытия, являющийся растворяемым
электродом, скорее подвергается разрушению, чем металл де-
тали.
Покрытие называется катодным, если в данной среде
электрохимический потенциал металла покрытия больше, чем
потенциал металла детали. Катодные покрытия защищают металл
детали только механически. При нарушении целостности слоя
покрытия быстрее разрушается металл изделия.
При любом виде гальванических покрытий надо стремиться
к уменьшению разности потенциалов основного металла и ме-
талла покрытия. Эта разность не должна быть более 0,5 в.
Защитные свойства и продолжительность срока службы анод-
ных покрытий в основном зависят от их толщины, защитные же
свойства катодных покрытий зависят от толщины и пористости
покрытия. Пористость — один из очень существенных недостат-
ков гальванических покрытий.
Другим большим недостатком гальванических покрытий яв-
ляется невозможность получения равномерного по толщине слоя
пленки на всех участках поверхности сложной формы. Не реко-
мендуется наносить покрытия на собранные узлы, так как в местах
соединений металл деталей остается непокрытым. Еще хуже то,
что в этих местах могут оставаться следы кислот (из-за трудности
промывки), создающие очаги коррозии.
Некоторые металлы (например, хром), осаждаясь на отполи-
рованной поверхности при обычных условиях электролиза, обра-
зуют зеркальное покрытие и не требуют дополнительного поли-
рования; другие металлы (например, олово и свинец) почти всегда
дают матовую поверхность.
На радиозаводах для гальванического покрытия мелких де-
талей применяют вращающиеся ванны (колокола) с наклонной
осью вращения. Стальной корпус ванны (колокол) 1 (рис. 7-4)
покрыт внутри резиной или термопластичной массой, на которую
укладывают медные контактные пластины — катоды. Анодная
пластина 2 крепится на штанге, удерживаемой на неподвижном
кронштейне. Обрабатываемые детали насыпают на дно ванны, на-
полненной электролитом, они контактируют через медные пластины
со стальным корпусом ванны. Перемещение деталей при вращении
колокола обеспечивает равномерность покрытия. После покрытия
139
детали вынимают, тщательно промывают проточной водой и вы-
сушивают.
Крупные изделия обрабатывают в стационарных ваннах, где
детали подвешивают к стержням с помощью проволочных под-
весок. Для покрытия мелких изделий в стационарных ваннах
применяют корзинки или ведра из металлической сетки. Стацио-
нарные ванны нередко оборудуют транспортерами, которые пе-
ремещают обрабатываемые детали в ванне параллельно анодам.
Плотность тока регулируется вручную автотрансформатором
или с помощью автоматического регулятора.
Основными процессами, подлежащими механизации и автома-
тизации в гальванических цехах, являются уже рассмотренные
Рис. 7-4. Ванна с наклонной осью
вращения.
процессы подготовки деталей к
покрытию и непосредственно про-
цессы нанесения гальванических
покрытий \
И в том и в другом случае
должны быть автоматизированы
процессы: загрузка деталей в ван-
ну, их движение из этой ванны в
другую через определенные про-
межутки времени и выгрузка, а
также подача растворов, регули-
рование заданных режимов, плот-
ности тока, температуры и др.
При использовании автоматов
функции рабочего сводятся толь-
ко к загрузке и выгрузке изделий,
уже промытых и высушенных.
Один рабочий может обслужить
несколько гальванических автома-
1 — колокол; 2 — анод; 3 — кониче- TOB, Причем Качество ПОКРЫТИЯ
екая передача; 4 -^„ивода, получаетсд весьма стабильным;
время выдержки деталей в элект-
ролите автоматически регулируется в зависимости от концентра-
ции электролита, его температуры и других факторов.
На рис. 7-5 показана схема транспортирующего устройства
гальванического автомата. Колокола 1 прикреплены к бесконеч-
ной цепи 2, которая периодически перемещается с шагом, равным
расстоянию между колоколами. При передаче из одной ванны
в другую колокола поднимают, чтобы не задеть за стенки ванны.
При перемещении цепи в направлении, указанном стрелкой,
ролик 5 встречает кулачок 5, скользя по которому приподнимает
колокол и удерживает его в таком положении до тех пор, пока ось
1 Эти вопросы более подробно рассмотрены в книге И. М. Ткалина и
В. Л. Штрума «Механизация и автоматизация в электроприборостроении»,
Госэнергоиздат, 1962.
140
колокола не будет находиться против середины ванны. В этом по-
ложении ролик соскакивает с кулачка и колокол опускается в
ванну. Положение погруженного колокола определяется вин-
том 4, в который при опускании колокола упирается червячное
колесо 6, служащее для вращения колокола в ванне. Стенки кор-
пуса колокола изготовляют из пластмассы или покрывают рези-
ной; в ряде случаев колокола выполняют из медной сетки, дно ко-
торой служит катодом, а стержень 7 анодом. Необходимо от-
метить, что на радиозаводах подобные транспортирующие устрой-
ства и автоматы применяются для гальванических покрытий как
мелких, так и крупных деталей, транспортируемых на индивиду-
альных подвесках.
Рис. 7-5. Схема транспортирующего устройства автомата для гальваниче-
ских покрытий.
Для поддержания заданных режимов в ваннах применяются
автоматические регистрирующие устройства и измерительные
приборы.
Одним из наиболее важных параметров, подлежащих автома-
тическому регулированию, является плотность тока. Регулиро-
вание плотности тока, как известно, производится изменением на-
пряжения на штангах ванны, поэтому важным является выбор
источников постоянного тока и регуляторов, обеспечивающих
плавное регулирование напряжения. Для автоматического регу-
лирования требуется, чтобы регулятор напряжения просто и на-
дежно сочленялся с исполнительным механизмом реверсивного
действия.
В зависимости от материала верхнего слоя покрытия раз-
личают цинкование, кадмирование, меднение, латунирование,
никелирование, хромирование, покрытие сплавами олово—свинец
(электролитическое лужение), серебрение и золочениеw
141
Цинкование — это типичное анодное покрытие, приме-
няемое почти исключительно для защиты черных металлов. Цин-
ковое покрытие имеет среднюю твердость, выдерживает разваль-
цовку и изгибы, плохо паяется и сваривается, не поддается облу-
живанию. В сухом воздухе цинковое покрытие устойчиво. В при-
сутствии влаги при нормальной температуре образуется окисная
пленка толщиной 5—10А, обладающая защитными свойствами.
Во влажной среде при 60—80° С цинк быстро корродирует. Мор-
ская вода и кислоты особенно быстро разрушают цинковое покры-
тие.
Для цинкования применяют кислые и цианистые электролиты.
Цианистые электролиты позволяют получить более высокое ка-
чество покрытия, поэтому их используют при сложной форме из-
делия. Однако цианистые ванны ядовиты, и эксплуатация их тре-
бует надежной вытяжной вентиляции. Кислые электролиты приме-
няются для цинкования изделий несложной формы.
Кадмирование применяется для защиты от коррозии
черных металлов. По своим свойствам кадмий очень близок к
цинку. Кадмиевое покрытие имеет приятный серебристо-стальной
цвет; со временем блеск покрытия теряется. В химическом отно-
шении кадмий более стоек, чем цинк. В атмосфере влажного воз-
духа он покрывается тонкой пленкой окиси, приобретающей при
200° С соломенно-желтый цвет и предохраняющей металл от даль-
нейшего разрушения.
Защитные свойства кадмия, так же как и цинка, зависят от
толщины покрытия, которая составляет 10—15 мк для мягких
условий и 25 мк — для защиты от сильнодействующих корроди-
рующих агентов. Считают, что кадмий защищает черные металлы
от воздействия атмосферного воздуха неограниченное время.
В атмосфере, загрязненной сернистыми газами, кадмиевое покрытие
быстро разрушается. Кадмий значительно хуже цинка растворя-
ется в минеральных кислотах и совершенно нерастворим в щело-
чах. Он хорошо заполняет все углубления и поэтому применя-
ется для покрытия резьбовых деталей; кадмием можно покрывать
детали, подвергающиеся в дальнейшем развальцовке, вытяжке и
гибке.
Высокая стоимость и дефицитность кадмия ограничивают его
использование.
Меднение как самостоятельный вид покрытия деталей из
черных металлов не применяется, так как медь легко окис-
ляется на воздухе и темнеет. Оно используется для образова-
ния подслоя перед нанесением никеля, хрома, олова, серебра
и золота, а также перед окраской и лакированием. Толщина
подслоя меди для хромирования, никелирования и серебрения
3—25 мк.
Меднение часто применяют для увеличения электропровод-
ности и для защиты поверхности детали от науглероживания при
цементации, а также для покрытия медью деталей из черных ме-
142
таллов перед пайкой, лужением или сваркой (в этом случае тол-
щина слоя меди 20 мк).
Для меднения применяют кислые или цианистые электролиты.
Кислые электролиты не обеспечивают хорошего сцепления слоя
меди с поверхностью изделий из черных металлов. Цианистые
электролиты дают более прочное покрытие на черных металлах.
Если меднение используют в качестве подслоя под никель или
хром, то вначале наносят тонкий слой меди в цианистом электро-
лите, а затем толщину слоя увеличивают в кислой ванне.
Латунирование — это процесс электрохимического
осаждения сплава меди с цинком. Латунные покрытия обладают
прочным сцеплением с различными металлами; хорошо полиру-
ются; их используют в качестве подслоя на сталь перед серебре-
нием, лужением, свинцеванием. Для защиты черных металлов от
коррозии латунирование не применяется. Толщина латунных
покрытий обычно не превышает 3—5 мк. Допускается использо-
вание латунирования как декоративного покрытия при работе
изделия в легких условиях.
Никелирование дает покрытия, обладающие высо-
кой твердостью и применяемые главным образом как защитно-
декоративные. Для декоративных и антикоррозионных целей ис-
пользуют тонкослойные покрытия с подслоем меди, никеля—меди
и меди—никеля (с последующим хромированием).
Общая толщина двухслойного покрытия из меди и никеля на
стальных деталях, работающих на воздухе, принимается не ме-
нее 25 мк, в закрытых помещениях — 13 мк; при защите латун-
ных и медных деталей толщина слоя никеля составляет: для де-
талей, работающих на воздухе — 13 мк, в помещении — 6 мк.
На воздухе никелевое покрытие изменяется незначительно, тем
не менее оно не имеет особых преимуществ по сравнению с цин-
ковыми или другими покрытиями. Поэтому в радиоаппаратуре
никелирование следует применять только для деталей, находя-
щихся снаружи (например, на лицевых панелях), где требуются
декоративно-защитные покрытия.
Хромирование используют для защиты от коррозии
стальных, медных, алюминиевых деталей и никеля, а также для
повышения отражательной способности поверхностей деталей,
износоустойчивости, жаростойкости и твердости. Покрытие может
быть блестящим или матовым. Осажденный на полированную по-
верхность хром имеет зеркальный блеск с высоким коэффициен-
том отражения (около 70%). В многослойных покрытиях хром осаж-
дается очень тонким слоем толщиной 0,5—0,6 мк. Хромовые по-
крытия обладают высокой стойкостью при работе на трение. Эти
покрытия хорошо полируются и не тускнеют при нагревании до
300° С. Однако они имеют трещины и поры, поэтому требуют на-
личия подслоя из других металлов (меди, никеля), без которого
они не могут надежно защищать стальные детали от корозии. На воз-
духе хром не изменяет своего цвета, на него не действуют серово-
143
дород и сернистые соединения. Недостатком хромового покрытия
является неравномерное распределение его на поверхности, что
затрудняет хромирование деталей сложной конфигурации.
Покрытие сплавами олов о—с в и н е ц (электро-
литическое лужение) применяется для защиты деталей из стали,
меди и ее сплавов от коррозии, а также для подготовки поверх-
ности к пайке. Луженые поверхности хорошо противостоят воз-
действию паров серы. Электролитические покрытия из сплавов
олово—свинец (толщина слоя 10—30 мк) обладают хорошим сцеп-
лением с металлом детали, выдерживают изгибы и вытяжку.
Серебрение и золочение применяют лишь в слу-
чаях, когда никакие другие виды покрытий не удовлетворяют
требованиям к коррозионной защите деталей; серебрение исполь-
зуют также для повышения электропроводности поверхностных
слоев токоведущих деталей и элементов радиоаппаратуры, а зо-
лочение — для электрических контактов, где недопустимо повы-
шение или вообще изменение переходного сопротивления. Эти
покрытия наносятся на медь, ее сплавы и др.
Наиболее распространены серебряные покрытия, применяемые
в декоративных и антикоррозионных целях, а также для подго-
товки поверхности к пайке, для уменьшения электрического со-
противления и повышения отражательной способности поверх-
ностей. Серебро не окисляется, но легко реагирует с галоидами;
при действии на него сероводорода и сернистых соединений об-
разуется сернистое серебро черного цвета. Механическая проч-
ность серебра невысока, поэтому для защиты от истирания (на-
пример, в резонаторах с плунжерной настройкой) на серебряное
покрытие наносят слой родия толщиной 0,2—0,4 мк. Родий за-
щищает серебряное покрытие и от действия сернистых соединений.
Серебро хорошо полируется, но обладает высокой степенью по-
ристости, из-за чего на сверхвысоких частотах применение такого
покрытия не всегда позволяет снизить потери в волноводных трак-
тах и резонаторах.
Серебрению подвергаются детали из меди и ее сплавов. Сталь-
ные детали покрывают серебром с предварительным нанесением
подслоя меди. Серебрение производится в цианистых электроли-
тах. Для прочного сцепления покрытия с металлом изделий их
перед серебрением амальгамируют путем кратковременного по-
гружения в водный раствор цианистой ртути (5—10 г/л) и циа-
нистого калия (10—15 г/л).
Покрытие из золота отличается высокой химической стойко-
стью, не окисляется и не тускнеет, но оно очень мягко, вслед-
ствие чего не может применяться для защиты трущихся поверх-
ностей. При необходимости повысить твердость применяют зо-
лочение с добавкой 0,17% никеля. Толщина слоя золотых покры-
тий составляет 3—5 мк. Золочение производится в цианистых ван-
нах. В качестве анода используют пластинки из золотой фольги
толщиной 0,2—0,3 мм.
144
Из числа неметаллических покрытий в про-
изводстве аппаратуры широко применяются анодирование (элект-
рохимическое оксидирование) и фосфатное электрохимическое
оксидирование алюминия.
Оксидные пленки, полученные анодированием, надежно за-
щищают алюминий от коррозии, хорошо адсорбируют красители
при окрашивании деталей в различные цвета в декоративных це-
лях. Окрашивание производят, выдерживая оксидированные де-
тали в водных растворах алюминиевых красителей. Оксидные
пленки на алюминии отличаются большой твердостью и хорошо
сопротивляются износу при трении; пленки имеют высокие электро-
изоляционные свойства.
Алюминиевые детали, работающие в тяжелых климатических
условиях, следует после анодирования покрывать особо стойкими
эмалями. Твердость закрепленной красителями пленки достигает
твердости хромового покрытия, причем при нагреве до 400° С
свойства и состав такой пленки не изменяются. Средняя толщина
оксидной пленки составляет 10 мкм. К анодированным поверх-
ностям нельзя производить соединение пайкой, электрической
сваркой без предварительного удаления с них оксидного слоя.
При анодировании деталь подвешивают на анод и обрабатывают
в водном растворе серной кислоты.
Фосфатное оксидирование алюминия и его сплавов осуществ-
ляется в электролите, в состав которого входят фосфорная кис-
лота, хромовый ангидрид и фтористый натрий. Образующаяся
пленка серо-зеленого цвета толщиной 5—7 мкм обладает высокими
антикоррозионными свойствами и успешно применяется для за-
щиты внутренних электропроводящих поверхностей алюминие-
вых волноводов и других деталей.
7-6
ЛАКОКРАСОЧНЫЕ ПОКРЫТИЯ
Лакокрасочные покрытия представляют собой пленку лака
или краски, нанесенную в один или несколько слоев на поверх-
ность детали и высушенную при определенном режиме. Основой
лакокрасочного покрытия яляется органическое пленкообразую-
щее вещество и пигмент. Эти покрытия в большинстве случаев
более удобны для нанесения, выгоднее по стоимости работ и часто
более долговечны, чем металлические или другие виды защитных
покрытий. Физическая и химическая инертность лакокрасочных
покрытий придает им высокие антикоррозионные свойства. Эти
покрытия можно наносить на большие поверхности.
Лакокрасочные покрытия не применяют для деталей, подвер-
гающихся значительным механическим воздействиям (вибрация,
изгибы и т. п.), имеющих поверхности трения и скольжения, на-
греваемых до температуры свыше 250° С или имеющих точные
145
посадочные размеры, а также для поверхностей электрического
контакта и для деталей, подвергающихся пайке или сварке.
Качество лакокрасочного покрытия и срок его службы опре-
деляются прежде всего состоянием поверхности окрашиваемых
деталей (наличие окалины, ржавчины, жировых загрязнений, пыли
и др. ухудшает адгезию лакокрасочного покрытия к материалу
детали), составом покрытия (свойства пленкообразующей основы,
пигментов, пластификаторов и растворителей), воздействием ок-
ружающей среды (климатические условия, действие морской воды,
наличие паров кислот), количеством слоев и способом выполне-
ния лакокрасочных работ. Для повышения качества лакокрасочно-
го покрытия необходимо правильно выбрать материалы для грун-
тования, шпатлевания и определить количество слоев покрытия.
Помимо устойчивости лакокрасочных покрытий по отношению
к окружающей среде в условиях эксплуатации изделия, пригод-
ности для данного материала и требуемой адгезии, надо учитывать
еще следующее:
скорость высыхания при обычной температуре и при горячей
сушке, что имеет важное значение при поточном способе окраски;
цвет и его устойчивость при эксплуатации;
возможность шлифования и полирования при высококачест-
венной отделке;
механическую прочность покрытия;
огнеопасность и ядовитость составных частей лакокрасочных
материалов.
Лакокрасочные покрытия классифицируют по трем признакам:
а) по основному материалу покрытия;
б) по внешнему виду поверхности;
в) по устойчивости в различных средах.
По основному материалу виды покрытий разделяются на три
группы: масляные и масляно-смоляные, смоляные, эфироцеллю-
лозные. В первую группу входят масляные, масляно-глифталевые,
масляно-пентафталевые и масляно-битумные покрытия; ко вто-
рой группе относятся мочевино-формальдегидные, меламино-
формал ьдегидные, фено л о-форма л ь дегидные, силоксановые, пер-
хлорвиниловые, асфальто-битумные, полиуретановые, эпоксидные
покрытия; третья группа объединяет покрытия на основе эфиров
целлюлозы и включает нитроцеллюлозные и нитроглифталевые
покрытия.
По внешнему виду лакокрасочные покрытия разделяются на
четыре класса:
1-й класс — высококачественная отделка поверхности; она
должна быть ровная, гладкая, полированная, с зеркальным блес-
ком, без видимых невооруженным глазом механических включе-
ний, сорности, следов зачистки, штрихов от кисти и царапин;
2-й класс — нормальный вид отделки: ровная, гладкая, без
видимых невооруженным глазом механических включений и сор-
ности поверхности;
146
3-й класс — защитная отделка поверхности без механических
включений и сорности. Лакокрасочные покрытия в этом случае
наносятся с применением только местной шпатлевки; декоратив-
ной отделки не требуется;
4-й класс — окраска без декоративной отделки, имеющая
целью исключительно защиту от коррозии.
Для правильного выбора покрытия конструктор обязан знать
условия, в которых работает аппарат или прибор, степень загряз-
ненности окружающей среды промышленными газами, темпера-
турные интервалы работы наружных или внутренних деталей из-
делия, относительную влажность среды. В некоторых специаль-
ных случаях необходимо знать, в какой именно части радиоаппа-
ратуры будет установлена деталь, какова возможность проник-
новения в эту область корродирующих агентов.
Технологический процесс лакокрасочных покрытий обычно
состоит из следующих операций: 1) подготовки поверхности под
окраску; 2) грунтовки; 3) шпатлевки; 4) шлифования; 5) нане-
сения заданного количества слоев покрытия с промежуточной
сушкой. ]
Перед окраской металлических изделий необходимо удалить
растворителями масляные и жировые загрязнения, а также ока-
лину. Нанося первый слой лакокрасочного покрытия (грунт),
создают условия для надежного сцепления между металлом и по-
следующими слоями покрытия. Обычно грунт наносят пульвери-
затором. Режим сушки устанавливают в зависимости от состава
грунта, а также от состава покрытия для последующих слоев.
Шпатлевание служит для того, чтобы заполнить, выровнять
вмятины, раковины, глубокие царапины и прочие дефекты, ко-
торые не могут быть закрыты слоем лакокрасочных покрытий.
Шпатлевание, как правило, не повышает защитных свойств по-
крытий, потому что толстый слой шпатлевки подвержен растрес-
киванию. Шпатлевка представляет собой густую массу, состоя-
щую из пигментов и наполнителей, затертых на пленкообразую-
щей основе. В зависимости от использованного пленкообразова-
теля различают клеевые, масляные, лаковые, нитроцеллюлозные,
перхлорвиниловые, эпоксидные и другие шпатлевки. На зашпат-
леванных поверхностях после высыхания могут быть неровности,
которые удаляют шлифованием. На очищенную от пыли прошли-
фованную поверхность наносят слои лакокрасочных покрытий.
При нанесении лакокрасочных материалов применяют окраску
кистью, распылением, погружением, накатку краски валиками.
Способ окраски выбирают, исходя из физико-механических
характеристик лакокрасочного материала и вида окрашиваемых
изделий.
Какой бы способ нанесения ни был выбран, лакокрасочный
материал должен быть распределен равномерным тонким слоем
по поверхности изделия. Если краска имеет плохую укрывистость,
то нельзя добиваться ее улучшения, увеличивая толщину нано-
147
симого слоя, так как при этом ухудшаются условия сушки и могут
появиться натеки. В этом случае вместо нанесения одного тол-
стого слоя следует нанести два или более тонких слоев, давая
каждому слою хорошо просохнуть. Окраска кистью
применяется преимущественно для нанесения медленно высыхаю-
щих лакокрасочных материалов, например масляных, битумных
и т. п. Этот метод малопроизводителен (4—6 мин для окраски 1 ж2).
Вязкость лакокрасочных материалов
должна соответствовать так называе-
мой малярной консистенции, т. е.
краска должна легко сходить с ки-
сти при небольшом нажиме и допу-
скать легкую растушевку. Рабочая
вязкость краски при нанесении ки-
стью должна быть в пределах 40—
80 сек (по вискозиметру ВЗ-З).
Окраска распылением
в несколько раз производительнее
ручной окраски кистью и применима
как для масляных, так и для других
видов красок и лаков, содержащих
значительные количества летучих ак-
тивных растворителей.
Способом распыления можно ок-
рашивать самые разнообразные изде-
лия, за исключением очень мелких.
Окрашивание распылением произво-
дится без подогрева растворителя
бенно эффективен при окрашивании
нитролаками и нитрокрасками, так
как подогрев уменьшает расход раст-
ворителя.
Окрашивание производится пуль-
веризаторами (рис. 7-6). Пульвериза-
тор имеет укрепленный на пистолете
стакан, наполняемый краской или лаком, который стекает по
трубке в ствол пистолета. Струя воздуха, подаваемая через рези-
новый шланг под давлением 4 ат, распыляет краску и выбрасы-
вает ее из пистолета.
Окраска с подогревом производится с помощью устройства,
показанного на рис. 7-7. Краска или лак в сосуде 4 подогревается
змеевиком 5, по которому протекает горячая вода. Через трубку 1
в сосуд подается воздух, и краска под давлением поступает через
шланг 6 в ствол пульверизатора 7.
Окраску деталей ведут в специальных камерах, оборудован-
ных вытяжной вентиляцией. Так как при распылении краски в ка-
мере образуются легковоспламеняющиеся пары, то для предотвра-
148
Рис. 7-6. Пульверизатор для
распыления краски.
1 — стакан для краски; 2 — писто-
лет; 3 — шланг.
или с подогревом. Второй способ осо-
щения взрывов используют специальные устройства, образую-
щие вокруг окрашиваемого изделия водяную завесу. Частицы
краски или лака, не попав-
шие на изделие, уносятся во-
дой в отстойник.
Большой недостаток спо-
соба пульверизации состоит
в образовании так называе-
мого тумана, что приводит к
значительным потерям кра-
ски.
В последние годы разра-
ботаны и внедрены спосо-
бы окраски деталей распы-
лением в электростатическом
поле. Окрашиваемые изде-
Рис. 7-7. Схема устройства для окра-
ски с подогревом.
1 — труба для подвода сжатого воздуха;
2 — манометр; 3 — термометр; 4 — сосуд с
краской; 5 — змеевик; 6 — гибкий шланг;
7 — пульверизатор.
лия устанавливаются на транспортер, проходящий через спе-
циальную камеру (рис. 7-8); при этом на изделия через метал-
лические подвески подается положительный потенциал от высо-
ковольтного источника постоянного тока (80—120 кв), а стенки
камеры соединены с отрицательным полюсом источника. Краска
Рис. 7-8. Схема установки для окраски распылением в элект-
ростатическом поле.
1 — пульверизатором; 2 — устройство для вращения подвесок; з —
подвесной конвейер; 4 — окрашиваемые изделия; 5 — подвески; 6 —
электродная коронирующая сетка; 7 — высоковольтный источник по-
стоянного тока (трансформатор с выпрямителем).
распыляется пульверизатором при давлении 0,7—1,2 ат. Попа-
дая в электрическое поле, частицы краски приобретают отрица-
тельный заряд и притягиваются к окрашиваемым изделиям, имею-
щим положительный потенциал. Краска ложится ровным слоем,
без наплывов и подтеков.
Форма камеры (или так называемой коронирующей сетки)
должна соответствовать конфигурации и размерам окрашиваемых
изделий.
Другое устройство для окраски деталей в электростатическом
поле показано на рис. 7-9. Здесь отрицательный полюс высоко-
149
вольтного источника постоянного тока соединен с распылителями
краски 7, а корпус заземлен. Конвейер 2 с установленными на
нем деталями тоже имеет заземление. Когда детали в процессе
движения конвейера подходят к распылителям, на них наводится
положительный заряд. Частицы краски, получив отрицательный
заряд и большую скорость от распылителей, устремляются к де-
талям и оседают на них тонким, ровным слоем. Деталям в момент
прохождения под распылителями сообщается медленное враща-
тельное движение, как и при окраске по первой схеме.
Достоинствами этого способа по сравнению с окраской распы-
лением являются повышение производительности в 3—12 раз,
улучшение санитарно-технических условий работы, экономия ла-
кокрасочных материалов, так как потери краски составляют
всего 5—10%, а не 40—70%, как при обычном распылении пуль-
Рис. 7-9. Схема окраски в элект-
ростатическом поле.
1 — распылители; 2 — конвейер с де-
талями.
краска распыляется. Такая
веризаторами. К недостаткам это-
го метода следует отнести невоз-
можность окрашивания внутрен-
них поверхностей полых деталей
и наличие высокого напряжения.
Используются также распыли-
тели колокольного типа, где кра-
ска по трубопроводу под очень не-
большим давлением или самотеком
подается в колокол, вращающий-
ся со скоростью 800—900 об/мин.
Под действием центробежной силы
схема окраски имеет существенное
преимущество перед электростатическими способами: не нужно
громоздких коронирующих электродов; значительно меньше зат-
раты энергии на распыление краски; возможно получение более
или менее широкого фонтана краски за счет изменения угла коло-
кола; степень полезного использования краски достигает 99%.
Туманообразование незначительно, поэтому при небольшой вы-
тяжке опасность взрывов практически исключена.
Окраска погружением применяется для деталей,
не требующих тщательной отделки и имеющих обтекаемую форму,
при которой исключается образование подтеков. Для окраски
погружением применяются преимущественно глифталевые и дру-
гие маслосодержащие эмали. Окраска быстросохнущими материа-
лами, например нитроэмалями, погружением не производится.
Изменяя состав и вязкость краски, можно получить покрытия
различной толщины. Лучшие результаты получаются при тол-
щине покрытия 35—40 мк. Вязкость краски влияет не только на
толщину слоя, но и на скорость ее стекания с окрашиваемой по-
верхности. Погружение и подъем изделия из краски должны про-
изводиться плавно и быстро.
В массовом производстве изделий процессы грунтовки, под-
сушки, окраски и заключительной сушки автоматизируют. Боль-
160
шой производительностью обладает окрасочно-сушильный кон-
вейер, работающий по способу погружения. Конвейер (рис. 7-10)
имеет две бесконечные цепи, скрепленные через определенные ин-
тервалы со штангами; на штангах подвешивают детали, которые
последовательно проходят через ванны с краской и сушильные
шкафы. Скорость движения цепи конвейера рассчитывают так,
чтобы при выходе из сушильных шкафов детали были полностью
высушены и процесс окраски и сушки синхронизирован с преды-
дущими операциями.
Накатка краски валиками применяется при де-
коративной отделке поверхностей, например, для воспроизведе-
ния структурного рисунка v
ценных пород дерева. Так
отделывают деревянные фут-
ляры радиоприемников и те-
левизоров. Наружную по-
верхность футляров из недо-
рогих сортов дерева после
обработки стеклянной шкур-
кой покрывают шпатлевкой,
которую высушивают и шли-
фуют. Затем наносят первый
слой фонового грунта, цвет
которого подбирают в соот-
ветствии с тем, под какую
породу дерева будет произ-
ведена имитация. Первую
грунтовку после просушки
шлифуют, а затем наносят
повторный фоновый слой, ко-
торый также тщательно шли-
На клише наносят
слой лакокрасочного мате-
риала нужного цвета, который снимают валиком из желатина.
Желатиновый валик прокладывают по предварительно подготов-
ленной поверхности изделия, в результате чего на нее перено-
сится рисунок. После сушки рисунка поверхность изделия не-
сколько раз покрывают бесцветным нитролаком. Окончательная
отделка поверхности состоит в полировании матерчатыми кру-
гами с применением полировальной пасты.
Сушка всех видов лакокрасочных покрытий производится
на воздухе, в сушильных шкафах, обогреваемых горячей водой,
паром, электрическим током, инфракрасными лучами и токами
высокой частоты.
Основное условие — защита высушиваемых изделий от пыли
и точное соблюдение режимов сушки в соответствии с инструк-
циями, разработанными для разных сортов лаков и красок. Все
виды сушильного оборудования должны быть снабжены устрой-
Рис. 7-10. Окрасочно-сушильный кон-
вейер.
1 — цепь; 2 — подвеска с окрашенными изде-
лиями; 3 — ванна с краской; 4 — мешалка;
5 — сушильные шкафы.
151
ствами для автоматического управления технологическими ре-
жимами.
Сушка тонких лакокрасочных пленок инфракрасными лучами
в три-четыре раза экономичнее других видов сушки и позволяет
сократить время этой операции, обеспечивая высокое качество
покрытий.
Контроль качества лакокрасочных покрытий производят в
процессе выполнения отдельных операций и по окончании всего
цикла работ. Качество покрытия определяется по внешнему виду
в соответствии с требованиями чертежа на деталь и ГОСТ 9894-61.
Толщину покрытия определяют приборами (толщиномером,
двойным микроскопом, индикатором по шаблону и т. п.) или нор-
мированием расхода материала при нанесении покрытия.
Глава
VIII
ИЗГОТОВЛЕНИЕ МАГНИТНЫХ ЦЕПЕЙ
8-1
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Магнитные цепи (магнитопроводы) изготовляют из магнитно-
мягких материалов, обладающих высокой магнитной проницае-
мостью, минимальной коэрцитивной силой и малыми потерями на
гистерезис. Различают магнитопроводы: сборные, ленточные и маг-
нитопроводы из порошковых материалов.
Сборные магнитопроводы, пакеты которых на-
бирают из штампованных пластин, применяют в трансформато-
рах, дросселях фильтров и других электромагнитных элементах.
Пластины, как правило, штампуют из электротехнических сталей
различных марок. На рис. 8-1 показаны основные виды пластин
для сборных магнитопроводов. Штамповка пластин, особенно
тонких, и последующая сборка магнитопровода связаны с боль-
шими технологическими трудностями и обходятся дорого.
Ленточные магнитопроводы могут быть раз-
резные и неразрезные (рис. 8-2). Их изготовляют навивкой ленты
на оправку (рис. 8-3, а) или гибкой. В последнем случае ленту
разрезают на пластины различной длины, собирают в пакет и оп-
рессовывают на оправке (рис. 8-3,6). Ленточные магнитопроводы
характеризуются теми же параметрами, что и сборные, и имеют
ту же область применения в радиоаппаратуре.
Разрезные ленточные магнитопроводы вследствие неизбежного
воздушного зазора и частичного замыкания между лентами в тор-
цах, из-за наличия заусенцев имеют магнитные характеристики
152
на 4—10% ниже, нем неразрезные. Однако они отличаются ря-
дом конструктивных и технологических преимуществ перед не-
разрезными магнитопроводами и набранными из штампованных
пластин. Основное преимущество перед неразрезными ленточными
магнитопроводами — воз-
можность механизации опе-
раций их производства, а
главное — операций сбор-
ки трансформаторов. Не-
разрезные магнитопроводы
не позволяют использовать
заранее намотанные ка-
тушки.
В то же время разрез-
ные ленточные магнитопро-
воды более удобны при
сборке, чем магнитопрово-
ды из обычных штампован-
ных пластин. Преимуще-
ства их особенно резко
выявляются для магнит-
ных материалов малой тол-
щины (порядка 0,05 мм и
меньше).
Как уже говорилось,
разрезные ленточные маг-
нитопроводы имеют воз-
душный зазор, который не
может быть полностью лик-
видирован. Даже при са-
мом тщательном шлифова-
нии торца зазор может
быть уменьшен только до
3 мк. Однако и такой за-
зор для некоторых типов
трансформаторов, работаю-
щих на звуковых часто-
тах, нежелателен. Менее
строгие требования к вели-
чине зазора и качеству
шлифования предъявляют-
Рис. 8-1. Основные типы пластин магнит-
ных цепей.
а, б — Ш-образные и замыкающие; в, г — зам-
кнутого типа с просечками на среднем керне;
д, е — замкнутого типа с прямыми и косыми со-
единениями; ж — П-образная; з — Г-образная;
и — кольцевая.
ся к низкочастотным транс-
форматорам, работающим с постоянной составляющей тока под-
магничивания. В таких трансформаторах заранее предусматри-
вается введение воздушного зазора, так что качество шлифования
имеет здесь меньшее значение.
Магнитопроводы из порошковых мате-
риалов (рис. 8-4) применяются в высокочастотных катушках
163
индуктивности и т. и. Имеются две группы порошковых материа-
(магнитодиэлектрики) и неметаллические
лов : металлические
Рис. 8-2. Типы ленточных маг-
нитопроводов.
а — броневой типа ШЛ; б —стерж-
невой типа ПЛ; в — тороидальный
типа ОЛ.
(ферриты). Эти материалы отличаются
друг от друга как по своим свойст-
вам, так и по технологии изготовле-
ния. Первые представляют собой
спрессованные с органическими и
неорганическими диэлектриками по-
рошки магнитных материалов. Зерна
магнитного материала изолированы
друг от друга диэлектриком.
Свойства магнитодиэлектриков за-
висят не только от характера маг-
нитной и диэлектрической состав-
ляющей, но и от их количественного
соотношения, а также от давления,
при котором происходит прессование
магнитопровода, и от таких трудно
регулируемых фактов, как слипае-
мость зерен, их форма и распределе-
ние изоляционного материала.
В соответствии с требованиями,
предъявляемыми к магнитопроводам
из магнитодиэлектриков, количество
диэлектрика изменяется в широких
пределах — от 2—3% (по весу) до
20—30% от общего количества маг-
нитодиэлектрика. Выбор магнитного
материала, диэлектрика и их коли-
чественного соотношения должен проводиться применительно к
условиям работы данного магнитопровода (частота, напряжен-
ность поля, температура и пр.).
Ферриты представляют собой соединения типа МО • Fe2O3
(где М — символ любого двухвалентного металла), размолотые в
порошок и спрессованные по специа-
льной технологии. Они имеют ряд
преимуществ перед магнитодиэлект-
риками, но не могут полностью за-
менить эти материалы.
Основные технические
требования, предъявляемые
к магнитопроводам, зависят от тока,
питающего узел или прибор, и от
выходных параметров последнего. К Рис* 8-3топ^во4™6 магни*
этим требованиям относятся: минима-	топроводы.
льные потери на гистерезис; высокая
магнитная проницаемость; минимальные потери на вихревые токи.
Кроме того, магнитопроводы, состоящие из отдельных пластин и
154
Рис. 8-4. Карбонильные сердечники.
а — цилиндрический типа СПР; б — цилиндрический типа СПГ; в —
цилиндрический типа СЦТ; г — цилиндрический типа СЦШ; д — броне-
вой (чашка с резьбой)} е — броневой (чашка гладкая).
лент, должны иметь максимальный коэффициент заполнения, ко-
торый равен отношению истинного объема пластин, составляющих
пакет, к общему объему пакета К3 = Гист/К)бщ. Коэффициент за-
полнения в магнитопроводах должен стремиться к единице, что
обеспечивает хорошие качества применяемых изоляционных ма-
териалов.
Указанные требования обеспечиваются правильным выбором
материала, а также рациональной разработкой технологического
процесса.
8-2
ПРИМЕНЯЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ
И ИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Материалы, применяемые для изготовления Магнитопроводов, делятся
на следующие группы: железо, железокремнистые сплавы (кремнистая сталь),
безникелевые, железоникелевые сплавы, магнитодиэлектрики и ферриты.
Первые четыре группы магнитномягких материалов предназначены для ра-
боты главным образом на низких частотах, а две последние группы — на
высоких частотах.
Железо с некоторыми неизбежными примесями, но без легирующих
элементов является одним из самых распространенных видов магнитного
материала. Оно имеет следующие магнитные свойства: коэрцитивная сила
0,01—0,9 а, индукция насыщения (при 20° С) 21 580 гс, максимальная маг-
нитная проницаемость 500 гс/э. Технически чистое железо применяется почти
исключительно в машинах и устройствах, работающих на постоянном токе.
При работе на переменном токе, когда значительны потери энергии, исполь-
зуют легированные сорта железа или специальные сплавы, которые наряду
с большим удельным сопротивлением имеют лучшие магнитные свойства.
Железокремнистые сплавы — наиболее распространен-
ные материалы, применяемые на всех диапазонах частот, начиная с 50 гц
и кончая радиочастотами. В зависимости от назначения сплава содержание
в нем кремния колеблется от нескольких десятых долей процента до 4,8%.
Добавка кремния к железу в несколько раз увеличивает его сопротивление
и значительно улучшает магнитные свойства, но заметно уменьшает индук-
цию насыщения. Кремний ухудшает также технологические свойства железа,
делая его более хрупким. Железо в холодном виде можно прокатывать при
содержании кремния не более 3,5%, а штамповать и резать — при содержа-
нии его йе выше 4,5%.
Содержание кремния в электротехнических сталях находится в следую-
щих пределах: слаболегированные стали 0,8—1,8%; среднелегированные
1,8—2,8%; повышеннолегированные горячекатаные 2,8—3,8%, холодно-
катаные 2,8—3,5%; высоколегированные 3,8—4,8%.
Наиболее широкое применение в промышленности нашли тонколистовые
кремнистые электротехнические стали различных марок (ГОСТ 802-58):
ЭИ, Э12, Э13, Э21, Э31, Э44, ЭЗЮ (ХВП), Э320, ЭЗЗО, Э340, Э370, Э41, Э42,
Э43, Э44, Э45, Э46, Э47, Э48 и др.
Железокремнистые сплавы имеют следующие магнитные характеристики:
коэрцитивная сила 0,15—0,9 а; индукция насыщения (при 20° С) 19 500 гс,
начальная магнитная проницаемость 400—1 000 гс/э, максимальная магнит-
ная проницаемость 5 500—60 000 гс/э.
Горячекатаные кремнистые стали служат для из-
готовления магнитопроводов дросселей, трансформаторов, электромашин
и других изделий, работающих при высоких потоках индукции в переменных-
магнитных полях низкой частоты. Ограничение диапазона частот обуслов-
лено возрастанием потерь энергии в стали с увеличением частоты.
156
Холоднокатаные кремнистые стали занимают особое
место среди электротехнических сталей. Они обладают повышенными маг-
нитными свойствами в направлении проката — текстурой, т. е. определен-
ной ориентировкой кристаллографических осей зерен вдоль направления
проката.
Магнитные свойства холоднокатаных повышеннолегированных сталей
гораздо выше горячекатаных, и во многих случаях при равных параметрах
вес магнитопровода можно снизить примерно в 1,5 раза (по сравнению с маг-
нитопроводом из горячекатаной стали).
В соответствии с ГОСТ 802-58 выпускаются промышленные марки холод-
нокатаной листовой электротехнической стали Э310, Э320, ЭЗЗО, Э340, Э370,
Э380. Сталь Э310 (ХВП) поставляется также в виде ленты толщиной 0,08,
0,15 и 0,2 мм.
Холоднокатаная электротехническая сталь, как и горячекатаная, ис-
пользуется для изготовления магнитопроводов трансформаторов, дросселей
и других низкочастотных устройств.
Для наиболее рационального использования анизотропии холоднока-
таной стали необходимо, чтобы текстура материала на всем протяжении маг-
нитопровода совпадала с направлением магнитного потока. Это условие тре-
бует внесения некоторых изменений в обычную конструкцию магнитопроводов
и в технологию их изготовления. Проще вопрос о конструкции и технологии
изготовления сердечников для маломощных трансформаторов решается при
использовании ленточной стали.
Безникелевые сплавы содержат некоторые твердые растворы
систем сплавов железа: железо — алюминий, железо — алюминий — крем-
ний и железо — кобальт с добавлением других элементов. Максимальная
магнитная проницаемость их 160 000 гс/э. Эта группа сплавов пока еще не
получила широкого распространения.
Железоникелевые сплавы (пермаллой) нашли широкое
применение в промышленности. Магнитные свойства этих сплавов зависят
от содержания никеля, которое колеблется от 35 до 80%.
Индукция насыщения пермаллоя невелика: у высоконикелевых Сталей
до 8 000 гс, а у низконикелевых — до 15 000 гс. Максимальная проницаемость
находится в области слабых полей и по величине во много раз превосходит
проницаемость кремнистых сталей, поэтому железоникелевые стали приме-
няются в основном в магнитопроводах, работающих в слабых магнитных по-
лях.
Как правило, железоникелевые сплавы содержат легирующие элементы:
Mo, Cr, Мп, Си, Si; в ряде случаев используют нелегированные железонике-
левые сплавы. Особенно распространены высоконикелевые легированные
сплавы 79НМ, 80НХС и 79НМА, низконикелевые легированные сплавы
42НС и 38НС, нелегированные сплавы 45Н и 50Н, сплавы 50НП и 65НП,
обладающие магнитной текстурой и прямоугольной петлей гистерезиса.
Следует отметить одну характерную особенность железоникелевых спла-
вов — сильно выраженную чувствительность к деформациям (сжатию, ра-
стяжению, изгибу), ухудшающим магнитные свойства. Поэтому очень важно,
чтобы отжиг изделий из пермаллоя производился после всех технологических
операций, способных создавать подобные деформации материалов.
Железоникелевые сплавы поставляются в виде холоднокатаных, терми-
чески не обработанных лент и полос толщиной от 0,02 до 2,50 мм согласно
сортаменту, предусмотренному ГОСТ 503—67.
Магнитодиэлектрики изготовляют на основе различных
магнитномягких материалов. Свойства магнитодиэлектриков зависят от
свойств выбранного исходного материала или сплава. Основой для изготов-
ления магнитодиэлектриков могут служить: порошкообразное железо, полу-
ченное электролитическим способом или же восстановлением из природных
руд, легированный или нелегированный пермаллой, сплавы железо — ни-
кель -- кобальт, железо — кремний — алюминий (альсиферы) и др. Наиболее
широкое промышленное применение получили магнитодиэлектрики на ос-
нове альсифера, молибденового пермаллоя и карбонильного железа.
167
Альсифер, помимо высоких электромагнитных характеристик, выгодно
отличается от других сплавов, в частности от пермаллоя, хорошей размоль-
ностью, невысокой стоимостью и недефицитностью сырья. Магнитодиэлек-
трики на основе альсифера марок ТЧ-60, ТЧК-55, ВЧ-32 и ВЧК-22 выпуска-
ются заводами в виде кольцевых деталей в соответствии с ведомственными
нормалями. Магнитодиэлектрики на основе альсифера ФМ, РЧ-9 и РЧ-6
выпускаются по техническим условям заводов преимущественно в виде де-
талей цилиндрической формы.
Карбонильное железо с успехом применяется в широком диапазоне ча-
стот от звуковых до 200 Мгц.
Порошкообразное карбонильное железо состоит из мельчайших (1—10 мк)
зерен сферической формы, получаемых путем разложения пентакарбонила
железа Fe(GO)5 на окись углерода и железо.
Молибденовый пермаллой дает магнитодиэлектрики с наибольшим зна-
чением начальной проницаемости; их потери на гистерезис меньше, чем по-
тери альсифера и карбонильного железа.
Детали из магнитодиэлектриков изготовляют с добавлением к порошкам
изолирующей связки, создающей вокруг каждой частицы тонкий слой изоля-
ции; связка придает детали требуемую механическую прочность и жесткость.
В качестве изолирующей связки используют феноло-формальдегидные смолы,
полистирол, жидкое стекло и др. Наилучшим из этих материалов является
полистирол. Он вносит меньшие диэлектрические потери, чем термореактив-
ные смолы; поэтому его используют при изготовлении магнитопроводов,
работающих на высоких частотах. Другое достоинство полистирола — отсут-
ствие старения с течением времени.
Ферриты (оксиферы) как ферромагнитный материал были от-
крыты еще в 1909 г., однако в то время они не нашли применения из-за низ-
кой магнитной проницаемости.
Лишь после второй мировой войны, когда были найдены новые составы
ферритов с высокой проницаемостью, они получили общее признание. Боль-
шую работу по созданию и производственному освоению ферритов провели
советские исследователи Н. Н. Шольц, К. А. Пискарев, Г. А. Смоленский,
Л. И. Рабкин и др.
Ферриты, как показано выше, имеют химическую формулу MO«Fe2O3
и представляют собой твердые растворы двухвалентных металлов. По своему
составу ферриты могут быть одинарными, двойными и многокомпонентными.
В отличие от магнитодиэлектрика ферриты являются однородным материа-
лом, свойства которого определяются только их составом и режимом спека-
ния. Ферриты имеют высокое объемное электрическое сопротивление
(102 — 107 ом-см), а следовательно, малые потери на вихревые токи, что
позволяет использовать их на высоких частотах, и большую начальную маг-
нитную проницаемость.
Ферриты с высоким значением начальной магнитной проницаемости
(р,а = 6 ООО-т-1 000 гс/э) обладают стабильной величиной проницаемости и ма-
лым тангенсом угла потерь в значительном диапазоне частот.
Наиболее распространенными низкокоэрцитивными оксидными магнит-
ными материалами являются:
а)	марганцовоцинковые (Мп — Zn) оксидные материалы, представляю-
щие собой твердые растворы феррита марганца (МпО • Fe2O3) и феррита цинка
(ZnO-Fe2O3) в определенных соотношениях;
б)	нике левоцинковые (Ni — Zn) оксидные материалы, представляющие
собой твердые растворы феррита никеля (NiO-Fe2O3) и феррита цинка
(ZnO-Fe2O3);
в)	материал марки Ф-20 — твердый раствор феррита лития (LiO • Fe2O3)
и феррита цинка.
Существенными преимуществами марганцовоцинковых оксиферов пе-
ред никелевоцинковыми являются в несколько раз меньшие потери на гисте-
резис, более высокая индукция, значительно большая температура Кюри
и меньший температурный коэффициент проницаемости [3^. Для никелево-
цинковых оксиферов с проницаемостью 2 000=1 000 предельно допустимая
168
рабочая температура составляет около 70—110° С, тогда как для марганцово-
цинковых (примерно с такой же проницаемостью) 120—220° С; точка Кюри
оксифера М-6000 приблизительно в 2 раза выше, чем для никелевоцинкового
оксифера-2000.
Оксиферы с начальной проницаемостью 6 000—2 000 во многих случаях
весьма эффективно заменяют листовой низконикелевый пермаллой типа
50НХС. Тангенс угла потерь магнитопровода из сплава 50НХС толщиной
0,1 мм достигает значения единицы уже при частоте около 100 кгц, тогда как
для оксиферов с высокой проницаемостью тангенс угла потерь при той же
частоте составляет около 0,01—0,1. При работе в слабых полях марганцово-
цинковые оксиферы марок М-6000, М-4000, М-3000, М-2000 и М-1000, а также
никелевоцинковые оксифер-2000 и оксифер-1000 имеют значительно более
высокие электромагнитные параметры, чем электротехническая сталь (Э4).
Благодаря малым потерям на вихревые токи при применении магнито-
проводов из оксидных магнитных материалов с = 12ч-100 гс/э в области
частот от 1 до 100 Мгц катушки индуктивности имеют высокую добротность,
значительно превышающую добротность катушек с магнитодиэлектриками
или с магнитопроводами из оксифера-400 или НЦ-250 с разомкнутой маг-
нитной цепью.
Радиочастотные оксидные магнитные материалы применяются в слабых
переменных полях; при значительных полях применение их допустимо, если
к магнитопроводам не предъявляются требования малых гистерезисных по-
терь.
8-3
ИЗГОТОВЛЕНИЕ СБОРНЫХ МАГНИТОПРОВОДОВ
Технологический процесс изготовления сборных магнитопро-
водов состоит из следующих операций: резка полос, штамповка
пластин, снятие заусенцев, отжиг, изоляция пластин, сборка.
Резка полос из листа производится на гильотинных нож-
ницах. Ширина нарезаемых полос должна быть на 2—3 мм боль-
ше размера готовой пластины. При резке полос необходимо рас-
полагать их так, чтобы максимальный поток в магнитопроводе
проходил вдоль волокон материала (по направлению прокатки),
так как магнитная проницаемость в продольном направлении боль-
ше, чем в поперечном (явление магнитной анизотропии).
Штамповка пластин осуществляется на эксцент-
риковых прессах в штампах последовательного или совмещенного
действия. Кольцевые пластины, к которым предъявляются по-
вышенные требования в отношении концентричности, изготовля-
ют только в штампах совмещенного действия. Для наиболее эф-
фективного использования магнитных свойств материала распо-
ложение вырубок пластин в полосе или ленте следует ориентиро-
вать так, чтобы направление наибольшего пути магнитного потока
в пластине совпадало с направлением максимальной магнитной
анизотропии.
На рис. 8-5, а и б показаны варианты размещения вырубок
Ш- и П-образных пластин на полосах, нарезка которых из листа
произведена в перпендикулярном направлении по отношению к
магнитной анизотропии. Рациональный способ изготовления Ш-об-
разных и замыкающих пластин из ленты показан на рис. 8-5, в.
159
В данном случае пластины вырубают в штампе последовательного
действия: сначала пробивают восемь отверстий, затем вырубают
две замыкающие пластины и, наконец, производят отрезку Ш-об-
разных пластин.
Пластины замкнутого типа и Г-образные штампуют из полос
или из ленты с неизбежными отходами на мостики и вырубку
Рис. 8-5. Расположение вырубок пластин магнит-
ных цепей при безотходной штамповке из полос и
ленты.
1 — Ш-образная пластина; 2 — замыкающая пластина; 3 —
П-образная пластина.
окон. Штамповка кольцевых пластин во всех случаях связана с
значительными отходами.
При штамповке деформированная зона с резко сниженными
магнитными свойствами распространяется по периметру пластины
на расстоянии от 0,5 до 4 мм от кромки в зависимости от величины
зазора между матрицей и пуансоном'в штампе, а также от толщины
пластины и марки стали. Чем толще и ровнее листы, полосы и
ленты и доброкачественнее изготовлен инструмент, тем менее
широка деформированная зона.
При выполнении процессов штамповки, особенно в условиях,
крупносерийного и массового производств, исключительное зна-
160
е в
осуществляется после вырубки
заусенцев зависит от величины
Рис. 8-6. Схема станка для удаления за-
усенцев с пластин магнитопроводов.
— резиновый круг; 2 — лоток; 3 — пластины;
— основание; 5 — абразивный круг; 6 — обра-
ботанные пластины.
чение приобретает автоматизация, которая желательна не только
в целях повышения производительности труда, но и для создания
безопасных условий работы. Мероприятия по автоматизации про-
цессов штамповки пластин для магнитопроводов можно разделить
на два этапа: частичная автоматизация подачи материала, выруб-
ки, удаления и собирания пластин и полная автоматизация всех
элементов процесса. В последнем случае имеется в виду создание
специальных быстроходных штамповочных автоматов, оборудо-
ванных механизмами и устройствами для автоматической подачи
материала для удаления, собирания и подсчета отштампованных
деталей.
Снятие заусен
пластин по контуру. Вел
зазора между пуансоном и
матрицей (для электрохи-
мической стали величина
зазора принимается рав-
ной 3—4% толщины ли-
ста). С увеличением зазо-
ра, а также по мере за-
тупления режущих кро-
мок пуансона и матрицы
возникают заусенцы. Они
снижают коэффициент за-
полнения магнитопровода,
а также увеличивают по-
тери на вихревые токи в
результате замыкания тор-
цов пластин.
Заусенцы снимают раз-
личными способами. Наи-
более распространено сня-
тие заусенцев абразивным
кругом на специальном
станке (рис. 8-6). Пластины* пропускают между двумя кругами.
Круг 1 из плотной резины вращается с окружной скоростью
5—12 м!мин. Круг 5 из абразивного материала вращается с по-
стоянной окружной скоростью, равной 30 м!сек, удаляя заусенцы
и все выступающие неровности, в то время как круг 1 передви-
гает обрабатываемые пластины сверху вниз.
Применяется также способ снятия заусенцев путем вальцовки
между гладкими стальными валками.
В массовом производстве для снятия заусенцев и укладки
пластин в пакеты используют специальные полуавтоматы.
Отжиг пластин имеет целью увеличить магнитную
проницаемость, уменьшить гистерезисные потери и коэрцитив-
ную силу, т. е. восстановить те параметры, которые ухудшились
в результате нагартовки при штамповке пластин. Степень вос-
1
4
6 А. Т. Белевцев
161
становления магнитных характеристик зависит от способа от-
жига.
При штамповке пластин, а также при их транспортировке
появляются изгибы и коробления некоторых пластин, что умень-
шает коэффициент заполнения и увеличивает потери на гистерезис.
Чтобы устранить влияние указанных факторов, производят отжиг
пластин в приспособлениях или в пачках, скрепленных проволокой.
Пластины, собранные в пачки, загружают в герметически закры-
вающуюся металлическую коробку и покрывают слоем асбеста,
чтобы уменьшить объем воздуха в коробке, а затем засыпают струж-
кой серого чугуна. Присутствие воздуха в коробке при отжиге
приводит к окислению поверхности пластин. Коробку загружают
в печь при температуре 350—400° С, а затем температуру печи
повышают до 850° С. При этой температуре коробку выдерживают
в течение 3 ч, после чего коробка охлаждается вместе с печью до
200° С, а затем на воздухе до 20° С.
Пластины из материалов с высокой магнитной проницаемостью
отжигают в печах с восстановительной средой, в результате чего
Рис. 8-7. Зависимость свойств пермаллоя
от температуры отжига.
удаляются вредные окис-
лы, увеличивающие потери
от вихревых токов и сни-
жающие магнитную про-
ницаемость.
Наиболее ответствен-
ной операцией является
термообработка пермал-
лоя. Она должна вестись
в бескислородной среде.
Для пермаллоя приме-
няют два вида отжига: вы-
сокий и низкий. К первому
прибегают, когда требуют-
ся высокие магнитные ха-
рактеристики: магнитная проницаемость р = 80 000 ч- 150 000 гс/э,
коэрцитивная сила Нс — 0,02 а, ко второму — когда требуются
более низкие магнитные характеристики: р = 40 000 ч-50 000 гс/э,
Нс = 0,05 э (сердечники магнитных усилителей).
Зависимость свойств пермаллоя от температуры отжига пока-
зана на рис. 8-7. Как видно из графиков, режимы отжига целесо-
образно выбирать следующие:
режим высокого отжига — нагрев до 1 100° С, выдержка 3 ч,
охлаждение со скоростью 50° С в час;
режим низкого отжига — нагрев до 900° С, выдержка 3 ч,
охлаждение вместе с печью.
Если завод получает пермаллой, отожженный при высокой
температуре, то детали после штамповки следует отжигать только
для снятия наклепа при температуре 750—850° С. После высокого
отжига пермаллой очень вязок и пластичен, вследствие чего при
162
штамповке деталей металл тянется, дает заусенцы и т. п., поэто-
му необходим правильный подбор величины зазора между пуансо-
ном и матрицей.
Изоляция пластин осуществляется лаками или кле-
ями БФ-2 или БФ-4 в тех случаях, когда необходимо склеить пла-
стины в монолитный пакет, чтобы уменьшить распушение пакета
и гудение при работе на переменном токе.
Во многих случаях пластины изолируют фосфатной пленкой,
которая по своим механическим и электрическим свойствам пре-
восходит лаковую изоляцию и
значительно дешевле последней.
Надежная изоляция пластин
может быть также осуществле-
на при отжиге доступом кисло-
рода (так называемый полуот-
крытый отжиг).
Сборка пластин в
пакет осуществляется различ-
ными способами. Набивка пла-
стин магнитной цепи в каркасы
катушек с обмотками в мелко-
серийном производстве выпол-
няется вручную.
Существуют два вида сбор-
ки: вперекрышку и встык. Сбор-
ка вперекрышку обеспечивает
лучшее заполнение окна кату-
шек и может выполняться из
Г-, П-, Ш-образных пластин и
пластин замкнутого типа. В ка-
честве примера на рис. 8-8, а
показана сборка Ш-образных
пластин вперекрышку. Пласти- РиС- 8-8- Схема сборки пластин маг-
ны укладывают вырезами в раз-	г
ные стороны. Сборка впере-
крышку очень трудоемка, так как пластины укладывают по одной.
При невысоких требованиях к току холостого хода применяется
сборка вперекрышку не отдельных пластин, а пачек из 5—7 пла-
стин. Сборка встык может выполняться без зазора (рис. 8-8, б),
а при наличии зазора (рис. 8-8, в) величину последнего можно
регулировать, прокладывая один или несколько слоев телефон-
ной или кабельной бумаги.
Для лучшего заполнения окна катушки собранный пакет до-
пускается один раз обжать в приспособлении под гидравлическим
или винтовым прессом с удельным давлением, не превышающим
40 КГ/см2. После обжатия в окно можно вставить еще четыре —
шесть пластин; две-три последние забивают деревянным молот-
ком, что обеспечивает плотное укрепление катушки на пакете.
б
163
Собранные пакеты стягивают болтами, шпильками или зажима-
ют в обойму. Стяжные болты (шпильки) изолируют от пакета
гетинаксовыми трубками или кабельной бумагой, которую часто
пропитывают электроизоляционным лаком и «запекают».
В массовом производстве для сборки пакетов магнитопроводов
применяют автоматы. На рис. 8-9 приведены схемы, поясняющие
один из способов механизированной укладки Ш-образных и замы-
Рис. 8-9. Схема устройства для механизированной сбор-
ки Ш-образных и замыкающих пластин.
1,9 — толкатели Ш-образных пластин; 2,5 — магазины замы-
кающих пластин; 3,4 — толкатели замыкающих пластин; 6 —
катушка; 7 — прижим; 8 — скоба для закрепления выводов; 10,
11 — магазины Ш-образных пластин.
кающих пластин. Изготовленная катушка закрепляется в под-
ставке. Механизмом подачи из магазина 5 подается замыкающая
пластина. Толкатель 4 продвигает его до упора. С некоторым за-
паздыванием по времени механизм подачи подает Ш-образную
пластину, толкатель 1 проталкивает ее в катушку. Таким же об-
разом укладываются замыкающая и Ш-образная пластины с дру-
гой стороны катушки. После каждого цикла укладки двух пластин
(одна Ш-образная, а другая замыкающая) подставка опускается
вниз на толщину пластины. Уплотнение собранного пакета произ-
водится прижимом 7.
164
8-4
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ЛЕНТОЧНЫХ МАГНИТОПРОВОДОВ
а)	Получение заготовки
Так как большинство предприятий изготавливает магнито-
проводы небольшими партиями и только для собственных нужд,
то заранее предусмотреть потребность в ленте определенной шири-
ны очень трудно. Для изготовления магнитопроводов обычно
употребляют ленту следующих размеров (в мм):
Толщина
Ширина
0,02—0,05 .................... 4;	5; 10; 15; 20
0,05—0,08 .................... 4;	5; 6,5; 10; 15; 20; 25; 32
0,10—0,20......................4;	5; 10; 15; 20; 25
Ленту требуемой ширины нарезают на механических ножни-
цах, чаще всего многодисковых. На торцах ленты с обеих сторон
по линии разреза образуются заусенцы, их снимают абразивными
кругами, валиками или металлическими ножами (рис. 8-10).
Рис. 8-10. Снятие заусенцев с ленты.
а — абразивным кругом; б — валиком; в — ножом; 1 — лента}
2 — абразивный круг, свободно сидящий на валу; 3 — абразив-
ный круг, плотно сидящий на валу; 4 — абразивный валик; 5—
нож.
Наилучшим способом снятия заусенцев является электролити-
ческое полирование ленты, которое не деформирует и не ухудша-
ет ее магнитных свойств; при некоторых условиях магнитные ха-
рактеристики лент даже улучшаются. Электрополирование торцов
ленты производится на переменном токе промышленной частоты
50 гц. Одним электродом служит лента, вторым — пластины из
сурьмянистого свинца. Электрополирование осуществляется на
автоматической конвейерной установке. При этом не требуется
предварительного обезжиривания ленты, так как электролит
одновременно является обезжиривающим и полирующим средст-
вом.
Ленту, сматываемую с бобины, протягивают сначала через
ванну электрополирования, погружая одним торцом в электролит
на глубину 1—1,5 мм, затем пропускают через промывочную ка-
меру и сушилку (обдувка подогретым до 60° С сжатым воздухом)
и наматывают на другую бобину. После обработки одного торца
165
ленты приемную бобину поворачивают на 180° и обрабатывают
второй торец.
Полированные торцы ленты совершенно не имеют заусенцев;
шероховатость поверхности — до П-го класса.
Электрополированием снимаются также наклеп и поверхност-
ный мелкозернистый слой толщиной в несколько долей микрона
магнитномягкого материала, что увеличивает магнитную прони-
цаемость, так как на поверхности ленты обнажается одноразмер-
ная по всей толщине крупнозернистая структура, обладающая
высокой магнитной проницаемостью.
б)	Типовой технологический процесс
изготовления ленточных магнитопроводов
методом навивки
Обезжиривание ленты производится с помощью
ультразвука в ванне с магнитострикционными преобразователями,
установленными по обе стороны движущейся ленты. Частота
ультразвуковых колебаний 18,5—23 кгц (генератор УЗГ-10 мощ-
ностью 10 кет). Акустическая плотность вибрации 4—5 вт!см\
В качестве передаточной среды служит вода при температуре
65—70° С (смена воды в ванне — 3—5 объемов в час). Расстояние
между вибратором и лентой не более 1 мм. Скорость протягивания
ленты до 10 м/мин. Обезжиренная лента сушится в трубчатой разъ-
емной электропечи при температуре 350—500° С и хранится завер-
нутая в бумагу.
При отсутствии ультразвуковой установки допускается обез-
жиривание ленты в органических растворителях (бензине, ацето-
не, уайт-спирите).
Для изоляции ленты применяют раствор молотого
талька, двухромовокислого аммония, азотнокислого алюминия в
дистиллированной воде. Он наносится на обезжиренную ленту и
сушится в печи при температуре 800° С. Иногда используют изо-
ляционное покрытие из жидкого стекла (807,5 г 1л), каолина
(150 г/л) и воды (42,5 г!л). Жидкое стекло обладает хорошими изо-
ляционными и склеивающими свойствами, позволяющими исклю-
чить вакуумную пропитку магнитопроводов.
Чаще всего изоляцию ленты осуществляют одновременно с на-
вивкой. Широко применяется электрофорезный способ изоляции.
Ленту пропускают через суспензию изолирующего вещества (на-
пример, каолина в воде). При создании разности потенциалов
взвешенные частицы изолирующего вещества движутся к электро-
ду, которым в данном случае является лента, и осаждаются на ее
поверхности. Этот способ позволяет получить весьма малую тол-
щину изоляционного покрытия, равную 5—10 мк, что увеличивает
коэффициент заполнения магнитопровода. Толщина и плотность
изоляционного слоя зависят от выбранного режима навивки, от
концентрации суспензии и разности потенциалов,
166
Навивку магнитопроводов производят на полу-
автоматической установке (или на токарном станке). Бухта с обез-
жиренной лентой (рис. 8-11) устанавливается в специальное натяж-
ное приспособление. Навивка магнитопроводов производится на
прямоугольную оправку, которая прокладывается конденсатор-
ной бумагой К-120, заправленной вместе с лентой в прорезь оп-
равки. Первые 2—3 витка мотаются вручную. Если при намотке
магнитопровода лента оборвется или длина ее в бухте окажется
недостаточной, то разрешается подложить свободный (оборван-
ный) конец ленты под последний намотанный виток магнитопро-
Рис. 8-11. Схема установки для навивки магнитопроводов.
1 — оправка; 2 — счетчик числа оборотов; 3 — рулон конденсаторной бумаги; 4 — на-
тужные ролики; 5 — фланелевые круги для окончательной очистки поверхности ленты;
6 — сушильное устройство; 7 — душевые головки для промывки холодной водой; 8 —
промывочный бак; 9 — волосяные щетки; 10 — ванна с органическим растворителем;
11 — рулон с лентой; 12 — сливная труба; 13 — трубы для подачи .горячей воды.
вода, сделать 1—2 оборота вручную, затем восстановить режим и
продолжить навивку.
Чтобы предотвратить самопроизвольное разматывание навито-
го магнитопровода из ленты толщиной до 0,15 мм, конец послед-
него витка закрепляют точечной электросваркой (рис. 8-12) при
напряжении 12—24 в. Изоляция при сварке пробивается лишь на
последнем витке.
Отжиг магнитопроводов производят в вакуумной
печи при вакууме не ниже 1 • 10 ~3 мм рт. ст. После этого магни-
топроводы нагревают до температуры 800 ± 20° С и выдерживают
в течение 3—4 ч; охлаждение ведут до 100° С со скоростью 100
град 1ч. При 100° С контейнер вскрывают. Отожженные магнитопро-
воды, избегая толчков и ударов, освобождают от скоб и оправок
на винтовом настольном или гидравлическом прессе.
Пропитка магнитопроводов. Витые магнито-
проводы из электротехнических сталей пропитывают лаками, кле-
167
ями или компаундами. Наиболее распространены компаунд
КГМС-2, лак МЛ-92, клей БФ-4, состав КП-18, лак № 976-1.
Компаунд КГМС-2 при температуре 80—100° С превращается
в монолитный полимер, обладающий хорошими диэлектрическими
свойствами, высокими влаго- и водостойкостью, механической
прочностью и эластичностью. Перед пропиткой компаундом в
окно магнитопровода вставляют оправку, предварительно смазан-
ную техническим вазелином. Торцы магнитопроводов протирают
тампоном, смоченным авиационным бензином, и сушат 30—40 мин
на воздухе, а затем 20—30 мин в термостате при температуре
80-90° С.
Высушенные магнитопроводы устанавливают в ванну так,
чтобы они не касались друг друга, и заливают компаундом, который
Рис. 8-12. Сварочная голов-
ка для закрепления послед-
него витка магнитопровода.
должен закрывать их полностью. Ван-
ну помещают в автоклав, включают
вакуумный насос и при остаточном дав-
лении 10—20 мм рт. ст. выдерживают
магнитопроводы 20 мин. Процесс пов-
торяют еще раз, выдерживая магнито-
проводы в вакууме в течение 40 мин.
После этого открывают крышку авток-
лава, магнитопроводы выгружают и
дают стечь с них излишкам компаунда.
Пропитанные магнитопроводы сушат
при 120° С в течение 12 ч и, освобо-
див от скоб и оправок, снимают ножом
излишки компаунда.
Лак МЛ-92 (ТУ МГУХП-13-57) об-
ладает высокой маслостойкостью и элек-
трической прочностью; в процессе теп-
лового старения он долгое время сохраняет эластичность. Маг-
нитопроводы перед пропиткой этим лаком надевают на оправку,
обезжиривают и высушивают в термостате при температуре
110 ±5° С в течение 0,5—1 ч. Горячий магнитопровод погружают
в ванну с лаком при температуре 50 ± 10° С и устанавливают в
автоклав, выдерживая при остаточном давлении 10—20 мм рт.
ст. около 30 мин. Затем после выдержки при нормальном давле-
нии в течение 2—4 мин создается избыточное давление 3—4 ат
с выдержкой 2—4 мин, после чего давление снимают и магни-
топроводы извлекают из автоклава.
Сушка производится в течение 8—10 ч при температуре 195 ±
±5° С.
Пропитка магнитопроводов клеем БФ-4 (ГОСТ 12172-66) вяз-
костью 10—12 сек (по вискозиметру ВЗ-4) производится при оста-
точном давлении 20 мм рт. ст. Сушат магнитопроводы 2 ч на воз-
духе, а затем 8 ч в сушильном шкафу при температуре 110° С с
последующей зачисткой наплывов клея. Клей БФ-4 очень эла-
стичен, но плохо противостоит температурам.
1Q8
Состав КП-18 эластичен, имеет хорошие клеящие свойства,
технологичен, но недостаточно влаго- и водостоек. Перед пропит-
кой магнитопроводы протирают тампоном, смоченным в бензине,
и сушат 20—30 мин на воздухе.
Ванну с составом КП-18 и погруженными в него магнитопро-
водами помещают в вакуумную пропиточную установку и выдер-
живают при остаточном давлении 10—20 мм pm. ап, в течение
30 мин. Затем после десятиминутной выдержки на воздухе ваку-
умирование повторяют еще раз.
Пропитанные магнитопроводы сушат 4 ч при температуре
150—160° С, в заключение поочередно промазывают составом
КП-18 и сушат при той же температуре торцы магнитопроводов.
Лак № 976-1 обладает хорошими клеящими свойствами, высо-
кими механической прочностью, влаго- и водостойкостью. Перед
пропиткой этим лаком надетые на оправки магнитопроводы зажи-
мают в скобы, протирают торцы тампоном, смоченным авиацион-
ным бензином, и сушат. После нагрева в термостате при 110 ± 5° С
в течение 1 ч их погружают в ванну с лаком № 976-1 (вязкостью
20—22 сек по вискозиметру ВЗ-4) и при остаточном давлении
20 мм рт. ап. выдерживают в автоклаве 15 мин. Пропитанные маг-
нитопроводы помещают в термостат при комнатной температуре,
которую за 30—40 мин доводят до 110 ± 5° С и выдерживают 1 ч.
Слой лака на торцах должен быть сплошным, без наплывов. Тор-
цы магнитопровода покрывают тем же лаком погружением или
кистью и сушат.
Разрезка магнитопроводов, снятие зау-
сенцев и притирка торцов. Магнитопроводы за-
крепляют в специальном приспособлении (рис. 8-13), зажимают
клином и разрезают на горизонтально-фрезерном станке дисковой
фрезой толщиной 2 мм, диаметром 110—150 мм за один проход
при скорости вращения 135 об/мин и подаче 0,35 мм/об с обильным
охлаждением эмульсией. После разрезки зачищаются заусенцы
по периметру торцов магнитопровода; при этом допускается фаска
глубиной не более толщины одного витка (~ 0,1 X 45°). Если
при фрезеровании отслаиваются витки, то их подклеивают баке-
литовым лаком с последующей сушкой в сжатом состоянии при
температуре 150° С. При стягивании магнитопровода струбцина-
ми внутреннюю поверхность их смазывают меловым раствором,
чтобы избежать склеивания.
При фрезеровании поверхность разреза получается неровной,
появляются короткозамкнутые витки и наклеп концов разрезан-
ных лент. В несколько меньшей степени эти явления проявля-
ются при разрезке магнитопроводов абразивным кругом; при
этом отпадает необходимость в последующем шлифовании торцов.
Наименьшее замыкание торцов, а следовательно, и изменение
электрических и магнитных свойств магнитопроводов происходит
при электроискровой разрезке. Но чистота поверхности при этом
получается меньше, чем при разрезке абразивным кругом.
169
Притирка стыковых торцов производится семимикронной при-
тирочной пастой (электрокорунд ЭМ7—40%, олеиновая кислота —
40%, стеарин — 20%) на притирочной плите. Притиркой удаляют
Рис. 8-13. Приспособление для разрезки и отжига маг-
нитопровода.
1 — корпус; 2 — магнитопроводы; 3 — клин.
мелкие заусенцы, образующиеся на торцах при снятии фаски на-
пильником, а также межвитковые заусенцы, остающиеся после
фрезерования.
Консервацию стыковых торцов производят погружением их
на 1—2 мм в ванну с расплавленным бескислотным парафином.
в)	Типовой технологический процесс
изготовления ленточных магнитопроводов
методом гибки
Ленточные магнитопроводы изготовляют методом гибки при
толщине ленты 0,05—0,35 мм.,
Покрытие ленты суспензией. Обезжиривание
ленты производится так же, как и при изготовлении ленточных
магнитопроводов, методом навивки. Обезжиренная лента покры-
вается с одной стороны специальной суспензией, оплавляемой при
температуре 550—650° С, или специальной эмалью. Скорость
прохождения ленты через установку для нанесения покрытия за-
висит от заданной толщины изоляции и степени оплавления суспен-
зии. Наплывы суспензии не допускаются. При толщине ленты
0,05—0,08 мм слой покрытия должен быть не менее 10 мк^ при
толщине 0,08—0,10 мм — от 10 до 15 мк.
170
Нормально оплавленная суспензия имеет серый цвет. Лента
после оплавления должна иметь равномерное покрытие по всей
ширине, суспензия не должна отставать от металла при изгибе
ленты толщиной 0,08 мм под углом
90° (радиус равен 1 мм). В зависимо-
сти от толщины покрытия суспен-
Рис. 8-15. К расчету дли-
ны пластин магнитопро-
вода.
Рис. 8-14. Резка лент магнито-
провода.
зию разбавляют дистиллированной или кипяченой отмученной
водой. Операции обезжиривания ленты и нанесения покрытия
можно объединить.
Разрезка ленты на пластины производится, как показано на
рис. 8-14. Ленту разрезают на пластины определенной длины и
собирают в пакет. Развернутая длина пластин (рис. 8-15) рассчи-
тывается по формулам
= 2h -|- С -|- А ;
Ln = 2/z -р С -р Tid -р А*,
d 7
az — кст,
где Л] — длина первой пластины, мм;
Ln — длина последней пластины, мм;
А — припуск на обработку, мм;
п — число пластин;
t — толщина ленты, мм;
кСт — коэффициент заполнения магнитопровода.
Гибка и спекание пакетов магнитопро-
водов. Приспособление для гибки монтируют на специальной
установке с камерой спекания, где температуру доводят до 800° С.
Затем пакет нарезанных лент устанавливают в приспособление
(рис. 8-16); последняя пластина пакета должна быть обращена
наружу стороной, не покрытой суспензией. После этого с помощью
пуансона, изгибающего пакет по оправке и проталкивающего
его через калибрующие ролики, производится гибка. Изогнутые
магнитопроводы спекают в камере. Чтобы избежать приклеивания
гибочной оправки к магнитопроводу, ее через 10—15 циклов ра-
боты смазывают графитом.
Шлифование стыковых торцов магни-
топроводов и снятие заусенцев. Стыковые
торцы магнитопроводов шлифуют на плоскошлифовальном станке
171
в приспособлении (рис. 8-17). Шлифование производится перпен-
дикулярно линии спекания пластин абразивным кругом средней
мягкости (СМ2) зернистостью 46—60 с вулканитовой связкой.
Охлаждение — обычной эмульсией. «Распушение» торцов не до-
пускается.
Абразивный круг правят алмазом, в противном случае может
произойти «заволакивание» заусенцев на торцах сердечника, т. е.
замыкание пластин. После шлифования снимают заусенцы. Фаска
допускается не более 0,1 X 45°.
Рис. 8-16. Приспособление для гибки ленточных магни-
топроводов.
Возможна подклейка отставших пластин жидким бакелитовым
лаком с последующей сушкой в сжатом состоянии в муфельной
печи при температуре 150° С. При стягивании магнитопроводов
струбцинами их внутреннюю поверхность смазывают меловым
раствором во избежание приклеивания к изделию. Торцы под-
клеенных магнитопроводов притирают «бархатной» наждачной
бумагой.
Рис. 8-17. Приспособление для шлифования
стыковых торцов магнитопроводов.
Окраска магнитопроводов. Перед окраской
магнитопроводы промывают бензином и сушат 1 ч на воздухе при
температуре 18—23° С. После промывки их устанавливают на
вращающийся стол и покрывают глифталевым грунтом 138 из
пульверизатора, сушат 2—3 ч при температуре 100—110° С и
окрашивают глифталевой эмалью 2062 (ВТУ МХП 1400-45) с по-
следующей сушкой при температуре 80 ± 5° С.
Консервация стыковых торцов магнитопроводов осуществля-
ется, как описано выше.
172
8-5
ИЗГОТОВЛЕНИЕ МАГНИТОПРОВОДОВ
ИЗ МАГНИТОДИЭЛЕКТРИКОВ
Для приготовления порошка магнитодиэлект-
рика на основе феноло-формальдегидной смолы требуемое коли-
чество смолы растворяют в этиловом спирте в соотношении 1 : 4
(по весу). Чтобы удалить посторонние примеси, раствор пропу-
скают через сито с 900 отв/см2. В раствор вводят порошок карбо-
нильного железа и длительное время перемешивают в механиче-
ской мешалке с подогревом до 40—50° С, чтобы ускорить процесс
испарения спирта и частично воды, процентное содержание кото-
рой в приготовленной смеси должно со-
ставлять 0,9—1,2%. Полученный порошок
просеивают через сито с 400 отв!см2.
В случае применения полистирола смесь
карбонильного железа и диэлектрика долж-
на просеиваться без остатка через сито
с 10 000 отв!см2. Порошок полистирола
добавляется к карбонильному железу в
количестве 10—13% (по весу) с последую-
Рис. 8-18. Пресс-форма
для изготовления чашеч-
ных сердечников.
1 — пуансон- 2 — штырь j
3 — внутренняя втулка; 4 —
пружина; 5 — плата- 6 —
наружная втулка; 7 —* кор-
пус пресс-формы- 8 — вкла-
дыш.
щим перемешиванием в течение 10—12 ч
в шаровой мельнице (без шаров, чтобы
предотвратить образование наклепа на ча-
стицах карбонильного порошка). Получен-
ный порошок загружают в шнек-машину,
где при температуре 170—180° С образует-
ся масса, которая продавливается сквозь
решетку машины с отверстиями диаметром
1 мм. Охлажденную массу (в виде цилиндриков) дробят, получая
порошок с круглыми зернами, готовый для изготовления магни-
топроводов.
Детали из магнитодиэлектриков изготовляют тремя способами:
холодным и горячим прессованием или литьем под давлением.
Холодное прессование применяют, если в каче-
стве диэлектрика (связки) служат феноло-формальдегидные смолы
(бакелитовая смола) и жидкое стекло. Оно производится на гид-
равлических прессах в пресс-формах. На рис. 8-18 показана кон-
структивная схема пресс-формы для изготовления чашечных сер-
дечников. Технологический процесс изготовления сердечников
состоит из собственно прессования, полимеризации связки и ста-
рения сердечников, шлифования соприкасающихся торцевых
поверхностей сопрягаемых половин сердечников, контроля.
Прессование производится при температуре 15—20°С с выдерж-
кой под давлением в течение 1—2 сек. Оптимальное давление при
холодном прессовании порошка с бакелитовой связкой равно
8—10 ml см2. Отпрессованные половинки сердечников выдержи-
вают около суток в сушильном шкафу с принудительной циркуля-
173
цией воздуха при температуре 30—40° С. За это время происходит
снятие внутренних напряжений, появившихся в зернах железа
в результате прессования, а также испарение влаги. Затем тем-
пературу повышают до 130—140° С и выдерживают 4 ч\ при этом
связка полимеризуется. Изделия охлаждаются в шкафу до 30° С.
Для повышения влагостойкости и защиты железа от окисления
сердечники пропитывают в течение 2 ч в электротехническом це-
резине, нагретом до 125—130° С.
После шлифования проверяют размеры готовых спаренных сер-
дечников, механическую прочность, измеряют электрические па-
раметры сердечников (это осуществляется сравнительным методом
Рис. 8-19. Тигель и
пресс-форма для литья
под давлением.
мы. Термопластичные
по образцам путем определения относи-
тельной магнитной проницаемости и от-
носительного изменения добротности).
Горячее прессование при-
меняется в тех случаях, когда связкой
служит полистирол или другой термопла-
стичный материал.
Прессование производят в пресс-фор-
ме, нагретой до 170—200° С. При повы-
шенной температуре полистирол размяг-
чается, поэтому для прессования требуется
удельное давление 4,5—5 тп/см2. Для полу-
чения плотной структуры детали выдер-
живают под давлением в течение 3—10 мин
в зависимости от их размера. По окон-
чании прессования пресс-форму в течение
10—15 мин охлаждают струей сжатого
воздуха до температуры 80—85° С, при
которой допускается разгрузка пресс-фор-
материалы не нуждаются в длительной
полимеризации и старении.
Литье под давлением применяют при изготовлении
подстроечников с резьбой, при опрессовке обмоток магнитоди-
электриками, запрессовке магнитодиэлектриков в элементы пло-
ских монтажных (печатных) схем и т. д. Связкой в этом случае,
как и при горячем прессовании, служит полистирол или другой
термопластичный материал.
Схема установки для литья под давлением показана на рис. 8-19.
Тигель состоит из цилиндра 4, куда загружают приготовленную
смесь, системы электрообогрева 2 с термоизоляцией 1 и поршня 5,
передающего давление гидравлического пресса на смеси. В нижней
части цилиндра 4 имеется отверстие, через которое смесь, разогре-
тая до 190—200° С, подается в разъемную пресс-форму 5. Давле-
ние при этом равно 3—6 тп!см2 (расчет ведут относительно наиболь-
шей площади поперечного сечения детали в плоскости, перпен-
дикулярной направлению давления). Для получения однородной
плотности массы ее выдерживают под давлением от 0,5 до 3 мин
174
после заполнения пресс-формы (в зависимости от размеров отли-
ваемой детали).
Изготовленные из магнитодиэлектриков магнитопроводы не
должны подвергаться механической обработке давлением или
снятием стружки (кроме шлифования торцов), так как механи-
ческие воздействия вызывают остаточные деформации зерен же-
леза, а следовательно, ухудшение магнитных свойств. Магнито-
диэлектрики гигроскопичны, поэтому необходимо защищать их
от климатических воздействий обволакиванием или заливкой ком-
паундами, а также путем герметизации узлов.
8-6
ИЗГОТОВЛЕНИЕ МАГНИТОПРОВОДОВ ИЗ ФЕРРИТОВ
Технологический процесс изготовления ферритов состоит из
четырех основных этапов: приготовление шихты для прессования
или шликера для литья, формование, спекание и механическая
обработка.
Приготовление шихты. Для приготовления шихты необходимо
выполнить следующие операции: приготовление окислов, измель-
чение и смешение их, предварительное спекание, введение связую-
щего вещества.
Приготовление окислов. В качестве исходного
сырья для изготовления ферритов используются непосредственно
окислы металлов или их соли. Если в качестве исходного сырья
применяют соли металлов, то окислы получают их термическим
разложением или осаждением гидратов окислов.
При термическом разложении солей исходные материалы —
карбонаты, нитраты или сульфаты — смешивают в определенных
пропорциях, измельчают и нагревают до температуры разложения.
Так, для приготовления магниевого феррита используют смесь
окиси железа и карбоната магния, которые прокаливают при тем-
пературе 550° С в течение 6 ч. Реакция термического разложения
идет так:
Fe2O3 + MgCO3 -> Fe2O3 + MgO + CO2.
Для осаждения гидратов окислов к растворам смеси солей,
взятых в необходимых соотношениях, добавляют аммиак или соду.
Методом совместного осаждения гидратов окислов железа и
магния можно получить частицы железа диаметром 0,01 мк и
частицы магния диаметром 0,07 мк.
Преимущество использования солей в качестве исходного сырья
при изготовлении ферритов — получение химически наиболее ак-
тивных и гомогенных смесей благодаря их малой дисперсности и
более тонкому смешению. Однако существенными недостатками
этих методов являются большая трудоемкость, потребность в спе-
циальном химическом оборудовании и необходимость в высоко-
квалифицированных рабочих. Поэтому, как сказано выше, в про-
175
изводственных условиях в качестве исходного сырья используют
непосредственно окислы металлов, которые при правильно выбран-
ном технологическом процессе дают ферриты с заданными магнит-
ными свойствами;
Измельчение и смешение окисло в. Посколь-
ку ферриты состоят из массы опрессованных и спеченных частиц,
основные процессы, протекающие при образовании ферритов,
являются процессами взаимодействия этих частиц, т. е. процес-
сами образования контакта, прочность которого зависит от многих
факторов, в первую очередь от величины соприкасающихся поверх-
ностей частиц. Повышение дисперсности исходных порошков
окислов и их однородности позволяет ускорить протекание реак-
ций и снизить температуру спекания.
Измельчение и смешение исходных материалов происходят
в шаровой или вибрационной мельнице, а также на ультразву-
ковых установках.
Оптимальная степень заполнения барабана шаровой мельницы
шарами и окислами (шихтой) составляет 0,4—0,6 его объема.
Процесс измельчения и смешения шихты может быть сухим или
мокрым — в среде жидкости (вода, спирт, бензин и т. п.). Жидкая
среда способствует лучшему измельчению и смешению в результа-
те уменьшения сил трения между частицами. При выборе среды
для измельчения и смешения необходимо иметь в виду, что неко-
торые окислы металлов, например окись магния, взаимодействуют
с водой, образуя кристаллогидраты, препятствующие смешиванию
шихты и вызывающие повышенную пористость готового феррита.
В этом случае применяют жидкие продукты перегонки нефти (бен-
зин, керосин и т. п.).
Тонкость помола в шаровой мельнице доводится только до
50—60 мкм; при более тонком помоле экономичность и производи-
тельность шаровых мельниц резко снижается; в ряде случаев не-
обходимая степень измельчения вообще не может быть достигнута.
Так как размеры частиц окислов металлов, как правило, меньше
50—60 мкм, то помол исходной ферритовой шихты в шаровых мель-
ницах на деле является не столько процессом измельчения, сколь-
ко процессом смешения.
Тонкое измельчение можно осуществить лишь вибрационным
воздействием, т. е. в результате помола в вибрационной мельнице
и измельчения с помощью ультразвука.
Главной особенностью процесса измельчения и смешения в виб-
рационной мельнице является большое число колебаний, сообща-
емое шарам, и их сложное движение во всех направлениях. Это
создает усталостный режим разрушения обрабатываемого матери-
ала при его непрерывном перемешивании. Основные технологи-
ческие факторы, определяющие процесс измельчения и смешения
порошков на вибрационных мельницах, — частота и амплитуда
колебаний, соотношение между количеством шаров и измельчае-
мого материала, диаметр шаров, степень заполнения камеры ша-
176

рами и порошком и среда, в которой происходят измельчение
и смешение. Помол осуществляется стальными закаленными ша-
рами диаметром 20—40 мм. Оптимальное весовое соотношение об-
рабатываемого материала к шарам составляет 1 : 3, степень за-
полнения рабочего пространства камеры — до 60% ее объема.
Амплитуда колебаний равна 2—2,5 мм, частота 25—30 гц.
Помол порошка в течение 40 мин дает зерна размером 5—10 мкм.
Для приготовления шихты применяют наиболее целесообраз-
ный комбинированный метод: первичное приготовление шихты из
исходных окислов металлов проводят в ша-
ровых мельницах, добиваясь наилучшего пе-
ремешивания компонентов, а вторичное из-
мельчение и смешение после операции пред-
варительного спекания — в вибрационных
мельницах до тонкого измельчения шихты.
Для измельчения и смешения компонен-
тов ферритовой шихты с" помощью ультра-
звука порошки окислов металлов засыпают
в ванну с жидкостью (вода, бензин, спирт
и т. д.) в соотношении 1 : 2 (по весу). Дно
ванны представляет собой мембрану магнито-
стрикционного вибратора (рис. 8-20), соеди-
ненного с ультразвуковым генератором. Ко-
лебания мембраны вибратора непосредствен-
но передаются жидкости, и в результате
возникновения в ней кавитационных явле-
ний и непосредственных соударений частиц
друг с другом происходят размол и смеше-
ние частиц шихты.
Предварительное спека-
ние. После измельчения, смешения и суш-
ки смесь окислов подвергают предваритель-
ному спеканию при температуре несколько ниже, чем температура
окончательного спекания. Предварительное спекание применя-
ется для уменьшения усадки при окончательном спекании и улуч-
шении однородности феррита, а также повышения стабильности
магнитных свойств от детали к детали.
Предварительное и окончательное спекание обычно ведут в
одних и тех же печах. Режим спекания устанавливают опытным
путем.
После предварительного спекания смесь окислов вновь из-
мельчают, смешивают указанными выше способами и просеивают
через набор сит для разделения шихты на отдельные фракции по
размерам частиц и удаления инородных частиц.
Введение связующего вещества. Связующее
вещество должно обладать хорошей текучестью, инертностью по
отношению к компонентам смеси и хорошими клеящими свойст-
вами. Для прессования в качестве связующего применяют пара-
Рис. 8-20. Ванна для
измельчения и смеше-
ния ферритовых по-
рошков с помощью
ультразвука.
1 — ванна; 2 — мембра-
на; 3 — магнитострик-
ционный вибратор; 4 —
подача охлаждающей во-
ды.
177
фин или 10—12%-ный водный раствор поливинилового спирта.
Парафин добавляют в количестве 5—8% от общего веса смеси,
поливиниловый спирт — 10%. После засыпки размельченного па-
рафина смесь подогревают в термостате до температуры 110—120° С
в течение 15—20 мин, тщательно перемешивают и протирают через
сита. Раствор поливинилового спирта вводят в смесь, которую
после перемешивания также пропускают через сита.
Шликер для литья ферритов под давлением должен плавиться
и иметь хорошую текучесть при повышенной температуре, затвер-
девать при комнатной температуре. Эти качества обеспечивает
парафин, который вводят в шликер в количестве 8—12% (по весу)
и тщательно перемешивают с ферритовым порошком в шаровой мель-
нице с обогревом. Для улучшения текучести шликера к нему до-
бавляют в небольшом количестве олеиновую кислоту или натураль-
ный пчелиный воск.
Формование деталей. Процесс формования ферритов под дей-
ствием сжатия и последующего спекания не только определяет
форму и размер деталей, но и обеспечивает получение ферритов
с заданными плотностью материала, электрическими и магнитны-
ми свойствами. Наиболее широкое распространение получили два
способа формования ферритовых деталей — прессование и литье
под давлением.
Прессование смеси ферритовых порошков (шихты)про-
изводится на гидравлических или механических прессах в сталь-
ных пресс-формах. Лучше применять гидравлические прессы уси-
лием до 100—200 т, обеспечивающие плавное нарастание давле-
ния в процессе прессования. Для удобства съема отпрессованных
деталей внутренние стенки матрицы должны иметь конусность
0,5—1° по отношению к оси прессования. Между пуансоном и
матрицей предусматривают зазор по ходовой или легкоходовой
посадке 2-го класса точности для выхода воздуха при уплотнении
порошка. Детали из ферритов после окончательного спекания дают
усадку 15—20%, что необходимо учитывать при конструировании
пресс-формы.
Одной из особенностей прессования ферритов является плохая
текучесть исходных материалов. В связи с этим для получения
деталей однородной плотности при конструировании пресс-форм
предусматривается двустороннее прессование, осуществляемое
сверху основным пуансоном и снизу — выталкивателем, кото-
рый, таким образом, является нижним дополнительным пуан-
соном.
Оптимальное давление при прессовании ферритов находится
в пределах 2—3 т/см2-. Недостаточное давление не обеспечивает
нужной плотности деталей; чрезмерно высокое давление приводит
к образованию в них поперечных расслойных трещин.
Продолжительность выдержки под давлением не влияет на
плотность деталей, поэтому при прессовании давление снимают
немедленно после достижения заданной его величины.
178
Формование ферритовых деталей способом прессования имеет
следующие недостатки:
1)	нельзя получить детали с большим отношением высоты
к диаметру и сложной конфигурации (пустотелые цилиндры, длин-
ные стержни малого диаметра, резьбовые детали и т. д.);
2)	неоднородна структура готового феррита из-за различной
плотности изделий до спекания;
3)	низка механическая прочность изделий, что затрудняет их
транспортировку и загрузку
4)	необходимо сложное
и дорогостоящее оборудо-
вание и оснастка (прессы,
пресс-формы и т. д.).
Горячее литье
под давлением.
Формы для литья под дав-
лением не имеют подвиж-
ных частей и не испыты-
вают больших усилий, по-
этому их конструкция про-
ста и удобна. Одним из ос-
новных вопросов конструи-
рования форм для литья
является выбор расположе-
ния и размеров литнико-
вой системы для подачи
шликера во внутреннюю
полость формы. Для сво-
бодного выхода воздуха
из формы в местах разъема
и сочленения деталей фор-
в печь для спекания;
Рис. 8-21. Схема литейной установки.
мы делают воздушные ка-
Налы В ВИДе мелких ЛЫ- 1 — рабочий бак; 2 — термостат; 3 — редуктор;
тггштпппи	4 ~ вакуумный насос; 5 — термометр; 6 — ком-
COK И проточек.	пенсационный баллон; 7 — прижимное устрой-
На рис. 8-21 приведена	ство-
схема литейной установки.
Принцип ее работы основан на применении термостатического гер-
метичного рабочего резервуара и использовании давления сжатого
воздуха для подачи литейного шликера в форму. Бак для литейно-
го шликера представляет собой герметичный стальной цилиндр с
трубкой для подачи сжатого воздуха. Он плотно закрывается крыш-
кой, на которую устанавливают форму для литья. При подаче
сжатого воздуха в рабочий бак горячий шликер заполняет форму.
Литье иод давлением позволяет изготовлять детали сложной
конфигурации, например резьбовые ферритовые сердечники с на-
ружной резьбой М4 х 0,7 и М3 X 0,5.
Кроме того, литье под давлением обеспечивает получение
деталей равномерной плотности во всех сечениях. Однако
179
эта плотность гораздо ниже теоретической плотности мате-
риала.
Известно, что недостаточная плотность материала (наличие
большого количества пор) существенно ухудшает магнитные свой-
ства ферритов, особенно в диапазоне сверхвысоких частот, уве-
личивая ширину линии ферромагнитного резонанса и общие маг-
нитные потери. В связи с этим в настоящее время изыскиваются
новые методы формования ферритов, обеспечивающие высокую
плотность материала. Одним из таких методов является прессова-
ние с помощью гидростатического давления.
Установка для гидростатического прессова-
ния (рис. 8-22) состоит из металлического полого цилиндра —
Рис. 8-22. Схема установки для гид-
ростатического прессования.
камеры 2 с верхней резьбовой
частью для завинчивания зат-
вора 4. Резиновую оболочку 3,
куда помещают шихту, подве-
шивают к затвору. Прёссование
производится с помощью гид-
ростатического давления воды,
которая подается в камеру плун-
жерным насосом 1. Максималь-
ное давление, которое может
быть получено в этой установ-
ке, составляет 1 500 ат.
Принцип прессования гидро-
статическим способом основан на
том, что под действием равномер-
но распределенного высокого
давления жидкости, действующего одновременно на всю поверх-
ность детали во всех направлениях, происходит сжатие, т. е. прес-
сование порошка. Поскольку при гидростатическом прессовании
отсутствуют потери давления на трение частиц порошка, можно
изготавливать детали высокой плотности при сравнительно малой
величине давления. Так, например, изготовленный гидростати-
ческим прессованием при давлении 1 300 ат магниево-марганце-
вый феррит имеет плотность 4,1 г/см3. Этот же феррит, изготовлен-
ный обычным прессованием при давлении 5 ml см2, имеет плотность
только 3,5 г/см3.
Благодаря равномерно распределенному давлению при гидро-
статическом прессовании деталь получается однородной плотно-
сти как по высоте, так и по сечению. Это предотвращает коробле-
ние и искажение формы детали в процессе ее спекания, а также
уменьшает разброс магнитных свойств ферритов.
Спекание ферритой. Спрессованные ферритовые детали перед
окончательным спеканием помещают в термостат или муфельную
печь для удаления связующего вещества. Температура в печи и
время выдержки деталей при этой температуре определяется видом
связующего, его количеством и размерами деталей.
180
Операция спекания ферритов с точки зрения влияния на их
магнитные свойства такой же важный этап, как и выбор хими-
ческого состава ферритов. Окончательное спекание ферритов
производится в специальных электрических печах. Наибольшее
распространение в промышленности получили камерные электри-
ческие печи с силитовыми нагревателями и с автоматической ре-
гулировкой температуры. Существенным недостатком этих печей
является их малая пропускная способность из-за небольшого
объема рабочей зоны, что обусловлено необходимостью уменьшить
перепад температур. Однако даже при малых объемах рабочей зоны
перепад температур в разных точках рабочего объема составляет
30—40° С, что заметно влияет на разброс магнитных характери-
стик ферритов одной и той же партии. Поэтому лучше применять
для спекания ферритов печи непрерывного действия туннельного
типа.
Основными техническими факторами, определяющими режим
спекания, являются скорость подъема температуры, окончатель-
ная температура и продолжительность выдержки ферритов при
данной температуре, скорость охлаждения и среда, в которой
производится спекание.
Чтобы предотвратить растрескивание деталей из-за быстрого
испарения оставшейся воды и связующего вещества, скорость
подъема температуры поддерживают в пределах 200—300° С в
час. Температуру и продолжительность спекания назначают в со-
ответствии с требуемыми магнитными характеристиками ферри-
тов. Обычно спекание ферритов производится при температуре
1 100—1 350° С в течение 2—10 ч. Среда или атмосфера спекания
и скорость охлаждения существенно влияют на фазовые соотно-
шения, а следовательно, и на магнитные характеристики феррита.
Механическая обработка ферритов. В процессе спекания про-
исходит значительная усадка (до 20%) ферритов, неравномерная
для деталей даже одной партии. Поэтому при прессовании оставля-
ют припуск на механическую обработку. Последняя сопряжена
с рядом трудностей. Так как ферриты обладают высокой твердо-
стью, повышенной хрупкостью и слабым сопротивлением ударным
и изгибающим нагрузкам, их нельзя обрабатывать точением,
фрезерованием, сверлением и т. п. Одним из основных методов
механической обработки является шлифование — плоское, круг-
лое наружное и внутреннее, а также бесцентровое наружное шлифо-
вание, выполняемое на обычных шлифовальных станках абразив-
ными кругами.
Важное значение имеет выбор шлифовального круга (рекомен-
дуется применять круги K360-80-GM2 по ГОСТ 2425-60). Недопус-
тим значительный перегрев обрабатываемой поверхности, который
приводит к появлению трещин и сколов и к ухудшению магнитных
свойств. Поэтому шлифование ферритов ведут с обильным охлаж-
дением эмульсией. После обработки эмульсию удаляют из пор
феррита промывкой деталей в мыльной теплой воде и кипячением в
181
течение часа с двукратной сменой воды. После этого детали сушат
при температуре 150° С в течение 2 ч. Режим обработки ферритов
определяется в основном видом шлифования, формой и размерами
деталей, требуемой чистотой поверхности и точностью размеров.
Практикуется также обработка ферритов на ультразвуковых
установках. Шлифованием могут быть обработаны только плоские
и цилиндрические поверхности; обработка пазов, отверстий в фер-
ритовых деталях этим способом невозможна. Ультразвук позво-
ляет выполнять такие трудоемкие операции, как сверление ферри-
тов, разрезка, прорезание пазов, прошивка профильных отвер-
стий, а также изготавливать детали фасонного профиля. При ульт-
развуковой обработке незначительно повышается температура
обрабатываемого материала, что, однако, не изменяет зернистой
структуры ферритов и не вызывает трещин и коробления. Тонко-
стенные детали можно изготовлять без скалывания. Они не подвер-
гаются воздействию срезывающих усилий, кручению, ударным
или каким-либо другим нагрузкам, благодаря чему возможны
большая точность и высокая чистота обработки. При обработке
деталей на ультразвуковой установке в качестве абразивного по-
рошка служат карбиды кремния и бора зернистостью 120—320.
Скорость снятия стружки зависит от амплитуды колебаний инстру-
мента и величины зерен абразивного порошка.
Получение чистых и точных отверстий достигается калибровкой
с применением мелкого абразивного порошка, а в качестве пере-
даточной среды — масла; при этих условиях можно достигнуть
чистоты поверхности до 9-го класса.
8-7
КОНТРОЛЬ
Все этапы технологического процесса изготовления магнито-
проводов тщательно контролируют, чтобы получить заданные вы-
ходные параметры изделий, в которых используются магнитопро-
воды.	<
Качество термообработки, навивки и межвитковой изоляции
ленточного сердечника выявляют проверкой его магнитных и элект-
рических параметров. Изготовленные и термически обработанные
магнитопроводы должны соответствовать техническим условиям
по допустимым потерям мощности (на гистерезис и вихревые токи),
по величине (амплитудному значению), заданной индукции Вмакс,
напряженности поля Ямакс и магнитной проницаемости |хмакс
и другими параметрам.
'Контроль магнитных параметров (Вмакс и Ямакс) осуществляют
на приборе ИМП-1, принципиальная схема которого показана на
рис. 8-23. Прибор позволяет измерить магнитные параметры коль-
цевых сердечников с внутренним диаметром не менее 20 мм и
наружным не более 125 мм. Пределы измерения магнитной индук-
182
Рис. 8-23. Схема прибора ИМП-1 для контроля магнитных параметров кольцевых магнитопроводов.
ции Ямакс от 500 до 18 000 гс, напряженности поля Ямакс от 0,05
до 10 э.
Погрешность прибора при измерениях на частоте 400 гц не
более 15%.
Прибор состоит из двух ламповых вольтметров и измерительно-
го элемента. Измерительный элемент представляет собой две ка-
тушки, в которые вставляют проверяемые сердечники. Одна из ка-
тушек имеет десять намагничивающих витков и один измеритель-
ный, а другая — один намагничивающий и три измерительных.
Устанавливая величину тока намагничивания по вольтметру /,
отсчитывают показания по вольтметру II. Результаты показаний
вольтметров подставляют в формулу для определения Ямакс и
Вмакс *
^макс =
-k'cp
где Ямакс — амплитудное значение напряженности магнитного
поля, а;
кг = 0,4 /са /ср = 0,00626 (при синусоидальной форме
кривой тока);
k^ — коэффициент формы кривой;
ка — коэффициент амплитуды;
&р = 0,01 — регулировочный коэффициент;
со — количество намагничивающих витков;
Яср — средний диаметр сердечника, см;
Яп — показания вольтметра II, мв.
Формула для определения магнитной индукции при измерении
на частоте 400 гц имеет вид:
где Ямакс — амплитудное значение магнитной индукции, гс;
&2 = ^ = 62,5; / = 400 гц-,
со2 — количество вторичных (измерительных) витков;
S — площадь сечения сердечника, см2;
U1 — показания вольтметра /, мв.
Для контроля магнитопроводов по току холостого хода слу-
жит прибор ИПТ-1 (рис. 8-24), с помощью которого производят
разбраковку методом сравнения с образцовым магнитопроводом.
Прибор позволяет проверять ленточные магнитопроводы, имеющие
внутренний диаметр от 20 до 40 мм, внешний диаметр от 30 до
80 мм и высоту 6,5 мм. Погрешность разбраковки не более 1,5%.
Питание прибора осуществляется от сети переменного тока 220 в
с частотой 50 гц и 115 в с частотой 400 гц. Принцип действия при-
бора основан на методе сравнения токов в одинаковых обмотках
катушек, на которые надеты контролируемый и образцовый магни-
топроводы при питании их равным напряжением.
184
Куда
посту-
пает
1Ш2
2LU2
ЗШ2
чип
Ш-1
Назначение
цепи
Питание
Питание
Сигнал
Сигнал
Rio
1
Трг
Лз
в2
Ci
^0
а
&
5
0-
Годен
а -
Брак
Ai;
б-
Ri?pi3
^15
R17
Рис. 8-24. Схема прибора ИПТ-1 для контроля магнитопроводов по току холостого хода.

Ш-2
Назначение
цепи
Питание
Питание
Сигнал
Сигнал
Куда пос-
тупает
1Ш1
2Ш1
ЗШ1
ЧШ1

Сд
С9
2206
К18
9

[]
tO
£^У7н3 а 2206 50 гц
g 1156 400 гц
Образцовый и контролируемый магнитопроводы помещают в
специальные разъемы, которые при замыкании образуют вокруг
магнитопроводов обмотку, содержащую 15 витков. Эти обмотки
соединены последовательно с первичной обмоткой трансформатора
тока, который имеет по два витка в каждой половине обмотки.
Напряжения на обеих половинах первичной обмотки трансформа-
торов сдвинуты по фазе на 180° и отличаются друг от друга на ве-
личину Д £7, зависящую от разности значений токов в обмотках
образцового и контролируемого сердечников.
Размагничивающее
устройство
Рис. 8-25. Блок-схема прибора ИМС-1 для измерения
коэрцитивной силы магнитопроводов из магнитномягких
материалов.
Величина ДС7 является суммарным напряжением, равным раз-
ности напряжений в обмотках, и совпадает по фазе с большим из
них. Векторные диаграммы напряжений С7Э и С7Х, а также суммар-
ные напряжения ДС7 будут следующими:
при С7Э Ux Ux <	—* Ud,
при Ud Ux Ux д^/ U3.
В первом случае ток холостого хода испытуемого магнитопро-
вода превышает максимально допустимый, во втором случае он
меньше. Для индикации фазы суммарного напряжения служит
фазовый дискриминатор, на выходе которого включена обмотка
поляризованного реле Р. Контакты реле в зависимости от фазы
суммарного напряжения замыкают соответствующую цепь ламп,
сигнализирующих о браке или годности контролируемого магнито-
186
принципу компенсации намагни-
провода. Сигнал поступает на фазовый дискриминатор через уси-
литель, на вход которого подается суммарное напряжение с обмот-
ки трансформатора тока Тр2. Входной трансформатор Тр3 создает
соответствующее напряжение на обмотках контролируемого и об-
разцового магнитопроводов в зависимости от типоразмеров пос-
ледних.
Контроль ваттных потерь в магнитопроводах осуществляется
ваттметром, работающим на частоте 400 гц.
Для проверки коэрцитивной силы магнитопроводов применяют
прибор ИМС-1. Он работает по
ченности испытуемой детали из-
вестным размагничивающим по-
лем в разомкнутой магнитной
цепи. Блок-схема прибора по-
казана на рис. 8-25. Блок на-
магничивания представляет со-
бой электромагнит с подвижны-
ми полюсными наконечниками,
между которыми помещают про-
веряемый магнитопровод. При
намагничивании детали ток воз-
буждения электромагнита авто-
матически плавно изменяется
от максимального значения до
нуля, что исключает возмож-
ность случайного размагничи-
вания при резких изменениях
тока возбуждения.
Для компенсации намагни-
ченности детали служит блок
размагничивания. Эта функция
выполняется кольцами Гельм-
гольца — двумя катушками с
большим отношением диаметра
к ширине намотки, расположенными на одной оси на расстоянии,
равном их радиусу. Ток возбуждения колец регулируется с по-
мощью электронно-релейной схемы до значения, при котором на-
магниченность проверяемой детали становится равной нулю. Стре-
лочный прибор, измеряющий соответствующие значения этого то-
ка, градуирован в эрстедах.
Момент равенства намагниченности проверяемой детали нулю
регистрируется блоком магнитного индикатора. Индикатором слу-
жит зонд, где используется зависимость магнитной проницаемости
ферромагнитного сердечника зонда в направлении вдоль оси от
напряженности поля в направлении, перпендикулярном оси. Про-
дольное поле создается тангенциальными составляющими поля
проверяемой детали, поперечное поле — вспомогательным током
частотой протекающим пр обмотке зонда,
6)
Рис. 8-26. Картины магнитного по-
ля при измерении.
187
Блок усилителя предназначен для избирательного усиления
напряжения двойной частоты 2/, снимаемого с индикаторной об-
мотки зонда, и выработки управляющего сигнала, подаваемого
на регулятор тока. Блок представляет собой резонансный усили-
тель низкой частоты с релейным выходом.
Плавное регулирование тока в обмотке электромагнита от
максимального значения до нуля, а также регулирование тока в
кольцах Гельмгольца до значений, соответствующих нулевой на-
магниченности проверяемого магнитопровода, осуществляется ре-
гулятором тока посредством электронно-релейной схемы.
При измерении коэрцитивной силы магнитопровод намагничи-
вают до насыщения в устройстве намагничивания, затем устанав-
ливают в размагничивающем устройстве вдоль оси колец Гельм-
гольца в непосредственной близости к середине индикаторной
катушки зонда. Ток в обмотке колец Гельмгольца отсутствует.
Картина поля приведена на рис. 8-26, а. Напряжение двойной
частоты, наводимое в индикаторной катушке зонда, усиливается
в блоке усилителя, и выходной сигнал блока запускает блок регу-
лятора тока. В кольцах Гельмгольца появляется ток, создающий
магнитный поток, направленный так, что результирующая тан-
генциальная составляющая потока проверяемого магнитопровода
и потока колец Гельмгольца при возрастании тока в последних
стремится к нулю. Картина поля приведена на рис. 8-26, б.
В момент компенсации на выходе блока усилителя возникает
минимальный сигнал, воздействующий на регулятор тока, кото-
рый прекращает изменение тока в кольцах Гельмгольца. Значе-
ние тока компенсации измеряется стрелочным прибором.
Глава
IX
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ОБМОТОК
9-1
ВИДЫ ОБМОТОК И ТЕХНИЧЕСКИЕ
ТРЕБОВАНИЯ К НИМ
В радиоаппаратуре применяются разнообразные намоточные
изделия, отличающиеся друг от друга по конструкции обмотки,
по форме, размерам, назначению и условиям эксплуатации. Сюда
относятся катушки контуров, катушки связи, дроссели высокой
и низкой частоты, трансформаторы высокой и низкой частоты,
проволочные постоянные резисторы, потенциометры и др.
Обмотки делятся на однослойные и многослойные, наматывае-
мые на прямые и кольцевые каркасы; однослойные обмотки из жест-
188
кого провода выполняют без каркаса. По характеру укладки вит-
ков на каркас различают следующие виды обмоток: а) с укладкой
«внавал»; б) с рядовой укладкой — виток к витку или плотная
обмотка; в) рядовая шаговая; г) универсальная (или «универсаль»);
д) шинная; е) пазовая.
а) Однослойные обмотки
Простая рядовая обмотка укладывается на пло-
ские, цилиндрические и профильные каркасы с расчетным шагом
£р, равным диаметру провода с изоляцией йиз, йиз + А или d + А,
где А — размер промежутка между соседними витками, a d —
диаметр провода без изоляции. Эти обмотки характеризуются ма-
лой собственной емкостью, небольшой индуктивностью, простотой
Рис. 9-1. Однослойная ря-
довая обмотка.
Рис. 9-2. Схема однослой-
ной кольцевой обмотки.
изготовления, малым разбросом электрических параметров от
заданного номинального значения при массовом изготовлении.
Простую рядовую обмотку широко применяют для изготовле-
ния контурных катушек и проволочных резисторов, а также
проволочных потенциометров. В последнем случае провод укла-
дывается на каркас виток к витку (рис. 9-1); уплотнение обмотки
происходит в результате поджима витков при укладке каж-
дым очередным витком. Это осуществляется наклоном провода
при намотке на угол а=5ч-8° к нормали (по отношению к
каркасу).
В радиоприборостроении, особенно при изготовлении потенци-
ометров, часто применяют однослойные обмотки с заданным по-
стоянным шагом 43 + А или d + А.
Кольцевая обмотка укладывается на каркас коль-
цевой формы. Витки ее располагаются в радиальном направлении,
поэтому расстояния между соседними витками по наружной поверх-
ности кольца больше, чем по внутренней (рис. 9-2). Шаг намотки
tp измеряют по внутренней поверхности кольца; он может быть
равен йдз? ^из + или d -f- А (как и у простой рядовой обмотки).
189
Однослойные кольцевые обмотки применяют в основном в реос-
татах, потенциометрах и некоторых типах трансформаторов. На
рис. 9-3 показана схема получения беззазорной кольцевой намот-
ки. Уплотнение витков производится толкателями, которые со-
вершают возвратно-поступательные движения (поочередно) при
наложении витка и таким образом плотно подгоняют виток к витку
сверху и снизу каркаса.
Бифилярная обмотка (рис. 9-4) наматывается од-
новременно двумя изолированными проводами с электрически
соединенными концами. Эти обмотки укладывают с шагом 2 ^из
Рис. 9-3. Схема получения
беззазорной кольцевой од-
нослойной обмотки (нама-
тывание потенциометра).
Рис. 9-4. Схема однослой-
ной бифилярной обмотки.
или 2 йиз + А. Они характеризуются безындуктивностыо благо-
даря взаимной компенсации равных по величине, но противопо-
ложных по направлению электромагнитных полей, возникающих
на витках обоих проводов.
Бифилярные обмотки применяют при изготовлении безындук-
ционных проволочных резисторов.
б) Многослойные обмотки
Простая рядовая обмотка в многослойных ка-
тушках укладывается последовательно ряд на ряд в обе стороны —
слева направо и справа налево (рис. 9-5, а). Обмотки этого вида
позволяют получать значительные индуктивности при сравнитель-
но небольших габаритах катушек, но имеют большие собственные
емкости и в связи с этим малую добротность, повышенный разброс
электрических параметров при серийном или массовом производ-
стве, а также повышенную разность потенциалов между крайними
витками соседних рядов. Последняя пропорциональна числу вит-
ков в ряду и может резко возрасти из-за случайного провала витка
одного из верхних слоев в нижние слои, что грозит пробоем при
напряженном режиме работы катушки. Для предотвращения этого
190
слоя обмотки изолируют друг от друга прокладками из конденса-
торной или кабельной бумаги (рис. 9-5, б), что, естественно, ведет
к увеличению размеров катушки. При наматывании на трубчатые
каркасы сползание крайних витков предупреждают, уменьшая
число витков в каждом следующем слое на один виток (рис. 9-5, в).
Простые многослойные рядовые обмот-
ки применяют главным образом в тран-
сформаторах и дросселях низкой частоты.
Многослойная бифиляр-
ная обмотка в принципе не отли-
чается от однослойной. Ее наматывают с
дпагом 2<7ИЗ и применяют для изготовле-
ния безындукционных проволочных рези-
сторов.
Секцйонированная индук-
ционная обмотка наматывается
на каркас-шпулю, разделенную на секции
поперечными щеками. При равной шири-
не обмотки максимальная разность потен-
циалов между крайними витками каждо-
го ряда тем меньше, чем больше число
секций в каркасе. Секционирование значи-
тельно снижает собственную емкость об-
мотки, так как емкости секций соединены
последовательно.
Один из вариантов выполнения секцио-
нированной индукционной обмотки пока-
зан на рис. 9-6, а. Число слоев обмотки в
каждой секции должно быть нечетным,
чтобы начало и конец провода располага-
лись у противоположных торцов катушки.
°)
Рис. 9-5. Схемы много-
слойных рядовых обмо-
ток.
Первую секцию наматывают справа нале-
во, вторую — слева направо, начало пер-
вой и второй секций электрически соеди-
няют. После наматывания третьей секции,
так же как и первой, справа налево соеди-
няют конец второй секции с началом тре-
тьей секции и т. д. Технологической особенностью секциониро-
ванной индукционной обмотки является то, что все нечетные и
все четные секции независимо от их числа наматывают при вра-
щении каркаса в противоположных направлениях.
Секционированная безындукционная об-
мотка укладывается на каркасах-шпулях с четным числом сек-
ций. В каждой секции наматывают равное количество витков,
причем число слоев должно быть нечетным (рис. 9-6, б). Наматы-
вание ведут посекционно; после укладки витков каждой секции
каркас снимают со шпинделя станка, не обрывая провода, по-
ворачивают на 180° и устанавливают снова. В результате такого на-
191
матывания витки в четных и нечетных секциях направлены на-
встречу друг другу и их магнитные поля взаимно компенсируются.
Секционированная безындукционная обмотка так же, как и
бифилярная, применяется в проволочных безындукционных ре-
зисторах, но перед последней она имеет то преимущество, что
допускает большее падение напряжения на виток.
v 1-я 2-я	3-я 4-я
Секции
1)
Рис. 9-6. Схема укладки многослойных секциони-
рованных обмоток.
а — индукционная; б — безындукционная.
Универсальная обмотка (рис. 9-7) отличается
тем, что провод укладывается на каркас под некоторым углом ср
к плоскости намотки с двумя или несколькими перегибами на тор-
цах катушки за каждый оборот. Перекрещивание каждого после-
дующего витка с предыдущим позволяет получать механически
прочную обмотку, диаметр которой значительно больше ширины,
обладающую малой собственной емкостью. Последняя тем меньше,
чем больше угол укладки ф, и, йаоборот, чем меньше угол ф, тем
больше универсальная обмотка по своим электрическим парамет-
рам приближается к простой многослойной рядовой обмотке.
Для получения универсальной обмотки поводок с проводом .
должен совершать в процессе наматывания возратно-поступа-
192
тельное движение по ширине намотки от .одного края к дру-
гому.
Шинная обмотка выполняется из шины — провода
с прямоугольным поперечным сечением (рис. 9-8). В большинстве
случаев шину укладывают спиралью в один ряд. Для межвитко-
вой изоляции применяют прессшпановую ленту. Шинная обмотка
применяется для изготовления ленточных магнитопроводов, а
также конденсаторов.
Пазовая обмотка укладывается «внавал» в паз, на-
пример, при изготовлении пакета якоря электродвигателя. Меха-
низм для раскладки провода в данном случае применяется редко
из-за малой ширины проходного
Рис. 9-7. Схема много-
слойной универсальной
обмотки.
Рис. 9-8. Схема многослой-
ной шинной обмотки.
Все обмотки характеризуются величиной электрического со-
противления, прочностью изоляции, числом витков, весом, жест-
костью и т. п.
При любом процессе наматывания практически невозможно
обеспечить получение совершенно точных заданных параметров
обмоток, что обусловлено в основном непостоянством параметров
обмоточных и изоляционных материалов. Качество обмоток за-
висит также от характера и технического состояния оборудования
и от технологического процесса наматывания.
На качестве обмотки сказывается:
а)	непостоянство диаметра и физических свойств обмоточного
провода;
б)	низкое качество изоляции провода;
в)	неточность геометрической формы каркаса;
г)	неточности кинематической схемы получения обмоток;
д)	неточности оборудования и приспособлений;
е)	неточность настройки станка;
ж)	деформации провода, каркаса и деталей станка;
з)	неточность измерений в процессе наматывания.
7 А. Т. Белевцев
193
Обмотки должны иметь требуемую по чертежу форму в задан-
ных габаритах, заданное число витков, расположенных в нужном
порядке, требуемую плотность витков, нужное омическое сопро-
тивление или индуктивность, заданные линейные (или функцио-
нальные) характеристики сопротивления (для переменных рези-
сторов и потенциометров) и неповрежденную изоляцию.
Выполнение этих требований возможно лишь при правильно
разработанном технологическом процессе изготовления обмоток,
при наличии достаточно точного намоточного оборудования и вы-
сококачественных материалов.
9-2
ПРИМЕНЯЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ
И ИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Для создания намоточных изделий, работающих в системах
радиоприборов, наряду с разработкой их оптимальной конструк-
ции необходим рациональный выбор материалов обмоточной про-
волоки, электроизолирующих покрытий, контактов, каркасов,
пропиточных лаков и эмалей, а также материалов корпусов, осей
элементов крепления, способствующих обеспечению надежной ра-
боты изделия в заданных условиях.
а)	Материалы для обмоточных проводов и контактов
В радиоаппаратуростроении в основном применяют провод
диаметром 0,03—0,3 мм. Наиболее употребителен провод диаметром
0,06—0,12 мм. Провод диаметром до 1 мм, как правило, имеет
круглое сечение.
Для изготовления катушек применяют обмоточный медный
провод круглого и прямоугольного сечений, шинную голую мед-
ную проволоку и вальцованный трос прямого сечения из мелких
медных жилок — литца. Для наматывания постоянных и перемен-
ных резисторов и потенциометров 1 применяют проволоку из ма-
териалов с высоким удельным омическим сопротивлением — них-
рома, константана и др. Нихром имеет гораздо большее удельное
сопротивление, чем константан, и в несколько раз больший темпе-
ратурный коэффициент, поэтому для намотки высокоточных из-
делий применять его не рекомендуется.
Материал проволоки для обмоток потенциометров должен
иметь также малую термоэлектродвижущую силу относительно
меди, стабильные свойства во времени, хорошую стойкость про-,
тив коррозии, высокую прочность и малое относительное удлине-
ние при растяжении.
В табл. 9-1 приведены свойства некоторых сплавов, из которых
изготовляется обмоточный провод для проволочных резисторов
и потенциометров.
1 См. также в гл. X.
194
Таблица 9-1
Физические и механические свойства сплавов для высокоомных обмоточных проводов
	Сплав	Химический состав, %	Удельное сопротивле- ние при 20° С, ом-мм^/м	Температурный коэффи- циент сопротивления, град~1	Термо-э.д.с. по отношению к меди, мкс/°C	Допусти- мая тем- пература нагрева, °C	Предел прочности при рас- тяжении, кГ/мм^	Относи- тельное удлине- ние, %
	Константан	Си 54—67; Ni 30—45; Мп 1—3	0,48—0,52	—0,000005	—30—40	400	40—50	15—35
	Нихром	Ni 55—80; Ст 14—20; Fe 14—19; Мп 1—2	1,05—1,12	—0,00013	—	1000	70—75	30
	Манганин	Ni 63—71; Мп 1—2; Сг 14—16	0,48	—0,000008	—2	100	55	5—10
	П л атина -иридий	Pt 90 + 0,4; 1г 10 + 0,6 Pt 75 + 0,5; Ir 25±1	0,23 0,315	—0,00133 —0,00095	—	—	32,2 36	26 21
	П латина - никель	Pt 93—95; Ni 5—7	0,11—0,50	4-0,00022—0,00071	—0.5—5	—	—	—
	Платина-медь	Pt 90—98; Си 2—9,5	0,15—0,57	4-0,00020—0,00183	—0,5—5	—	—	—*
	Палладий-серебро	Pd 30—36; Ag 63—70	0,14—0,16	4-0,00032—0,00041	—1,2—1,4	—		 ;	—
Jo 01	Золото-никель	Au 89—95; Ni 4—10	0,084—0,5	4-0,00023—0,00094	—3—5	—	—	—
Для наматывания катушек применяют в основном эмалирован-
ные провода с изоляцией из масляных эмальлаков и высокопрочные
эмалированные провода с изоляцией из поливинилацеталевых
й полиамиднорезольных лаков. Выпускаются также эмалированные
провода марок МЭТК (теплостойкие, с изоляцией из кремнийорга-
нических лаков). Помимо обычных масляных лаков, опробованы
глифталевые лаки, получаемые при нагревании некоторых смесей
многоатомных спиртов с многоосновными кислотами. Пленки
этих лаков эластичны, имеют высокие электрические характери-
стики и большую стойкость к старению (3—5 лет), но по сравнению
с пленками обычных масляных лаков они мягки, сцепление их
с металлами (адгезия) хуже.
Лаковые пленки винифлекс и металвин имеют весьма высокие
механические и электрические характеристики. Электрическая
прочность винифлексовых проводов примерно в 1,5 раза выше
пробивного напряжения проводов с эмалевой изоляцией. Вини-
флексовая изоляция устойчива против воздействия различных
растворителей. Она весьма эластична, в 4—12 раз более стойка
к истиранию, чем обычная эмалевая, и имеет лучшую адгезию к
меди. К недостаткам винифлексовой изоляции следует отнести
несколько большую ее толщину по сравнению с толщиной эмале-
вой изоляции и пониженную влагостойкость.
Особые требования предъявляются к качеству изоляции высо-
коомных проводов для точных резисторов и потенциометров. На
отрезке эмалированного провода длиной 15 м (диаметром 0,05—
0,14 мм) допускается не более 10 точечных повреждений изоляции
и не более 7—5 точечных повреждений на таком же отрезке про-
вода с высокопрочной изоляцией. Для проверки целостности эма-
левой изоляции провода применяют специальный прибор. Провод
сматывается с катушки на мерный барабан, проходит через ртут-
ную ванну и при нарушении целостности эмалевой изоляции за-
мыкается цепь счетчика импульсов.
Эмалевая пленка должна выдерживать определенное электри-
ческое напряжение, поэтому изоляцию проверяют на электриче-
скую прочность.
б)	Материалы для каркасов
Материалы для каркасов выбирают в зависимости от требований
к их электрическим и магнитным свойствам, исходя из размеров,
прочности и жесткости, точности и, наконец, программы выпуска.
В соответствии с этим каркасы изготовляют либо из диэлектриков,
либо из алюминия и его сплавов. Для изготовления каркасов
малой точности применяют материалы первой группы *, а для
каркасов повышенной точности — второй. Металлические кар-
касы применяют для высокоточных потенциометров.
1 К этим материалам относятся главным образом пластические массы,
подробно описанные в гл. V,
196
Точность линейной (или функциональной) характеристики
проволочных потенциометров в ряде случаев должна быть не ниже
± 0,1 %, а иногда и 0,05%, а точность величины общего сопротив-
ления ±0,5—0,1%. Для этого необходимо, чтобы каркасы
потенциометров хорошо сохраняли точность геометрических, фи-
зических и электрических параметров.
Струнные намотки многооборотных потенциометров, обычно
осуществляются на каркасе, представляющем собой медную изо-
лированную проволоку.
в)	Изоляционные материалы
Для повышения изоляционных свойств, влагостойкости и ста-
бильности электрических параметров каркасы (неметаллические
и металлические) и обмотки покрывают или пропитывают клеями,
лаками и эмалями.
Для пропитки каркасов из текстолита и гетинакса используют
клеи БФ-2 и бакелитовые лаки: СКС-1 на основе трикрезола;
СБС-1фф на основе фенольной фракции, СБС-1 на основе фе-
нола, лак А на основе фенола, лак Б на основе фенола и лак ЭФ так-
же на основе фенола.
Для изоляции металлических каркасов применяется анодиро-
вание с последующим покрытием или пропиткой влагостойкими
лаками и эмалями: меламино-глифталевым лаком МГМ-16, крем-
нийорганическим лаком ФГ-9 и К-47, велосипедными эпоксид-
ными эмалями ОЭПМЛ-18-3, лаком 9-32ф, эпоксидно-крезолфор-
мальдегидной эмалью ОЭП-107-1 и др. Для создания изоляцион-
ного слоя проволоку обмоток обычно оксидируют или покрывают
эмалями. В большинстве случаев для обмоток используют изоля-
ционный провод, серийно выпускаемый заводами, например, мар-
ки ПЭВ, ПЭШОК, МГШД и т. п. Для изоляционного слоя обмотки
от другой применяют прокладки из кабельной и конденсаторной
бумаги, изоляционную ленту из лакоткани и т. п.
9-3
ИЗГОТОВЛЕНИЕ КАРКАСОВ
К конструкции каркасов предъявляются следующие требова-
ния: достаточно высокая механическая прочность и жесткость;
возможность прочного закрепления провода на каркасе; удобство
крепления выводов; удобство крепления каркаса при сборке узла.
Все каркасы для обмоток можно разделить на пять групп:
1)	трубчатые без фланцев (гладкие) и с фланцами;
2)	каркасы-шпули;
3)	плоские каркасы;
4)	ребристые каркасы;
5)	кольцевые каркасы.
197
Изготовление указанных каркасов в производственных усло-
виях не представляет особой трудности; в литературе эта техно-
логия изложена достаточно подробно, поэтому нет надобности
останавливаться на ней особо.
Большие трудности возникают при изготовлении каркасов
таких элементов радиоприборов (особенно радиолокационной ап-
паратуры), как переменные проволочные резисторы и потенцио-
метры, поэтому технология изготовления и особенно анализ точ-
ности каркасов высокоточных потенциометров излагается здесь
более подробно.
Форма, размеры и материал каркасов, на которые наматыва-
ется проволока, определяются конструктивными и электрически-
ми параметрами потенциометров. По форме каркасы потенцио-
метров делятся на кольцевые, плоские (пластинчатые), стержне-
вые и дуговые. Они могут иметь круглое, квадратное, прямоуголь-
ное, овальное или эллиптическое поперечное сечение. Форма и
размеры сечения каркаса зависят от заданной величины общего
сопротивления обмотки потенциометра и от расположения кон-
тактной дорожки.
Последняя может быть расположена на торце каркаса, на
наружной или внутренней поверхности. При проектировании по-
тенциометра необходимо стремиться к тому, чтобы в зоне контак-
тной дорожки под витками была выпуклая часть сечения каркаса;
в противном случае витки могут отойти от каркаса, что приведет
к их смещению, нарушению контакта, повреждению витков или
движка.
От формы сечения каркаса зависят также плотность прилега-
ния витков обмотки к поверхности каркаса, плотность прилега-
ния витков друг к другу и жесткость каркаса. Если форма или
сечение каркаса выбраны неправильно, то изготовить его труд-
нее, брак потенциометров увеличивается, а точность оказывается
недостаточной.
Несоблюдение указанных в чертеже формы и размеров карка-
сов в процессе производства ведет к понижению точности общего
сопротивления потенциометра и к отклонению от линейности (или
заданной функции) его характеристики. Поэтому совершенство
процесса изготовления каркасов во многом определяет как вели-
чину общего сопротивления обмотки, так и точность характерис-
тики потенциометров.
а) Неметаллические каркасы
Неметаллические каркасы потенциометров изготовляют глав-
ным образом из гетинакса и текстолита, а также из различных
пресспорошков, иногда — из эбонита или плексигласа. Все эти
материалы хорошо штампуются или обрабатываются на металло-
режущих станках.
198
Обычно на заводах проводится специальный отбор гетинакса
для изготовления каркасов потенциометров. Отбирается гети-
накс толщиной 0,5; 0,6; 0,8; 1,0 и 1,2 мм и т. д. марок А и Б с
чистотой и ровной поверхностью, без пузырей, царапин, трещин
и других поверхностных пороков.
Гетинакс, отобранный для каркасов кольцевых потенциомет-
ров (подвергаемых изгибу), должен удовлетворять следующим
условиям: при толщине 0,8 мм заготовка шириной 30 мм должна
без трещин изгибаться в кольцо диаметром 50 мм\ при толщине
0,5 мм заготовка шириной 15 мм должна без трещин изгибаться
в кольцо диаметром 25 мм.
Пластинчатые каркасы для потенциометров изготовляют из
гетинакса или текстолита;/Они могут иметь простую прямоуголь-
ную форму без отверстий или сложную прямоугольную форму с
отверстиями, скосами и закруглениями. Технологический процесс
их изготовления состоит из резки листов на полосы, вырубки
контура и пробивки отверстий с предварительным подогревом,
шлифования боковых плоскостей; доводки поверхностей; про-
питки.
Стержневые, дуговые и кольцевые каркасы круглого, эллипти-
ческого, прямоугольного или квадратного поперечного сечения
изготавливают из толстого листового (более 5 мм) материала,
прутка или трубы на токарных станках. Допуск на общее сопро-
тивление потенциометров с такими каркасами 5—10%, а на линей-
ность — 1—2%.
Кольцевые каркасы изготовляют из текстолита марок ПТК и
ВЧ механической обработкой на обычных станках. При механи-
ческой обработке пластмасс необходимо учитывать физико-меха-
нические свойства последних:
а)	низкую теплопроводность, что вызывает необходимость
выбирать специальные режимы обработки или принимать меры
для быстрого отвода тепла;
б)	относительную мягкость, требующую использования более
острых резцов, чем при резании металлов;
в)	быстрый износ резцов, что приводит к необходимости при-
менения твердосплавного инструмента.
Для большинства пластических масс выбор режимов обработ-
ки на заданные глубину резания и подачу можно произвести по
нормативным материалам для^ обработки деталей из бронзы
БрАМц9-2, БрАЖ9-4.
Для изготовления каркасов потенциометров применяют термо-
реактивные пресспорошки марок К-18-2, К-21-22 и АГ-4. Иногда
в такие каркасы запрессовывают металлическую арматуру. Тех-
нологический процесс изготовления деталей из пресспорошков
рассмотрен в гл. V.
Точность характеристики потенциометров, намотанных на
пластмассовые каркасы из пресспорошков, не выше 1%.
199
б) Металлические каркасы
Металлические каркасы потенциометров могут быть стержне-
вые, кольцевые или дуговые с различной формой поперечного се-
чения (рис. 9-9). Их изготовляют из прутка или из трубы.
Размеры по высоте и по толщине для кольцевых и по диаметру
для стержневых металлических каркасов должны быть несколько
уменьшены против номиналь-
ных; после нанесения изоля-
ционного покрытия размеры
каркасов соответствуют расчет-
ным.
Металлические каркасы об-
рабатывают на токарных или
фрезерных станках.
Рис. 9-9. Сечения металлических Каркасы высокоточных по-
каркасов.	тенциометров (рис. 9-10) после
предварительной обточки обра-
батывают на прецизионных токарных станках в тщательно выве-
ренных оправках. Так как толщина стенки кольцевых каркасов
иногда невелика (до 0,8 жж), необходимо увеличивать жесткость
заготовки, применяя специальные зажимы. Шероховатость по-
сле механической обра-
ботки должна быть не ху-
же 7-го класса.
Наиболее сложно и тру-
доемко изготовление сту-
пенчатых каркасов синусо-
косинусных потенциомет-
ров. Их обтачивают в спе-
циальной оправке фасон-
ным резцом, а затем обра-
батывают на фрезерном
станке с оптической дели-
тельной головкой, которая
позволяет выдерживать
трёбуемые углы между сту-
пенями с допуском ± 10'.
Для электрической изо-
ляции металлических кар-
касов применяют процесс
Рис. 9-10. Каркас кольцевого потенцио-
метра из сплава АМг-Т.
анодирования в растворах
щавелевой или серной кислоты (с последующим покрытием или
пропиткой).
Лучшие результаты дает глубокое анодирование в комбиниро-
ванном электролите, состоящем из 150 г/л серной кислоты (удель-
ный вес 1,84) и 20 г/л щавелевой кислоты, и покрытие эмалью
ОЭП-107-1. Температура электролита должна быть в пределах
200
—5 -ь + 2° С, плотность тока 30 а/дм2 при начальном напряже-
нии 23—25 в и конечном напряжении 70—75 в, время анодирова-
ния 1 ч 40 мин. Анодированные каркасы покрывают эмалью вяз-
костью 25—27 сек по ВЗ-4 по следующему технологическому
процессу:
Сушка каркасов перед покрытием при 150° С . . . .1ч
Погружение горячих каркасов в эмаль.............2—3	мин
Стекание излишков эмали, снятие наплывов . . . .3—5 мин
Сушка в термостате при 185—190° С................1 ч 30 мин
Погружение холодных каркасов в эмаль.............2—3 мин
Стекание излишков эмали, снятие наплывов . . . .3—5 мин
Сушка в термостате при 185—190° С................1 ч 30 мин
Погружение холодных каркасов в эмаль............2—3	мин
Стекание излишков эмали, снятие наплывов.........3—5 мин
Сушка в термостате при 185—190° С.................2	ч
9-4
АНАЛИЗ ТОЧНОСТИ ПРОЦЕССА НАМАТЫВАНИЯ
Наматывание является наиболее ответственным этапом тех-
нологического процесса изготовления обмоток. Здесь проявля-
ется влияние множества факторов, определяющих возможность
изготовления точных намоточных изделий. Это особенно относит-
ся к потенциометрам, качество которых зависит от того, насколь-
ко точно выдерживается шаг намотки, заданное натяжение про-
вода. Так как на качестве других видов намоточных изделий эти
факторы сказываются в равной или (в большинстве случаев) в мень-
шей степени, то анализ точности процесса наматывания, рассмат-
риваемый ниже, был проведен применительно к потенциометрам
канд. техн, наук, доцентом А. Е. Скуратовым.
Отклонения величины шага намотки могут вызвать значитель-
ные погрешности характеристики потенциометров. Величину
шага намотки рассчитывают, исходя из общего сопротивления на-
мотанного провода 7?0, размеров каркаса и сопротивления 1 м
проволоки 7?м. Так как
7?MZB • 360
ТО
^м^в^^ср
ИЛИ
• 360
где tB — линейный шаг намотки;
ун — угловой шаг намотки;
/в — длина одного витка;
£>Ср — средний диаметр каркаса.
201
Если обмотка располагается не по всей окружности кольца,
то расчет ведется по уравнению
^М^вЛ1)Срф
= До • 360
ИЛИ
______________________________^м^вф
Vh~“ Ro 9
где ф — угол обмотки.
Кольцевые резисторы наматываются на намоточных станках
челночного типа. Основное требование к такому станку — полу-
чить обмотку заданного вида с шагом заданной точности и равно-
мерным натяжением провода. Точность шага зависит от точности
отдельных звеньев, узлов и механизмов кинематической цепи на-
моточного станка и от места их расположения в цепи.
Кинематические цепи намоточных станков состоят из поворот-
ной стойки для установки каркасов, фрикционных роликов для
их вращения, механизмов натяжения провода, зубчатых механиз-
мов, плоских кулачковых механизмов, фрикционных механизмов
и узла челнока со шпулей.
а)	Погрешности установки кольца (каркаса)
на поворотной стойке
Эксцентриситет центра кольца относи-
тельно оси вращения поворотной стойки
(рис. 9-11). Пусть геометрический центр кольца находится в точке
Рис. 9-11. К определению погрешностей
шага намотки.
О (рис. 9-11, а), а кольцо вращается вокруг оси где ООГ —
— АВ = е. В произвольной точке С истинный радиус ОС равен;
гх = О А + АС = г0 + 8г,
202
Если эксцентриситет по сравнению с радиусом невелик, то Л С
с достаточной точностью определяется по формуле
АС — АВ sin а = е sin а,
где а — угол между взятым радиусом ОА и перпендикуляром
к направлению эксцентриситета.
. Таким образом,
6г = AC = esina.	(9-1)
Возьмем малый угол Да (рис. 9-11, б), которому соответствует
дуга Д5т окружности с центром О и дуга ASX с центром OL.
Если угол Да достаточно мал, чтобы в его пределах можно было
пренебречь неконцентричностью Д5т и Д5Х, то получим:
Д5?п + 6Д151 = Д5Х = Аагх = Да (гт 4- 6г).
Вычитая из этого выражения Д5т = Даг1П, получаем 6Д5 =
= Дабг или, перейдя к пределу, d\S = 6r da.
Подставляя значение 6г из уравнения (9-1), находим:
d\S = е sin a da.
Интегрируя это выражение от ах до а2, получаем накопленную
погрешность дуги:
(Хг
Д52 = § esinao?a = e(cosa1 — cosa2).
(Xi
Максимальная накопленная погрешность дуги кольца при по-
вороте на угол 180°, если ах = 0, а2 = 180°, равна:
a =180
Д^Емакс= £ (cos 0 — cos 180°) — 2е.
a=o
Погрешность шага намотки вследствие эксцентричной уста-
новки кольца будет:


е * in a da = e sin a 2 sin	sin a.
Накопленная погрешность на n шагах
A£s = e2sin~^,	(9-2)
Неперпендикулярность плоскости тор-
ца каркаса плоскости вращения челнока.
Погрешность шага намотки в этом случае может быть определена
203
так же, как определяется погрешность шага нарезания зубчатого
колеса при торцевом биении заготовки \ т. е.
sin2 V
Т Н COS р ’
где Р' — наклон витков обмотки к оси каркаса.
Так как угол Р' обычно невелик, то погрешность шага обмотки
мала и ее можно не учитывать. Если, например, принять Р' = 10°
(что мало вероятно), то получим:
«, = <«^-^".-0,0077^.
т н cos 10	0,985 н ’ н
б)	Погрешности фрикционных роликов
Влияние эксцентриситетов фрикцион-
ных роликов на шаг намотки. На рис. 9-12 показа-
на схема взаимодействия фрикционных роликов 1 и 2 и прижим-
Рис. 9-12. Схема взаимодействия фрикцион-
ных роликов и прижимного ролика с кар-
касом.
ного ролика 3 с кольцом (каркасом) 4, Введем следующие обозна-
чения:
е± — эксцентриситет ролика I;
е2 — эксцентриситет ролика <2;
о)р — угловая скорость роликов 1 и 2;
сок — угловая скорость кольца 4.
1 Н. А. Калашников, Исследование зубчатых передач, Машгиз,
1941.
204
Накопленные погрешности шага намотки из-за ег и е2 на п
шагах согласно (9-2)
Дf = ег 2 sin	и ДГ = 2е2 sin .
Так как фрикционные ролики имеют эксцентриситеты е1 и е2,
центр кольца 4 изменяет свое положение в зависимости от величи-
ны переменных радиусов г1х и г2х роликов. Следовательно, изме-
няются углы epi и ср2 между векторами сил нормального давления
и N2 и силой Q давления пружины прижимного ролика, а зна-
чит, изменяются по величине силы N± и N2, а вслед за ними и силы
трения F1 и F2.
За один оборот роликов 1 и 2 углы и а2 изменяются по вели-
чине так, что первые пол-оборота > а2, а вторые пол-оборота
а2 аг. То же самое происходит и с изменением сил трения F± и
F2 и нормального давления и N2. Величины этих сил можно
определить по теореме синусов, т. е.
N _ Q sin у2. N Q sin фх,
1 sin ф3 ’	2 sin ф3 ’
и F2 = N2f.
Окружная скорость кольца 4 равна окружной скорости того
ролика, сила трения которого с кольцом больше.
Таким образом, половину оборота кольцо будет вращаться
со скоростью одного ролика, а вторую — со скоростью второго.
Наибольшая накопленная погрешность шага намотки от экс-
центриситетов роликов 1 и 2 будет:
Ais = sin^s(e1 + e2).	(9-3)
Влияние проскальзывания между коль-
цом и фрикционными роликами на шаг на-
мотки. Фрикционные ролики могут проскальзывать по коль-
цу, когда удельное давление на него со стороны прижимного
ролика недостаточно или коэффициент трения между ними мал
(чтобы увеличить коэффициент трения, на ролики надевают ре-
зиновый обод). Постоянный коэффициент скольжения за один
оборот кольца означает некоторое изменение числа витков и об-
щего сопротивления обмотки. Если же в течение одного оборота
кольца коэффициент скольжения непостоянен, то для определения
погрешности сопротивления обмотки, возникающей из-за скольже-
ния кольца, необходимо знать закон изменения коэффициента
скольжения, что пока неосуществимо.
в)	Погрешности, зависящие от челнока и шпули
Кольцевые потенциометры наматывают на челночных станках
(см. §9-5,6). Челнок представляет собой венец зубчатого колеса
с радиальным вырезом. Шпуля содержит запас проволоки, которая
205
макс
Рис. 9-13. Отклонение ша-
га намотки вследствие осе-
вого зазора.
сматывается со шпуля через ролик, укрепленный на челноке, и на-
тяжение ее осуществляется торможением либо самой проволоки,
либо шпули, причем усилие торможения в течение одного оборота
челнока постоянно, а величина натяжения проволоки изменяется.
Во втором случае проволока сматывается со шпули через козырек
и ролик, укрепленный на челноке, а натяжение проволоки осуще-
ствляется торможением шпули.
В процессе-наматывания провода на каркас может возникнуть
неравномерность шага витков обмотки вследствие осевых зазоров
челнока и ролика и различного натяжения проволоки из-за непос-
тоянства силы трения между тормозной колодочкой и проволокой
или шпулей. Величина осевого зазора челнока Дч зависит от кон-
струкции челнока и его подшипника
(или цапфы). Осевой зазор ролика зна-
чительно меньше зазора челнока, а пе-
риод изменения его зазора от 0 до
Дмакс также в несколько раз меньше
периода изменения зазора челнока.
Отклонение шага намотки Д£н (рис.
9-13) вследствие осевого зазора челно-
ка определяется из уравнения
откуда
Дгн = Дч4.
Влияние осевого зазора челнока на
шаг намотки зависит от величины и
направления сил, действующих на челнок. Если равнодействую-
щая всех сил прижимает челнок все время к одной стороне, то
осевой зазор будет небольшим. Наиболее вероятным представ-
ляется, что погрешности шага намотки из-за осевого зазора чел-
нока будут носить случайный' характер. Согласно теории точно-
сти механизмов акад. Н. Г. Бруевича предельное отклонение
погрешности челнока вследствие наличия зазора будет:
Дч =	+ Дй +	+ Дт?
где ДЛ, Дт — половины величин полей допусков на размеры со-
ответственно охватывающего и охватываемого эле-
ментов пары;
кт — коэффициенты, учитывающие закон распределения
погрешностей элементов пары.
Кинематические цепи намоточных станков имеют много общего
с кинематическими цепями зубонарезных станков, поэтому при
исследовании погрешностей процесса наматывания следует при-
держиваться методики, предложенной проф. Н. А. Калашнико-
вым.
206
Вращение челнока со шпулей и поворот каркаса происходит
с постоянной или переменной угловой скоростью по заданному
закону. Вращение электродви-
гателя Дв (рис. 9-14) передает-
ся на распределительный вал
или коробку передач 1, где ки-
нематическая цепь разветвляет-
ся. Одна ветвь идет через цепи 2
и 3 к кольцу, другая — через
цепь 4 к челноку.
Вследствие погрешностей
элементов кинематической цепи
станка возникают отклонения
шага витков обмотки. Основным
источником этих погрешностей
является эксцентриситет зубча-
тых колес, обусловленный по-
Рис. 9-14. Упрощенная кинематиче-
ская схема намоточного станка чел-
грешностями л изготовления и	ночного типа.
монтажа. Суммарное отклоне-
ние шага намотки, возникающее вследствие погрешностей зве-
ньев цепи станка, может быть подсчитано по формуле Н. А. Ка-
лашникова:
— — i I I 4" I 14"
(9-4)
где Д^ — погрешность первого звена (челнока);
Atn — погрешность последнего звена (передающего вращение
кольцу);
ek — эксцентриситеты зубчатых колес цепи;
ikn — линейное передаточное отношение зубчатого колеса к
к колесу п.
Однако формула (9-4) слишком громоздкая для практического
применения, поэтому погрешность потенциометра, возникающую
от погрешности по шагу, рассчитывают по упрощенной формуле,
предложенной автором. Учитывая, что сопротивление потенцио-
метра изменяется скачкообразно от витка к витку, его характери-
стика определяется не длиной проволоки, а числом витков обмот-
ки, приходящихся на единицу длины потенциометра. В этом слу-
чае погрешность потенциометра может быть определена по формуле
ДЯ = ^ф100%,
*ср
(9-5)
где Д^ — погрешность по шагу;
£ср — средний шаг на всей длине обмотки;
7?в — сопротивление одного витка;
Z?Q — общее сопротивление потенциометра.
207
В сбою очередь
. __£ф
СР “ п '
где Лф — фактическая длина обмотки;
п — число витков.
Использование в формуле (9-5) средних значений шага позво-
ляет избежать влияния систематической погрешности Е, опреде-
ляемой из уравнения Е — tp — £ср (где tp — расчетный шаг) и
вызывающей лишь изменение общего сопротивления и не влияю-
щей на погрешность линейности потенциометра. Поскольку прак-
тически постоянная погрешность по шагу Е редко бывает большой,
для упрощения вычисления погрешности линейной характери-
стики потенциометра можно вместо £ср брать £р. Тогда формулу
(9-5) можно переписать в виде
ДЛ = ^ф100%.	(9-5а)
Чтобы определить влияние накопленной погрешности по шагу
на линейность характеристики, необходимо алгебраически сло-
жить все индивидуальные погрешности и величину суммы подста-
вить в формулу (9-5):
Д£т RB
=	100%	(9-56)
где
Решив уравнение для определения А7?2 относительно А£2,
получим формулу для определения допустимой накопленной по-
грешности по шагу:
Л^ДОП=д—JOO'	(9’6)
Пример. = 0,251 мм, Ro = 9 923 ом, /?в = 36 ом. Точные по-
тенциометры имеют суммарную погрешность линейной характеристики
Д7? = 0,05%. Примем, что на долю накопленной погрешности по шагу при-
ходится половина указанной погрешности. Тогда допуск на накопленную
погрешность по шагу будет:
А 0,025-0,251.9 923 ло
Л^доп~ 36-100	” 18 МК'
Основными особенностями кинематической цепи намоточного
станка являются большие линейные передаточные отношения у
концевых звеньев (челнока и изделия). Особое внимание следует
обратить на устранение или уменьшение эксцентриситета поворот-
ной стойки или фрикционных роликов, передающих вращение
каркасу.
Не менее важное значение в процессе наматывания имеют на-
тяжение провода, его неравномерное вытягивание, а также де-
формация каркаса.
209
Натяжение провода в процессе наматывания является одним
из основных технологических факторов, определяющих измене-
ние сопротивления обмотки, а также точность раскладки по шагу,
и зависит от числа оборотов челнока, от взаимного расположения
челнока и шпули, от формы поперечного сечения каркаса и от
моментов трения ролика и шпули. Натяжение провода создается
натяжным регулирующим устройством.
Назначение натяжного регулирующего • устройства состоит
не только в том, чтобы создать необходимое натяжение провода,
соответствующее его механическим свойствам и техническим тре-
бованиям к намотке, но и в том, чтобы поддержать это натяжение
в определенных пределах в течение всего процесса наматывания.
Выбор оптимального натяжения провода весьма важен при
проектировании технологического процесса наматывания. Если
натяжение мало, то производительность будет низкой, а укладка
витков неплотной, что может привести к значительному отклоне-
нию шага намотки от расчетного значения, особенно когда провод
окажется жестким. Если же натяжение провода выше предельно
допустимого, то может возникнуть остаточное удлинение провода,
а следовательно, уменьшится его поперечное сечение и увеличится
омическое сопротивление. Может произойти также повреждение
изоляции.
Предельно допустимым натяжением проволоки в общем случае
следует считать натяжение, соответствующее пределу пропорцио-
нальности на кривой растяжения, так как даже некоторое увели-
чение натяжения выше предела пропорциональности вызывает
значительное остаточное удлинение провода и изменение его геомет-
рических и электрических параметров. Превышение допустимого
натяжения в диапазоне остаточных удлинений проволоки не уве-
личивает сколько-нибудь значительно плотность намотки, так как
плотность укладки витков зависит в основном от упругой состав-
ляющей силы растяжения провода.
Условие, по которому предельно допустимое натяжение про-
вода не должно превышать предела пропорциональности,полностью
гарантирует от повреждения изоляции.
Приведенные в табл. 9-2 значения предельно допустимого
натяжения провода определены по диаграммам растяжения. До-
пустимое натяжение принималось с запасом прочности, равным
наименьшему значению предела пропорциональности по диаграм-
мам растяжения с учетом поправок (20%) в соответствии с полем
допуска на номинальный диаметр. При этом учитывалась также
возможность воздействия случайных факторов, вызывающих крат-
ковременное неравномерное повышение натяжения при работе
намоточного станка.
Для константана и нихрома применимы диаграммы растяже-
ния первого и второго видов (т.е. для отожженного и неотожженного
провода). При этом неотожженная проволока характеризуется
весьма высокой прочностью, позволяющей производить наматы-
209
вание при повышенном натяжении. Однако вследствие того, что
и в отожженном состоянии предел пропорциональности материала
провода соответствует значительным удельным усилиям, для упро-
щения пользования в таблице даны наименьшие значения предельно
допустимого натяжения (т. е. для отожженного провода). Данные
табл. 9-2 следует считать ориентировочными, характеризующими
со значительным запасом надежности верхний предел допустимого
натяжения проволоки при наматывании, исключающий ее остаточ-
ное удлинение. Эти данные должны уточняться в тех случаях,
когда по тем или иным причинам необходимо производить наматы-
вание с большим натяжением.
Таблица 9-2
Предельно допустимое натяжение провода при наматывании
Номина- льный диаметр, мм	Натяжение,		г	Номиналь- ный диаметр, мм	Натяжение, г		
	Медь	Констан- тан	Нихром		Медь	Констан- тан	Нихром
0,03	7,5	17	24	0,26	575	1280	1820
0,04	13,5	30	43	0.27	620	1380	1970
0,05	21	47	67	0.28	660	1490	2 120
0,06	30	68	97	0,29	710	1600	2 270
0,07	42	93	130	0,30	760	1 710	2 430
0,08	54	120	170	0,31	820	1830	2 600
0,09	69	150	220	0,33	925	2 070	2 940
0,10	85	190	270	0,35	1040	2 330	3 310
0,11	100	230	325	0,37	1 160	2 600	3 700
0,12	120	275	390	0,40	1360	3 040	4 320
0,13	140	320	455	0,42	1500	3 360	4 770
0,14	165	370	530	0,45	1 720	3 850	5 470
0,15	190	430	605	0,47	1880	4 200	5 970
0,16	220	490	690	0,50	2 120	4 750	6 750
0,17	245	550	780	0,55	2 570	5 750	8 170
0,18	275	615	875	0,60	3 060	6 850	9 730
0.19	305	685	975	0,65	3 590	8 030	11400
0^20	340	760	1080	0,70	4 170	9 320	13 200
0,21	375	840	1 190	0,75	4 780	10 700	15 200
0,22	410	920	1310	0.80	5 440	12 160	17 300
0,23	450	1000	1430	0^85	6 140	13 700	19 500
0.24	490	1090	1550	0,90	6 880	15 400	21900
0,25	530	1 190	1690	0,95	7 670	17 150	24 400
				1,0	8 500	19 000	27 000
Сила натяжения провода в процессе наматывания может быть
неравномерной вследствие того, что провод при изгибе вокруг
каркаса претерпевает пластическую деформацию, а также вследст-
вие некоторой нагартовки материала провода, так как, сматываясь
с катушки, провод выпрямляется и несколько раз изгибается на
направляющих роликах и раскладывающем устройстве станка.
Поэтому при наматывании наблюдается возрастание омического
сопротивления провода. Так, сопротивление 1 м проволоки ПЭК
21Q
диаметром 0,1 мм после наматывания может увеличиваться на
2,5%.
При наматывании кольцевых потенциометров провод вытягива-
ется главным образом вследствие непостоянства сил трения шпули
и ролика за время одного оборота кольца.
В процессе наматывания наблюдаются также деформации кар-
касов. Тонкие пластины, стержни и другие каркасы малой жест-
кости под действием натяжения проволоки прогибаются. Дефор-
мация возможна и от усилий при закреплении, когда, например,
пластинчатый каркас имеет большое отношение ширины (30—40 мм)
к толщине (0,5 мм). Если прогиб каркаса происходит в пределах
упругих деформаций, то по окончании процесса наматывания при
освобождении каркаса от зажима его первоначальная форма вос-
станавливается,. что может повлиять на взаимное расположение
витков обмотки. Деформацию каркасов во многих случаях можно
определить расчетным путем.
9-5
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ НАМАТЫВАНИЯ
Для классификации обмоток принят технологический принцип,
который исходит из технологического процесса наматывания и оп-
ределяется характером взаимного перемещения каркаса и провода,
обеспечиваемого движением соответствующих частей станка. Ре-
зультативное движение каркаса и проволоки определяет в основ-
ном форму обмотки.
В процессе наматывания изготовляемая обмотка и станок свя-
заны кинематически, поэтому принятый принцип позволяет про-
извести единую технологическую классификацию обмоток и на-
моточных станков.
Исходя из характера относительного движения проволоки и
каркаса, все намотки разделяются на две основные группы — от-
крытые обмотки и кольцевые обмотки. Указанные группы обмо-
ток могут, как сказано выше, иметь витки, расположенные вплот-
ную друг к другу, а также постоянный или переменный шаг между
витками. Намоточные станки соответственно разделяются на стан-
ки открытого наматывания и челночные.
Дальнейшее разделение на типы производят, исходя из кон-
структивных особенностей станков.
На станках для наматывания провода на прямолинейные кар-
касы вращается сам каркас катушки, гильза или оправка (при
бескаркасной намотке). Провод сматывается с подающей (питаю-
щей) катушки с некоторым натяжением. Перемещение провода
вдоль каркаса (движение подачи) осуществляется особым меха-
низмом, который обеспечивает его укладку на каркас с требуемым
шагом на требуемой длине.
На станках для наматывания на кольцевые каркасы провод
укладывается челночным механизмом. Каркас при этом медленно
211
поворачивается вокруг своей вертикальной оси на требуемую
величину (движение подачи); провод перематывается со специаль-
ной шпули, на которую он предварительно должен быть намотан
в строго определенном количестве.
а)	Станки открытого наматывания
Простейший станок для рядовой намот-
к и (рис. 9-15) устроен следующим образом. На валу электродви-
гателя 1 укреплен патрон, в который зажимают оправку 23 с уста-
Рис. 9-15. Схема простейшего станка для рядовой намотки.
новленным на ней каркасом. Другой конец оправки поддержива-
ется центром шпинделя 21 задней опоры 20. На левом конце вала
электродвигателя закреплен ведущий диск 2 механизма подач.
Движение ведущего диска через промежуточный ролик 5 переда-
ется на ведомый диск 6, расположенный на ходовом винте 18 с
двумя участками резьбы: слева правая резьба, справа — левая.
212
По направляющим 24 перемещается каретка 17. На верхней
направляющей расположены переставные упоры 16. Рычаг 19
каретки несет две полугайки: слева — с правой резьбой, справа —
с левой. Рычаг может поворачиваться вокруг оси, расположенной
в его середине, и в зацеплении с ходовым винтом находится то
левая, то правая полугайка. Пусть каретка движется по стрелке Л.
Как только шпилька 15 каретки дойдет до упора 16, произойдет
поворот рычага, в зацеплении с ходовым винтом окажется другая
полугайка и направление движения каретки изменится на проти-
воположное.
Наматываемый провод поступает на каркас с катушки 11 че-
рез ролик 12 и поводок 22. Катушка при сматывании с нее провода
вращается вместе с поддерживающим центром 9. На шпинделе
левого центра закреплен барабан 7 с тормозом 8. Усилие тормо-
жения барабана зависит от степени натяжения рычагом 14 пру-
жины 13. Для увеличения усилия торможения следует рычаг 14
вместе с валом 10 повернуть в направлении стрелки Б.
При пуске станка провод, закрепленный на каркасе, уста-
новленном на оправке, стремится повернуть катушку по стрелке
В, но так как центры 9 заторможены, катушка не вращается до
тех пор, пока провод, перекинутый через ролик 12, не переместит
его вниз. В этот момент вал 10 поворачивается по стрелке Б и
тормоз 8 освобождает барабан 7, а с ним и центры с катуш-
кой.
Во время намотки ролик 12 занимает какое-то среднее поло-
жение, при котором барабан 7 растормаживается ровно настолько,
сколько необходимо, чтобы достаточно натянутый провод сматы-
вался с катушки на каркас.
При обрыве провода во время наматывания тормоз останавли-
вает вал с центрами и катушкой. Это необходимо для предотвра-
щения поворота катушки с проводом по инерции, что обычно вле-
чет за собой сбегание провода с катушки и его запутывание.
Величину подачи (шаг витков обмотоки) регулируют, изменяя
положение промежуточного ролика 5 между ведущим 2 и ведомым
6 дисками. При вращении винта 4 с помощью рукоятки 3 ролик 5
перемещается между дисками 2 и 6, благодаря чему изменяется
передаточное отношение между валом электродвигателя (оправкой)
и ходовым винтом. Такое устройство для изменения шага витков
обмотки удобно тем, что корректировку шага можно производить
во время работы станка.
На станках подобной конструкции можно производить нама-
тывание «внавал», а также наматывание рядовой обмотки на кар-
касы или шаблоны и гильзы.
Максимальная длина обмотки ограничена длиной резьбы на
ходовом винте, минимальная — ходом каретки, необходимым для
срабатывания механизма поворота рычага 19 после соприкоснове-
ния упорной шпильки с одним из переставных упоров.
Станок имеет счетчик витков (на рисунке не показан).
213
На рис. 9-16 представлена кинематическая схема станка для
многослойной рядовой намотки типа СРН-05. Он приводится в
движение от двух однотипных универсальных электродвигателей
1 (типа МУН), один из которых размещается на столе, а второй —
под столом станка. Между собой электродвигатели связаны ремен-
ной передачей. На валу верхнего электродвигателя с одной сторо-
ны закреплен патрон с конусным гнездом 2, в котором закрепляют
оправку для намотки, а с другой стороны — диск привода меха-
низма укладки со шкивом и диском 3 тормоза.
Рис. 9-16. Кинематическая схема фрикционного станка типа GPK:05 для
многослойной рядовой намотки.
Движение на механизм укладки передается с помощью диска
4 через ролик 10 резиновым ободом. Механизм укладки состоит
из каретки 15 с укладчиком, которая перемещается по валу 16
с помощью перекидных полугаек 17 и двух ходовых винтов 12.
Направление перемещения каретки зависит от положения полу-
гаек относительно ходовых винтов. Последние связаны между со-
бой парой зубчатых колес 13 и 14 с передаточным числом 1 : 1 и,
следовательно, вращаются в разные стороны с одинаковым числом
оборотов. Шаг укладки зависит от скорости вращения ходовых
винтов, которая определяется положением промежуточного ро-
лика 10 относительно дисков 3 и 4. Поджим диска 4 регулируют
винтом 6 (через пружину 5).
214
Рис. 9-17. Схема следящего устрой-
ства для станков с вращающейся
питающей катушкой.
Шаг витков устанавливают, перемещая ролик 10 рукояткой 7,
связанной с червячной парой 8 и 9. Число витков отсчитывает
счетчик 11. На станке имеется свободно вращающийся центр 18
задней бабки, которым можно дополнительно закрепить свобод-
ный конец оправки. Бобину 19 с проводом устанавливают в цент-
рах, связанных с тормозным шкивом 20. Натяжение провода ре-
гулируют винтом 21, изменяя степень прижатия тормоза к диску,
а также при помощи винта 22, изменяя натяжение пружины 23,
воздействующей на рычаг 24, который жестко связан с рычагом
25 и тормозом. С рычагом 26 связан кулачок 27, воздействующий
на микропереключатель 28, включенный в цепь питания электро-
двигателей и выключающий их в момент обрыва провода. Положе-
ние груза 29 на рычаге 28 зависит от диаметра провода.
Регулировка станка заклю-
чается в подборе оптимального
натяжения провода, установке
шага витков и ширины обмот-
ки с помощью стопоров, распо-
лагаемых на валу 16. Скорость
наматывания зависит от диамет-
ра провода и конструкции стан-
ка. Для проводов диаметром
0,08—0,2 мм скорость наматы-
вания может быть доведена до
1 000 об/мин. Провод меньшего
диаметра не выдерживает высо-
кой скорости, а большего диа-
метра на этом режиме не может
обеспечить хорошей укладки
витков. Обычные конструкции намоточных станков допускают ско-
рость наматывания для тонких и толстых проводов 2 500 об/мин.
Большие затруднения вызывает проблема скоростного наматы-
вания проводов диаметром 0,02—0,04 мм. Широко используемое
торможение питающей катушки приводит к неравномерности на-
тяжения провода, которое зависит от ускорений при пуске станка,
от веса и степени сбалансированности катушки. При сильном на-
тяжении возникают большие давления на внутренние витки на-
матываемой катушки, результатом чего является нарушение изо-
ляции.
Для обеспечения постоянного натяжения провода намоточный
станок СРН-05 оборудуют предложенным инж. С. Г. Гринбергом
следующим устройством, регулирующим скорость вращения пита-
ющей катушки в зависимости от натяжения провода. Исполнитель-
ным элементом этого устройства является вспомогательный элек-
тродвигатель АДП-362 (однофазный), управляемый сигналами
индукционного датчика, контролирующего величину натяжения
провода (рис. 9-17). Питающую катушку 7 с проводом вращает
электродвигатель 6. Скорость вращения электродвигателя регу-
215
лируется индукционным датчиком 5, связанным системой рычагов
с регулятором натяжения провода. Сигнал от датчика подается на
усилитель 1, питающий электродвигатель. При изменении натя-
жения провода якорь датчика отклоняется от среднего положения,
на вход усилителя поступает сигнал, и скорость вращения электро-
двигателя, а следовательно, и скорость вращения катушки 7
увеличивается или уменьшается пропорционально величине и
знаку сигнала. Величину натяжения провода регулируют в зави-
симости от его материала и диаметра при помощи червяка 2, ко-
торым изменяют величину закручивания пружины 4 по шкале 3.
Рис. 9-18. Схема станка для наматывания катушек из шин-
ной меди.
Следящее устройство описанного типа может быть установлено
и на таком станке, где катушка с проводом закреплена неподвиж-
но и во время работы не вращается.
Следящее устройство позволяет наматывать провод ПЭЛ ди-
аметром 0,03 мм на круглый каркас при средней скорости враще-
ния шпинделя станка 4 400 об/мин; в отдельных случаях скорость
можно увеличивать до 4 800 об/мин. Усилие натяжения провода
при этом можно изменять в очень широких пределах — от 0,5—
1,0 а до нескольких сотен граммов.
Станок для наматывания катушек из шин-
ной меди (рис. 9-18). Медную шину 14 вместе с прессшпано-
вой лентой (прокладкой) 15 закрепляют на оправке 17 и поджима-
ют к ней роликом 10. Ось ролйка укреплена в серьге 12, связанной
216
через тягу со штоком 16 пневмоцилиндра 18*, ролик прижимает
шину к оправке в течение всего процесса наматывания. Привод
шпинделя 6 станка осуществляется через червячную пару 5 и 7
от вала 4, на котором находятся фрикцион 2, приемный шкив 1
и тормозное устройство 3. При нажатии на педаль 19 включается
фрикцион; одновременно лента тормоза освобождает тормозной
диск.
Рукоятка 13 и система рычагов 11—9—8 предназначены для
съема намотанной катушки с оправки. При повороте рукоятки по
Рис. 9-19. Схема станка для наматывания универсальных
катушек.
стрелке А шпиндель вместе с оправкой перемещается по стрелке
Б и намотанная катушка, удерживаемая бортиками ролика 10,
снимается с оправки. Число витков катушек, наматываемых из
шины, обычно не регистрируется (станок счетчика не имеет), а
определяется длиной заготовки (шины).
Станок для наматывания универсальных
катушек (рис. 9-19) отличается от станков для рядовой намот-
ки тем, что он имеет кулисный механизм, обеспечивающий быст-
рые поступательные движения поводка 14 (число двойных ходов
поводка за один оборот шпинделя станка соответствует количеству
перегибов провода).
Шпиндель 18 получает движение от контрпривода 7, имеющего
приемный шкив 5, связанный ременной передачей с электродвига-
телем (на схеме не показан). При повороте рукоятки 1 по стрелке
217
Происходит натяжение ремня между шкивами 6 и 5 и ослабление
тормозной ленты. Плавность пуска станка зависит от степени
плавности поворота рукоятки. На оправке, установленной в
шпинделе 18, крепится гильза, на которую наматывается катушка
20. Счетчик 19 регистрирует число витков.
От шпинделя 18 движение через гитару 3 сменных зубчатых
колес передается на вал 4 с кулачком 8. Последний представ-
ляет собой диск, закрепленный на валу под некоторым углом.
С обеих сторон кулачка на нижнем ползуне 10 кулисного механизма
укреплены ролики 9. Движение от нижнего ползуна передается
верхнему ползуну 11 через кулису 13. Ось 16 качания кулисы свя-
зана с гайкой винта 12 и может перемещаться по вертикали при
его вращении. При этом изменяются расстояния между осями 17
и 16 с одной стороны и осями 16 и 15 с другой, что позволяет при
неизменном горизонтальном перемещении нижнего ползуна 10
получать различные величины перемещения верхнего ползуна 11,
а с ним и поводка 14 (регулировка ширины наматываемой катушки).
За один оборот вала 4 поводок совершает один двойной ход (вправо
и влево).
Передаточное число гитары 3 подбирается из расчета требуе-
мого количества перегибов провода за один оборот шпинделя (тре-
буемое число двойных ходов поводка)..
Станки для наматывания на нежесткие
каркасы. В качестве каркасов ряда намоточных изделий при-
меняются тонкие пластины или проволока (при изготовлении мно-
гооборотных потенциометров). Такие каркасы во избежание про-
гиба при намотке должны быть не только закреплены между за-
жимами в передней бабке и в задней опоре, но и туго натянуты.
Для предотвращения скручивания каркаса задняя опора должна
иметь приводной шпиндель, вращающийся с той же скоростью,
что и шпиндель передней бабки.
На рис. 9-20 показана конструкция настольного станка для
наматывания на нежесткие каркасы. Вращение шкива 1 через
фрикцион 2 передается на вал 3 и далее через зубчатые колеса 4, 5
и 6 шпинделю 7, через колеса 18, 16, 11 приводному шпинделю 15
задней опоры 10. Шпиндель задней опоры может перемещаться
горизонтально вместе с самой задней опорой и отдельно от
нее.
После закрепления задней опоры 10 на направляющей 9 кар-
кас растягивают, отводя шпиндель 15 за рукоятку 13 и закрепляя
его обоймой 12. Осевые усилия воспринимаются упорным под-
шипником 14. По ходовому винту 17 и направляющим 19 станка
перемещается каретка 21, на которой укреплен ролик-расклад-
ник 8. При необходимости передвинуть каретку вручную полу-
гайку 20, связывающую каретку с ходовым винтом, можно отки-
нуть.
Краткая техническая характеристика станка: диаметр нама-
тываемой проволоки 0,03—0,15 мм, шаг витков 0,03—0,6 мм,
218
наибольшая длина каркаса до 250 мм, скорость вращения шпин-
деля до 200 об/мин.
На станке можно наматывать потенциометры с точностью
характеристики 0,5—1,0%.
Натяжное устройство, применяемое при наматывании провода
на плоские каркасы с большим отношением ширины к толщине,
Рис.
9-20. Схема станка для наматывания провода на гибкие каркасы.
работает в очень неблагоприятных условиях. Дело в том, что на-
тяжение проволоки в результате изменения скорости ее укладки
на плоский каркас периодически изменяется в широких пределах,
и это изменение должно быть скомпенсировано непосредственно
натяжным устройством. В этих случаях необходимо устройство,
обеспечивающее быструю и плавную выборку слабины провода и
быструю подачу при увеличении его потребления.
б)	Челночные станки
Челночные станки служат для наматывания кольцевых катушек
(тороидов) и потенциометров. Рассмотрим некоторые общие по-
ложения, характерные для кольцевых обмоток. На рис. 9-21 при-
ведена схема наматывания провода на кольцевой каркас с помощью
челнока 2 со шпулей 3, расположенной на ободе последнего.
Конец провода, заранее намотанного на шпулю, закреплен на
каркасе 7; вращаясь вокруг каркаса, челнок обматывает его про-
водом. Каркас после наложения каждого витка поворачивается
в горизонтальной плоскости на величину шага намотки (движение
подачи). Для обеспечения требуемого натяжения проволоки вра-
щение шпули замедляется с помощью тормозного устройства 4,
обычно представляющего собой подпружиненную шайбу, кото-
рая прижимает шпулю торцом к челноку, препятствуя ее свобод-
ному вращению.
219
Для установки каркаса в челноке сделан вырез; привод чел-
нока осуществляется двумя зубчатыми колесами 5, расстояние
между которыми больше ширины выреза.
Провод, поступающий со шпули через ролик 6, остается все
время натянутым, что позволяет производить достаточно точную
(в пределах точности станка) его укладку на каркас, расположен-
ный в центре челнока. Непременным условием постоянного на-
тяжения и точности укладки провода на каркас является отсут-
ствие эксцентриситета между каркасом и челноком (см. рис. 9-21,
случай 1). При наличии эксцентриситета заданное натяжение про-
Рис. 9-21. Схема челночной намотки провода на кольцевой каркас. Шпуля
расположена на ободе челнока.
Случай 1
Сличай 2
вода во всех положениях шпули относительно стенки каркаса
обеспечить невозможно (рис. 9-21, случай 2). В этом случае потреб-
ление провода со шпули происходит лишь на участке ниже осей А
и Б (положения а—г). На участке выше осей А и Б (положения
д—ж) потребление провода прекращается, а в результате того,
что ролик 6 челнока при своем движении приближается к стенке
каркаса, провод провисает, образуя петли: обмотка получается
беспорядочной, появляются витки, уложенные без натяжения,
что недопустимо.
Наименьший внутренний диаметр каркаса зависит от размеров
шпули и толщины обода челнока. Следует иметь в виду, что
на шпулю слишком малого диаметра не всегда можно поместить
достаточное количество провода; кроме того, при намотке на
такую шпулю провода диаметром выше 0,1 он сильно изгибается
и при сматывании со шпули в какой-то мере сохраняет изгибы.
Возникающую в результате этого волнистость обмотки иногда
220
не удается исправить, увеличивая натяжение за счет более силь-
ного торможения шпули.
На рис. 9-22 показана другая схема наматывания провода
на кольцевой каркас: челнок 1 со шпулей-кольцом 4, расположен-
ным концентрично челноку. Опорой шпули служат ролики 3.
В этом случае, прежде чем приступить к процессу намотки, не-
обходимо укрепить каркас внутри челнока и шпули, вставить
съемный сектор 5 шпули и намотать на нее нужное количество про-
вода. Для этого челнок жестко соединяют со шпулей (на схеме
Рис. 9-22. Схема челночной намотки провода на кольцевой каркас. Шпуля-
кольцо расположена концентрично с челноком.
это соединение не показано) и станок пускают в обратную сторону
(по стрелке Б). После этого челнок отсоединяется от шпули, а
конец провода пропускают через прорезь козырька 2 и ролик 7
для закрепления на каркасе.
Провод в процессе наматывания укладывается на каркас
роликом; необходимое количество провода поступает со шпули,
которая свободно вращается в своих опорных роликах независимо
от челнока. Требуемое натяжение проволоки создается периоди-
ческим притормаживанием шпули тормозом 6.
При такой схеме наматывания совершенно не обязательно
стенку каркаса помещать строго в центре челнока. Кольцевая
шпуля, приводимая во вращение самим проводом во время нама-
тывания его на каркас, позволяет избежать ослабления проволоки
в зоне медленного вращения шпули. Это объясняется тем, что
при эксцентричном размещении каркаса потребление проволо-
221
ки со шпули, а следовательно, и скорость ее вращения непо-
стоянны.
ЕГ зоне I быстрого вращения шпули (точки а—д) происходит
сматывание проволоки, так как ролик-раскладчик удаляется от
края каркаса. Во избежание обрыва проволоки тормоз выклю-
чается кулачковым устройством, несколько освобождая шпулю при
увеличении ее скорости. Когда ролик переходит в зону II медлен-
ного вращения (точки е—з), потребление проволоки постепенно
прекращается, так как в это время ролик приближается к стенке
=906
Рис. 9-23. Электромагнитная муфта и ее установка
на намоточном станке.
каркаса, включается тормоз, шпуля притормаживается, скорость
ее вращения уменьшается (иногда падает до нуля), так как потреб-
ление провода прекращается до момента достижения роликом
точки е.
Наиболее совершенным устройством, позволяющим поддер-
живать постоянное натяжение провода при намотке, является
электромагнитная муфта (рис. 9-23).
Вал 2 муфты с диском 6 свободно вращается внутри магнито-
провода 9, в котором установлена катушка 8 электромагнита.
На валу ведомого диска 6 сидит зубчатое колесо 4, которое нахо-
дится в зацеплении с зубчатым венцом шпули 1. Диск 5 свободно
вращается внутри магнитопровода. Диск 6 и магнитопровод сде-
ланы из мягкого железа (типа армко), диск 5 — из дюралюминия.
Если подать в обмотку катушки 8 постоянный ток, то в магни-
топроводе возникает магнитное поле, силовые линии которого
222
будут замыкаться через воздушный зазор между левым краем
магнитопровода и внутренним полюсом 7. В этом зазоре распо-
ложены диски 5 и 6. Зазоры между гладким диском 6 и полюсом 7,
полюсами дисков 6 и 5, диском 5 и магнитопроводом 9 (с левой
стороны) не превышает 0,15 мм каждый. Наличие на диске 6 по-
люсов-выступов увеличивает интенсивность магнитного потока
на этих полюсах. Если диск 6 привести во вращение от электро-
двигателя 3 (через вал 2), то диск 5 будут пересекать пучки маг-
нитных силовых линий. Вследствие этого в нем наведутся вихре-
вые токи и возникнут собственнее магнитные поля. В результате
взаимодействия (вернее, противодействия) этих полей с основным
вращающимся магнитным полем диска 6 диск 5 начнет вращаться
в ту же сторону, что и диск 6.
При изменении величины рабочего напряжения постоянного
тока в цепи питания катушки 8 изменяется величина магнитного
потока электромагнита и, следовательно, величина усилия, с
которым диск 5 увлекается вращающимся магнитным полем диска 6.
Подобное регулирование осуществляется двояко: изменением
числа оборотов двигателя (автотрансформатор Тр) и с помощью
реостата R в цепи питания обмотки катушки 8. Вольтметр V гра-
дуирован непосредственно в величинах натяжения проволоки
в граммах (величина рабочего напряжения на катушке 8 пропор-
циональна величине магнитного потока и, следовательно, уси-
лию, которое должна преодолевать шпуля, находящаяся в за-
цеплении с зубчатым колесом 4).
Усилие, развиваемое проводом при намотке, больше, чем уси-
лие магнитного поля диска 6, поэтому зубчатое колесо 5 враща-
ется по стрелке 5, преодолевая сопротивление поля, стремящегося
повернуть его по стрелке А. Таким образом, заданное натяжение
проволоки поддерживается постоянным.
Некоторое изменение величины натяжения в процессе укладки
одного витка на каркас наблюдается в случае эксцентричного
расположения стенки каркаса, когда при усиленном сматывании
проволоки со шпули во время прохождения роликом челнока по-
ложений а—б—в—г—д (см. рис. 9-22) натяжение несколько уве-
личивается в результате увеличения скорости вращения шпули 7,
а с ней и зубчатого колеса 4. Во избежание обрывов проволоки
при подобном увеличении скорости вращения шпули необходимо
массу деталей 4 и 5 делать возможно меньшей.
Конструкция муфты облегчает операцию сматывания с кар-
каса неаккуратно или ошибочно намотанных лишних витков.
При провисании провода шпуля немедленно выбирает слабину,
повернувшись по стрелке А, и при сматывании провода с каркаса
он сразу же намотается на шпулю.
Станок для наматывания провода на
кольцевой каркас с ленточным механизмом подачи,
каркаса (рис. 9-24) имеет фрикционный механизм противовра-
щения шпули. Электродвигатель привода через червячную пару
223
вращает вал <S, на котором расположены зубчатое колесо 3 при-
вода челнока 2, зубчатое колесо 4 привода фрикционного меха-
низма и ведущее зубчатое колесо 9 храпового механизма цепи пог
дачи каркаса.
Зубчатое колесо 5 через вал 17 передает вращения ведущей
шайбе 7 фрикциона. Шайба 7 прижимается пружиной 16 к ве-
домой шайбе 6, которая жестко связана с зубчатым колесом 19
привода шпули 21.
Рис. 9-24. Схема станка с подающей лентой для наматывания провода на
кольцевые каркасы.
Таким образом, шпуля во время вращения челнока по стрелке
А будет стремиться вращаться в противоположную сторону (по
стрелке Б). Но провод, сматывающийся со шпули на каркас,
противодействуя этому стремлению, поворачивает шпулю по
стрелке А.
Регулируя при помощи гайки 15 и пружины 16 фрикцион
(шайбы 6 и 7), можно изменять усилие, действующее на шпулю
в направлении стрелки Б (усилие противовращения), т. е. изме-
нять степень натяжения проволоки при намотке.
При намотке провода на шпулю челнок, как указано выше,
жестко соединяют с ней, а станок пускают в обратную сторону;
224
фрикцион в это время в работе не участвует, для чего или ослаб-
ляют поджатие пружины 16, или сцепляют зубчатые колеса 4 и 5.
Механизм подачи каркаса работает следующим образом.
Зубчатое колесо 9 через колесо 28 (г = 1:1) приводит в действие
храповой механизм. На колесе 9 укреплен рычаг 11 с роликом;
пружина 10 прижимает его к штифту 12.
При вращении зубчатого колеса 9 ролик рычага 11, соприка-
саясь с роликом 13, отжимает его вниз, собачка 14 заскакивает
между зубцами храпового колеса 27 и вал 22 поворачивается.
Фиксатор удерживает собачку во включенном положении до
тех пор, пока ролик 13, поворачиваясь вместе с зубчатым колесом
28 по стрелке В, не встретится со штифтом 23, который отжимает
ролик 13 вверх, разъединяя собачку и храповое колесо, и враще-
ние храпового колеса, а с ним и вала 22 прекращается. Вал 22
через червячные пары 20 и 18, 31 и 32 связан с ведущим бара-
баном 30, который гибкой лентой 29 поворачивает каркас 1 на
требуемый угол (шаг намотки).
Таким образом, вал 22 за один оборот зубчатого колеса 9 по-
ворачивается на угол, ограниченный с одной стороны точкой вклю-
чения собачки 14 и рычагом 11 и с другой стороны — штифтом 23,
выключающим собачку.
Место выключения собачки может быть установлено в любом
необходимом месте по окружности колеса 26 (поворотом и закреп-
лением его на оси 24 и винтом 25). С увеличением угла между точ-
ками включения и выключения собачки увеличивается подача
на один оборот челнока. Величину подачи можно изменять на
ходу.
Гибкая лента 29 жестко закреплена на двух барабанах —
ведущем 30 и холостом (на схеме не показан). Ведущий барабан
сидит на оси червячного колеса 31.
Холостой барабан получает противовращение от спиральной
пружины, обеспечивающей требуемое натяжение ленты. После
окончания цикла намотки освобождают фиксатор, соединяющий
барабан 30 с колесом 31, и лента вновь перематывается на холостой
барабан.
При применении подобной системы подачи наибольший диа-
метр каркаса ограничен диаметром ведущего барабана 30, так как
постоянная по величине подача каркаса может быть лишь при не-
изменном диаметре барабана. При намотке второго слоя ленты на
барабан ее линейная скорость, естественно, увеличивается. Но
эта система более надежна, чем роликовая подача, и применяется
при намотке потенциометров, если требуется большая точность
шага намотки.
Фрикционное устройство для противовращения шпули можно
применять лишь при намотке сравнительно толстой и прочной
проволоки (например, константановой диаметром от 0,08 мм),
так как невозможно обеспечить плавную, без толчков, работу
фрикциона (шайбы 6 и 7).
8 А. Т. Белевцев
225
Краткая техническая характеристика станка: диаметр нама-
тываемой проволоки 0,03—0,12 мм; размеры каркаса — внутрен-
ний диаметр 15—60 мм, наружный 17—70 мм, высота до 20 мм;
скорость вращения челнока до 150 об/мин. Станок используется
для намотки резисторов, имеющих точностные характеристики
не выше 2—1 %. s
Станок для беззазорного наматывания.
При намотке кольцевых потенциометров изолированным проводом
очень трудно получить плотную, беззазорную намотку, так как
на точность шага намотки (а в данном случае шаг равен наруж-
ному диаметру проволоки по изоляции йиз) влияют точность по-
дачи каркаса и отклонения размера г?из. Если постоянство шага
намотки можно обеспечить с достаточной степенью точности при
тщательном изготовлении механизмов цепи подачи станка, то со-
вершенно невозможно рассчитывать на постоянство наружного
диаметра провода (по эмали), и именно этот фактор вносит основ-
ные погрешности и получение беззазорной намотки (виток к витку).
Рассматриваемая ниже конструкция станка обеспечивает по-
лучение беззазорной намотки, так как укладка проволоки вплот-
ную осуществляется специальным механизмом (рис. 9-25). Здесь
приводной вал 9 через пару конических зубчатых колес 4 и 5
приводит во вращение вал 11. На его оси укреплены зубчатое
колесо 10 привода челнока 15, кулачок 2 привода механизма
уплотнения провода и подачи каркаса. Следовательно, скорость
вращения челнока и кулачка одинакова.
Станок не имеет специального механизма подачи каркаса.
Поворот каркаса 14 на величину диаметра проволоки осуществ-
ляется механизмом уплотнения с толкателями. К верхнему и ниж-
нему торцам каркаса плотно прилегают лапки-толкатели 16.
Лапки шарнирно связаны с ползунками 1, которые в свою очередь
соединены с рычагами 7.
Пружина 8 стремится повернуть эти рычаги так, чтобы пол-
зунок 1 переместился по стрелке А. Но этому мешает кулачок 2.
Укрепленный на рычаге ролик 3 прижимается к торцу кулачка;
при попадании ролика в выемку кулачка рычаг поворачивается
вокруг оси и подает ползунок 1, а с ним и лапку-толкатель 16
по стрелке А. При дальнейшем повороте кулачка ролик выходит
из выемки и поворачивает рычаг в обратную сторону, вследствие
чего ползунок движется по стрелке Б. Как только виток провода
будет уложен на верхний торец каркаса, верхняя лапка-толкатель,
двигаясь по стрелке А, упрется в провод, сдвигая виток, плотно
прижмет его к ранее уложенному витку и, двигаясь дальше силой
пружины 8, повернет весь каркас вместе с подвижной частью
державки 12 на величину хода ползунка, ограничиваемую регули-
руемым упором 6 При укладке провода на нижний торец каркаса
то же самое проделает нижняя лапка.
В связи с тем, что лапки-толкатели доходят до строго опре-
деленного положения, изменение величины диаметра проволоки
226
не сказывается на плотности его укладки, так как в случае уве-
личения диаметра проволоки соответственно на больший угол
повернется каркас, т. е. автоматически соответственно диаметру
наматываемой проволоки изменится подача каркаса.
Рис. 9-25. Схема станка для беззазорного наматывания.
Для того чтобы избежать излишнего поворота державки 12,
необходимо при толчках, передаваемых каркасу толкателями,
подвижную часть державки притормаживать фрикционным дис-
ком 13.
9-6
НАМАТЫВАНИЕ РЕЗИСТИВНОГО ЭЛЕМЕНТА
МНОГООБОРОТНЫХ ПОТЕНЦИОМЕТРОВ
Многооборотные потенциометры характеризуются большой раз-
решающей способностью, повышенной точностью и надежностью
работы.
8*	227
Резистивный элемент многооборотных проволочных потенцио-
метров (так называемые струнные обмотки) наматывают на спе-
циализированных станках с программным управлением (рис. 9-
26,а)
Провод каркаса или струну предварительно наматывают на
спиральный барабан намоточного станка. Сбегающая с барабана
струна протягивается через наконечник намоточной головки, где
она обматывается проводом высокого сопротивления. Обмотанная
струна навивается на специальную резьбовую оправку или сви-
вается в спираль роликовым механизмом. Бабаран имеет тормоз-
ное устройство, регулирующее натяжение струны.
Рис. 9-26. Схема системы коррекции для наматывания
точных многооборотных потенциометров.
1 — сигнал коррекции; 2 — электродвигатель системы коррекции;
3 — дифференциал механизма регулирования и натяжения про-
вода; 4 — подающая катушка; 5 — скользящий контакт; 6 —
изготовляемый потенциомегр; 7 — электродвигатель механизма
намотки: 8 — эталонный прецизионный многооборотный потен-
циометр.
Применяемый для изготовления каркаса провод (обычно ПЭВ-2)
должен иметь равномерное изоляционное покрытие по всей длине
без повреждений, раковин, наплывов и стабильный диаметр.
Точность многооборотного потенциометра во многом зависит
от качества навивки струны на оправку Поэтому при наматы-
вании струны на барабан намоточного станка следят за тем, чтобы
намотка была плотной (виток к витку), с равномерным натяже-
нием по всей .рабочей поверхности барабана. При этом не допус-
кают повреждения изоляционного покрытия провода, перегибы
и перекручивание струны.
Провод обмотки перематывают с катушки на специальную
шпулю, следя за его постоянным натяжением (провод должен на-
228
матываться на шпулю плотно) и за тем, чтобы он наматывался
равномерно без петель.
При наматывании скорости перемещения струны и обмоточного
провода точно регулируются специальной системой коррекции
(рис. 9-26, б). Обмотанный каркас проходит через подогреватель
к форсунке, где на него наносится слой лака, и поступает в су-
шильную камеру.
Для автоматической намотки высокоточных миниатюрных мно-
гооборотных потенциометров применяется станок с программным
управлением. Точность изготовления потенциометров на нем по-
вышается благодаря непрерывному контролю и автоматической
коррекции сопротивления путем изменения шага в процессе на-
мотки.
ПРИНЦИП РАБОТЫ
Шпуля 1 с обмоточным проводом расположена на вращающейся
планшайбе намоточной головки 2 (рис. 9-27). Перед началом на-
матывания конец струны 4 закрепляют на оправке 5. Вращаясь,
оправка протягивает струну через сфе-
рический наконечник 3 намоточной го-
ловки. Кроме того, оправка переме-
щается в осевом направлении, благо-
даря чему струна свивается в спираль
с шагом, определяемым скоростью это-
го перемещения.
Шаг наматывания провода на струну
определяется сиростями протягивания
струны и вращения намоточной голов-
ки. Первая в процессе наматывания
постоянна, поэтому шаг практически
зависит лишь от скорости вращения го-
ловки: чем она больше, тем меньше
Рис. 9-27. Принцип работы
станка для наматывания
многооборотных потенцио-
метров.
шаг.
Изменение шага наматывания про-
вода по требуемому закону на опреде-
ленных участках каркаса, а следовате-
льно, и величины омического сопротив-
ления этих участков (т. е. задание функции потенциометра) осу-
ществляют, изменяя скорость вращения намоточной головки при
помощи системы автоматического регулирования.
Величина сопротивления потенциометра во время наматывания
непрерывно измеряется мостом постоянного тока (рис. 9-28)
и сравнивается с образцовым контрольным сопротивлением, из-
меняющимся по заданному закону. При отклонении действитель-
ного сопротивления наматываемого потенциометра от расчетного
возникает сигнал рассогласования, который отрабатывается си-
стемой регулирования и вызывает изменение скорости вращения
намоточной головки. В результате на данном участке изменяется
229
шаг наматывания, а следовательно, и длина провода резистивного
элемента.
Сопротивления плеч В и С моста постоянны — R2 — const).
В плечо D включен магазин сопротивлений. Его общее сопротив-
ление В-м подбирают так, чтобы оно было равно общему сопротив-
лению наматываемого потенциометра 7?0. В плечо А включены
последовательно сопротивление намотанного участка обмотки
потенциометра гп и контрольное соп-
ротивление 7?к. Дисбаланс моста ра-
вен нулю, если
Ъ—R^’	(9'7)
Левая часть этого равенства всегда
равна 1. Выражение в его правой ча-
сти в процессе намотки может быть не
равным 1, тогда в диагонали моста воз-
никает сигнал рассогласования, равный
Д у»
Рис. 9-28. Схема измери-	AZ7 = U /~в _ од—•	(9-8)
тельного моста с постоян-	0	6 Гп
ной чувствительностью. Сопротивление гп в процессе намот-
ки увеличивается. Для соблюдения ра-
венства (9-7) необходимо, очевидно, увеличивать сопротивление
образца. Если оно в какой-то момент времени равно 7?к, а сопро-
тивление гп = 7?о — 7?к, то равенство (9-7) сохраняется и дисба-
ланс не возникает.
Рассмотренная схема включения наматываемого потенциометра
с контрольного сопротивления в одно плечо моста обусловливает
режим работы моста с постоянной
чувствительностью, так как вовремя
наматывания величина контрольно-
го сопротивления максимальна и
равна общему сопротивлению изго-
товляемого потенциометра. В процес-
се наматывания она уменьшается так,
что в конце операции 7?к — 0, а
гп — Rk ~ 7?0.
В указанной системе автомати-
ческого регулирования может быть
применена и другая схема: в плечо
А включают наматываемый потен-
циометр, в плечо D — контрольное
сопротивление (рис. 9-29). Плечи В
и С составляют из двух магазинов
Рис. 9-29. Схема измеритель-
ного моста с переменной чув-
ствительностью .
сопротивлений, отношение
величин которых выражается некоторой дробью. Баланс напря-
жений на диагоналях моста достигается при соблюдении равенства
£п __'Rz
Ri ’
(9-9)
230
Рис. 9-30. Принцип задания програм-
мы наматывания многооборотного по-
тенциометра.
Если в какой-то момент величина сопротивления наматываемого
потенциометра не удовлетворяет равенству
г = R
то возникает сигнал рассогласования.
В процессе наматывания величина контрольного сопротивле-
ния возрастает от нуля до 7?0 = Ri/Rz- Так как сопротивления
плеч А и D изменяются, то схема обусловливает работу моста с пе-
ременной чувствительностью.
Достоинство этого спосо-
ба заключается в том, что,
зная заданный закон измене-
ния контрольного сопротив-
ления, можно изготовлять
потенциометры, воспроизво-
дящие одну и ту же функ-
цию, но имеющие различную
величину общего сопротивле-
ния, определяемую соотноше-
нием магазинных сопротив-
лений R2/Rr. Недостатком
схемы является переменная
чувствительность моста, отри-
цательно влияющая на точ-
ность системы регулирова-
ния.
Способы задания
программы. Таким об-
разом, следящая система
станка работает по принци-
пу сравнения действительной
величины сопротивления на-
матываемого потенциометра с
рачетной в каждой точке. Необходимое изменение контрольного
сопротивления осуществляется особым устройством по програм-
ме, записанной на перфоленте.
Работа контрольного устройства основана на следующем прин-
ципе. Пусть закон, по которому изменяется сопротивление нама-
тываемого потенциометра, представлен графиком (рис. 9-30)
и отсчет его величин надо производить с точностью Д, ом. Ве-
личину общего сопротивления потенциометра делят на равные
интервалы по Д, ом.
По значениям функции, которую должен воспроизводить дан-
ный потенциометр, для каждого интервала сопротивления нахо-
дят соответствующее ему порядковое значение аргумента. Оче-
видно, что аргументом является в данном случае положение движка
потенциометра, т. е. угол его поворота или, что то же самое, угол
231
поворота намоточной оправки в процессе изготовления потенцио-
метра. Значение угла поворота оправки можно зафиксировать при
помощи кинематически связанной с ней перфоленты.
На ленту заносят код дискретного изменения эталонных со-
противлений мостовой схемы намоточного станка с ценой каж-
дого приращения около 0,01% от общего сопротивления потен-
циометра. Лента представляет собой обычную перфорированную
кинопленку, свернутую в кольцо, с цепочкой отверстий (кодовой
дорожкой), пробитых по спирали. Расстояние от начального от-
верстия кодовой дорожки до любой точки на ней соответствует
определенному углу поворота движка, а число отверстий до этой
точки — сопротивлению обмотки потенциометра в некотором мас-
штабе.
Для линейных потенциометров существенным является не ко-
личество отверстий, а постоянство расстояний между ними по
длине ленты, величина которых зависит от заданной дискретности
деления. Поэтому здесь можно применить ленту минимальной
длины, определяемой лишь размерами лентопротяжного устрой-
ства, и разместить на ней такое количество отверстий, которое
уложится на ней с учетом заданной дискретности. При этом нет
необходимости располагать отверстия по спиральной дорожке;
дорожку можно расположить параллельно краям ленты. Естест-
венно, что первое и последнее отверстия программной дорожки
должны совпадать.
Координату каждого отверстия рассчитывать трудно, поэтому
расчетную кривую нарастания сопротивления обмотки потенци-
ометра аппроксимируют ломаной линией, состоящей из 50—200
участков, и количество интервалов на ней определяется характе-
ром функции. Количество интервалов задается в двоичной системе
счисления и может быть равным 256, 128, 64, 32, 16, 8, 42, x/2n,
где п — любое целое число от 0 до 8.
Принцип двоичного счисления заключается в следующем.
Любое число А с п значащими цифрами в системе счисления с ос-
нованием Ъ может быть представлено в виде суммы
А = а0Ь° + а^Ь1 + а2Ь2 +... + а^Ь71'1 + апЬп.
В десятичной системе счисления (в = 10) любое число может
быть представлено комбинацией от 0 до 9 (0, 1, 2,. . ., 9), т. е.
коэффициенты а0, а± принимают значения от 0 до 9. В двоичной
системе (в = 2) любое число может быть представлено комбина-
цией лишь двух цифр: 0 и 1. Чтобы записать число в двоичной
системе, надо разложить его на последовательные степени осно-
вания 2:
А=^а020 + а121 + ... + ап2п.
Степени числа 2, из которых составлено данное число, имеют
коэффициент 1, а отсутствующие степени —• коэффициент 0.
232
Например, число 186 в двоичной системе запишется следующим
образом:
186 = 1.27 + 0.26 + 1.25 + 1.24 + 1.23 +
+ 0 • 22 + 1 • 21+ 0 • 2° = 10111010.
При этой системе счисления величина каждого контрольного
сопротивления берется вдвое больше предыдущей, т. е. сопротив-
ления будут иметь, например, следующие значения (кратные воз-
растающим степеням числа 2):
А, ом; 2Д, ом; 4А, ом; 8А, ом; 16А, ом; 32А, ом и т. д.
Счетчик станка работает по принципу двоичного счета и пред-
ставляет собой систему последовательно соединенных триггерных
схем. Триггер выдает сигнал на выходе после поступления на его
вход каждого второго импульса. Каждый триггер счетчика управ-
ляет одним из эталонных сопротивлений, так что срабатывание
того или иного триггера означает коммутацию соответствующего
эталонного сопротивления.
Таким образом, счетчик считает число отверстий программной
ленты, прошедших через фиксатор, и включает в плечо моста не-
обходимое контрольное сопротивление.
Если при проходе через фиксатор и отсчете отверстия в плечо
моста включается эталонное сопротивление, нарушающее его
баланс, возникает сигнал рассогласования, который отрабаты-
вается схемой автоматического регулирования шага обмотки.
Изготовление программной ленты сводится к пробивке от-
верстий с координатами, соответствующими углу поворота оси
потенциометра, по длине ленты. Так как рассчитываются только
границы участков разбивки функции по сопротивлению, то пер-
фораторное устройство протягивает ленту и выполняет автома-
тическое деление заданного участка длины ленты на требуемое
число равных интервалов с пробивкой отверстий на их границах.
В основе перфораторного устройства лежит мостовая схема
(рис. 9-31), составленная из задающе/о потенциометра R± (плечи А
и С), подстроечного потенциометра R2 и дискретного потенцио-
метра Яд (плечи R и D). В диагональ моста ab включен дифферен-
циальный усилитель, нагруженный обмоткой реле Я, управляю-
щего пробивкой отверстий на ленте и изменением положения
движка дискретного потенциометра. Понятие «дискретный по-
тенциометр» вводится условно: он представляет собой набор ре-
зисторов, переключение которых дает дискретное изменение на-
пряжения, снимаемого с потенциометра при постоянном общем
сопротивлении. Подробно это устройство будет рассмотрено ниже.
Задающий потенциометр Rr является линейным, высокой точ-
ности (0,05%).
Длина участка ленты, кинематически связанной с углом по-
ворота оси задающего потенциометра Ях, может быть выражена
через напряжение, снимаемое с его движка, т. е. I = U. При пе-
ремещении движка задающего потенциометра снимаемое с него
233
напряжение в каждый момент времени пропорционально пере-
мещению ленты, изменяясь по линейному закону. Таким образом,
длина участка ленты задается напряжением на движке задаю-
щего потенциометра R±. «Движок» дискретного потенциометра на-
ходится в исходном положении: с него будет сниматься напряже-
ние, равное напряжению на движке подстроечного потенциоме-
тра Т?2, и при сбалансированном мосте — напряжение на движке
задающего потенциометра. Движок дискретного потенциометра
может перемещаться только дискретно через интервалы R^/2n
(где п — любое число от 1 до 8), а снимаемое с него напряжение
также дискретно уменьшается на величину U!2n от первоначаль-
ного значения. Скачкообразное перемещение движка дискрет-
ного потенциометра, осуществляемое по
схема
ь
Рис. 9-31. Мостовая измерительная
перфораторного устройства.
сигналу дифференциаль-
ного усилителя, проис-
ходит в момент равнове-
сия мостовой схемы.
Напряжение, сни-
маемое с движка задаю-
щего потенциометра jR15
балансируется в диаго-
нали моста ab подст-
роечным потенциомет-
ром Т?2, и на движке
дискретного потенцио-
метра, находящегося в
исходном положении,
появляется напряжение, равное напряжению на задающем потен-
циометре и пропорциональное длине участка ленты. При включе-
нии схемы в рабочий режим разбалансируется мост на величину
R^I2n (вследствие переключения сопротивлений дискретного по-
тенциометра) и одновременно пробивается первое отверстие на
ленте. Сигнал рассогласования в положении движков потенцио-
метров 7?д и Rx отрабатывается электродвигателем (тип ДО-50)
лентопротяжного механизма.
Вместе с лентой электродвигатель перемещает и движок за-
дающего потенциометра; снимаемое с последнего напряжение,
изменяется по линейному закону, уменьшаясь до уровня напря-
жения на дискретном потенциометре. В момент равенства напря-
жений мост уравновешивается, по сигналу усилителя происходит
переключение, в результате которого движок дискретного потен-
циометра перемещается еще на величину R^!2n, ом, и одновре-
менно пробивается отверстие на ленте. Этот процесс повторяется
до тех пор, пока движки дискретного и задающего потенциометров
не займут крайнего левого положения, соответствующего нулевому
потенциалу.
Таким образом, начальное напряжение, пропорциональное
длине участка ленты (U = Z), разделяется на 2П интервалов,
причем это деление сопровождается пробивкой отверстий на пер-
234
форированной ленте, которая перемещается синхронно с движком
задающего потенциометра. Следовательно, участок ленты длиной,
соответствующей начальному углу поворота задающего потен-
циометра, делится на те же 2п равных частей.
На рис. 9-32 приведена функциональная схема перфоратор-
ного устройства. Оно работает в двух режимах; 1) режиме уста-
новки — определение длины участка ленты при помощи системы
электрического моделирования без перемещения самой ленты
и 2) рабочем режиме — протягивание заданного участка ленты
с автоматической пробивкой отверстий программы.
Рис. 9-32. Перфораторное устройство (функциональная схема).
Положение переключателей и контактов реле, показанное
на рис. 9-32, соответствует режиму остановки. Заданную длину
участка ленты устанавливают маховиком 1 по механическому
счетчику 3 в виде напряжения, снимаемого с движка задающего
потенциометра Rv При этом вращение с маховика 1 на ось зада-
ющего потенциометра Rr передается через электромагнитную
реверсивную муфту 2 с двумя входами. В режиме установки вы-
ходной валик муфты 2 связан с левым входом, т. е. с маховиком 1
и задающим счетчиком 5, так как напряжение питания подается
на левую катушку электромагнита муфты. Задавая длину уча-
стка ленты, схему уравновешивают, перемещая движок подстроеч-
ного потенциометра Я2 по микроамперметру 4 дифференциаль-
ного усилителя 5.
Схему переводят из режима установки в рабочий режим пе-
реключателем Blt При этом выходной валик муфты 2 соединяется
235
с правым входом, а ось задающего потенциометра R± кинемати-
чески связывается с приводным электродвигателем 17 (тип ДО-50)
и лентопротяжным механизмом 9.
Следовательно, при отработке заданного участка ленты, т. е.
при повороте оси задающего потенциометра R± в обратном направ-
лении (рабочий ход) маховик 1 остается неподвижным, а движок по-
тенциометра перемещается через второй вход муфты от привод-
ного электродвигателя 17 вместе с лентой 11, установленной на
лентопротяжном механизме 9, имеющем счетчик 10 с той же це-
ной деления на один оборот, что и задающий счетчик 3. Когда дви-
жок потенциометра Rr достигает исходного (нулевого) положения,
счетчик 10 лентопротяжного механизма 9 выдает те же показания,
которые были установлены на задающем счетчике 3 при установке
длины участка ленты. С момента начала перемещения до полной
его обработки задающим потенциометром лента передвигается на
всю длину участка.
В процессе движения в момент баланса моста в ленте автома-
тически пробиваются отверстия.
Одновременно с переключением электромагнитной реверсив-
ной муфты через переключатель Rx (BJ, B'J, ') подается еди-
ничный импульс тока на блок реле 75, управляющего переклю-
чением сопротивлений дискретного потенциометра, и на перфо-
раторное устройство 8 лентопротяжного механизма. Таким об-
разом, при переключении мостовая схема разбалансируется на
величину U!2n, а на ленте пробивается первое отверстие — на-
чало участка. Вместе с этим срабатывает силовое реле 18, через
контакт которого (КСР) напряжение питания подается на при-
водной электродвигатель 17; в результате последний начинает
перемещать ленту, а также (в обратном направлении) движок
задающего потенциометра.
По мере этого перемещения напряжения, снимаемые с движ-
ков задающего и дискретного потенциометров, становятся равны
друг другу, мост уравновешивается, на выходе усилителя 5 ока-
зывается нулевое напряжение и реле запуска 6 обесточивается;
его контакты открывают формирователь импульса 7, и на блок
реле 15 и на перфораторное устройство 8 поступают импульсы пе-
реключения. Таким образом пробивается второе отверстие, дискрет-
ный потенциометр Вд снова вносит дисбаланс в мостовую схему на
величину U!2n. Этот процесс повторяется до тех пор, пока на ленте
не будет пробито 2п отверстий, а напряжение на движках задаю-
щего и дискретного потенциометров не станет равным нулю. При
пробивке последнего отверстия срабатывает реле границы уча-
стка 16, контакты которого (КРГУ) разрывают цепь питания
обмотки силового реле 18, а контакты последнего (КСР) обесто-
чивают приводной двигатель. Контакты KKR1 концевого выклю-
чателя KRr отключают силовое реле 18, обесточивая приводной
электродвигатель, когда движок задающего потенциометра до-
стигает нулевого положения.
236
Остановка кинематических цепей в конце участка ленты осу-
ществляется электромеханическим тормозом 14, срабатывающим
в момент обесточивания приводного двигателя Скорость протя-
гивания ленты, а следовательно, и скорость пробивки отверстий
регулируют маховиком 13, плавно изменяя передаточное отно-
шение фрикционного механизма 12 Число пробиваемых отвер-
стий на заданном участке устанавливают переключателем
Для пробивки на ленте, свернутой в кольцо, отверстий, рас-
положенных по спирали, пробивное устройство имеет кинемати-
Рис. 9-33. Кинематическая схема станка с программным управлением для
наматывания многооборотных потенциометров.
ческую связь с лентопротяжным механизмом, благодаря чему оно
может перемещаться в направлении, перпендикулярном пере-
мещению ленты синхронно с ее движением.
После пробивки участка ленты перфораторное устройство
переводят в режим установки, и цикл повторяется.
Конструкция станка. Схема и конструкция рассма-
триваемого станка с программным управлением для намотки эле-
ментов сопротивления многооборотных потенциометров (рис. 9-
33) разработаны группой инженеров под руководством Я. Д. Мар-
тыненко.
Вращение от основного электродвигателя 28 через зубчатую
пару 29 и4 30 передается на диск 25 фрикционного механизма и
далее через шарик 24 на валик 23, жестко связанный с зубчатым
колесом 6, которое вращает солнечное колесо 7 дифференциала,
после чего вращение передается на сателлиты 5. Вращение сател-
литов через крестовину передается на шкив 8 и далее через ре-
237
менную передачу — к намоточной головке 17. На головке на-
ходятся катушки 16 с запасом голого намоточного провода и ро-
лик 53, который направляет провод к сферическому токосъемному
наконечнику 54 и каркасу (струне) 19, закрепленному при по-
мощи специального зажима на оправке 15.
Намоточная головка имеет демпфирующее устройство, которое
предотвращает обрыв провода во время пуска и остановки электро-
двигателя и обеспечивает необходимое его натяжение при намотке.
Провод каркаса (струна) сматывается с барабана 18 и укла-
дывается на намоточную оправку 15 с некоторым постоянным ша-
гом, определяемым скоростью перемещения суппорта 13. Уста-
навливая заранее положение шарика 24 относительно центра фрик-
ционного диска 25, можно изменять передаточное отношение в
системе диск—шарик—валик, задавая этим скорость вращения
намоточной головки, а значит, и соответствующий шаг намотки
проволоки потенциометра. Первоначальное положение шарика
относительно центра диска задается вращением ручки установки 55,
которая через ходовой винт 4 перемещает каретку шарика 24.
Величину шага отсчитывают по шкале 56 шага намотки.
Очевидно, что величина шага должна изменяться в некоторых
допустимых пределах. Для ограничения величины шага служат
концевые включатели 51 и 52, а для изменения шага намотки в
процессе наматывания — исполнительный электродвигатель 1,
который через передачу 2 и 3 вращает ходовой винт 4, благодаря
чему изменяется положение каретки шарика относительно центра
диска, а значит, и скорость вращения намоточной головки.
Одновременно этот электродвигатель вращает колесо 49 диф-
ференциала, суммирующего вращения валов основного и испол-
нительного двигателей. В зависимости от направления вращения
вала исполнительного электродвигателя намоточная головка вра-
щается быстрее или медленнее, что при постоянной скорости про-
тягивания провода каркаса обусловливает соответственно меньшую
или большую величину шага намотки.
Движение на суппорт 13 передается от основного электродви-
гателя 28 через трехскоростную ременную передачу 1 (шкивы 26
и 27 на вал 57) и далее через зубчатые колеса 10 и 11 на ходовой
винт 58, который через разжимную гайку 14, жестко связанную
с основанием суппорта, осуществляет продольное перемещение
последнего. Хомутик 12 позволяет выводить колесо 11 из зацеп-
ления с колесом 10 и изменять передаточное отношение от вала 57
к ходовому винту 58. Для этого служит коробка скоростей (на
схеме не показана). Суппорт можно перемещать независимо от ос-
новного электродвигателя, для чего разжимают гайку 14.
В крайнее левое положение суппорт устанавливают в начале
намотки (в процессе работы суппорт перемещается вправо по
стрелке 4). Это перемещение в крайнем правом положении огра-
1 На схеме для упрощения показаны шкивы одной скорости.
238
ничивается концевым выключателем 50, который при замыкании
обесточивает обмотки электродвигателей.
Для быстрой остановки вала основного электродвигателя при-
меняется электромеханическая система торможения. Напряже-
ние, подаваемое на двигатель, одновременно подается и на об-
мотку электромагнита тормоза 20. Срабатывая, электромагнит
вытягивает сердечник и через тягу 22, преодолевая натяжение
пружины 21, ослабляет тормозную ленту на шкиве 59. Когда
электросистема станка обесточивается, электромагнит отпус-
кает тягу и последняя под действием возвратной пружины 21 при-
жимает тормозную ленту к шкиву 59.
Намоточная оправка 15 вращается от вала 57 через передачу 10
и зубчатые колеса 9.
Вращение вала 57 через пару зубчатых колес 36 и 37 переда-
ется также на счетчик оборотов 40 и на механизм перемещения
программной ленты 44.
Счетчик кинематически связан с намоточной оправкой и слу-
жит для регистрации угла ее поворота (числа оборотов). Один
оборот оправки соответствует ста делениям шкалы счетчика
(сто оборотов первичного валика счетчика). Для ограничения
числа оборотов оправки, т. е. длины спирали наматываемого по-
тенциометра, служит кольцевой выключатель 60. Ориентируя
рычаг 61 относительно этого выключателя, ограничивают число
оборотов первичного валика счетчика и тем самым угол поворота
намоточной оправки. При замыкании концевого выключателя
станок останавливается.
Перемещение "перфоленты 44 осуществляется следующим об-
разом. Вращение вала 57 через муфту 38 и зубчатые колеса 39, 45
передается на червяк 33 и от последнего через зубчатые пары 34,
35 и 32, 31 — на барабаны 47 и 48, которые протягивают ленту
относительно головки 42 считывающего устройства. Слежение
головки за спиральной дорожкой отверстий в перфоленте осу-
ществляется при ее поперечном (относительно движения ленты)
перемещении (через червячное колесо 62, зубчатые колеса 63,
46 и ходовой винт 64) с шагом, соответствующим скорости дви-
жения ленты.
Для освещения фотодиодов, установленных в головке, служит
лампочка 43. При переводе рычага 41 в крайнее левое положение
муфта 38 разрывает связь между валом 57 и червячным валом 33
(отключение производится, например, при установке перфоленты
в положение, соответствующее началу отсчета).
Функциональная схема станка приведена на рис. 9-34. Важ-
нейшей частью является мост постоянного тока. В два плеча этого
моста включены постоянные высокоточные резисторы Rr = R2 =
25 000 ом. В третье плечо входят магазин сопротивлений 7?м и пе-
ременный регулировочный резистор 7?рег (для начальной балан-
сировки моста). В четвертое плечо моста включены последова-
тельно соединенные сопротивления наматываемого потенцио-
239

КР«.
Rz
КР5
per
Рз
{Дг
KB3l
КРг
*Дг
ВК3
Допол-
усили-
тель
ный фор-
мирую-
щий
каскад
Счетчик импульсов
(TPi ~ ТРп)
Н 150В Авария > ВК?
Стр
СО
6,3 в
КП2\^
Пус
J
' Сброс
Не стаби-
—0 лизир.
Блок выработки
импульса пере-
менной длитель-
ности
Рис. 9-34. Функциональная схема станка.
1 — лентопротяжный механизм; 2 — шкала шага обмотки; з — фрикционный механизм; 4 — дифференциал; 5	счет-
чик оборотов; 6 — намоточная оправка; 7 — катушка с проводом каркаса; 8 — намоточная головка.
КРг ^2200
Сгпабилизир.

Головка считываю-
щего устройства
фДп !
метра гп и образца RK. На мост подается напряжение постоянного
тока 150 в, которое регулируют потенциометром 7?уст. Перед на-
чалом работы сопротивление магазина подбирают так, чтобы
оно было равно или несколько больше общего сопротивления из-
готовляемого потенциометра. Такую же величину имеет и эта-
лонное сопротивление. При помощи переменного резистора 7?рег
мост уравновешивают. В процессе наматывания, как уже говори-
лось выше, сопротивление потенциометра гп возрастает, а ве-
личина эталонного сопротивления уменьшается; при этом следя-
щая система станка отрабатывает снимаемый с моста сигнал рас-
согласования, регулируя скорость нарастания величины сопро-
тивления наматываемого потенциометра.
В качестве датчика импульсов для электронной системы станка
служит релаксационный генератор РГ] импульсы (положитель-
ной полярности) подаются на усилитель-инвертор УИ и на фо-
тодиоды ФДх и ФД2 считывающего устройства.
Станок включают трехпозиционным переключателем 1Ц. При
этом отрицательные импульсы с усилителя-инвертора подаются
на первый анод триггера Тр18 (запуск по аноду) и переводят его в
положение «Пуск». Между анодами триггера включено поляри-
зованное реле Р1? контакты которого КР1 в положении триггера
«Пуск» замыкаются, подавая напряжение на рабочее реле пуска Р2.
При срабатывании реле Р2 замыкается группа нормально ра-
зомкнутых контактов Кр2, через которые подается напряже-
ние питания на основной двигатель обмотку возбуждения
исполнительного электродвигателя Д2 и электромагнит тормо-
за Т.
После запуска станка переключатель П1 устанавливают в по-
ложение «Работа», что обеспечивает возможность обратной пе-
реброски триггера пуска в случае срабатывания реле Р3 «Авария»
или замыкания концевого выключателя KBlt
Импульсы с генератора РГ, поступающие на фотодиоды, мо-
гут пройти на их выход только в том случае, когда они освещены.
Перфолента непрозрачна, и поэтому свет лампы Л± попадает на
фотодиод только в момент прохождения под ним отверстия про-
граммы. Когда под фотодиодом ФД± проходит первое отверстие,
он пропускает положительные импульсы генератора на вход
усилителя на выходе усилителя появляются импульсы отри-
цательной полярности. Перемещаясь дальше, отверстие программы
освещает фотодиод ФД2, пропускающий положительные импульсы
генератора на вход усилителя У2.
Очевидно, что импульсы от фотодиода ФД± поступают раньше,
чем от ФД2, на то время, которое необходимо, чтобы отверстие
переместилось от первого фотодиода ко второму.
Импульсы отрицательной полярности от усилителей и У2
поступают на входные цепи триггера-формирователя ТФ.
Импульсы от усилителя Уг перебрасывают триггер, а от уси-
лителя У2 возвращают его в прежнее состояние.
241
Фотодиоды пропускают серию («пачку») импульсов генератора,
так как скорость перемещения отверстия значительно меньше
частоты повторения импульсов. Поэтому от усилителей подаются
на триггер-формирователь пачки отрицательных импульсов. В ре-
зультате последовательного перебрасывания триггера-формиро-
вателя в его выходных цепях формируются положительные и от-
рицательные импульсы прямоугольной формы. Эти импульсы
через развязывающие катодные повторители КП1 и КП2 посту-
пают в блок выработки импульса переменной длительности (его
назначение будет указано ниже). Кроме того, импульсы положи-
тельной полярности подаются на дополнительный формирующий
каскад, который вырабатывает запускающий импульс для счет-
ной схемы. Подсчет отверстий сводится к подсчету импульсов на
выходах триггера-формирователя.
Импульсы, снимаемые непосредственно с катодных повтори-
телей, имеют недостаточно крутой передний фронт. Для улучше-
ния переднего фронта введен дополнительный формирующий
каскад. С этого каскада импульсы отрицательной полярности,
имеющие необходимую крутизну переднего фронта, подаются
через переключатель П2 на триггерный счетчик, представляющий
собой систему последовательно соединенных триггеров. Каждый
триггер имеет реле, вынесенное в общий блок. При перебрасы-
вании триггеров контакты этих реле замыкаются и соответствую-
щим образом коммутируют контрольные сопротивления.
Переключатель П2 позволяет начинать отсчет с любого из
триггеров счетчика, а так как каждому триггеру соответствует
свое контрольное сопротивление, то можно устанавливать любую
величину дискретности изменений общей величины этого сопро-
тивления. Действительно, если начать отсчет с первого триггера,
которому соответствует контрольное сопротивление Д, ом, то ве-
личина каждого последующего общего контрольного сопротив-
ления будет отличаться от предыдущего на Д, ом. Если отсчет
начинается со второго триггера, то величина дискретности со-
ставит 2Д, ом, и т. д.
Для установки триггеров счетчика и пуска в начальное состояние
нажимают на кнопку «Сброс»; при этом на однозначные сетки триг-
геров поступают отрицательные импульсы усилителя-инвертора.
Следящая система работает так. Сигнал рассогласования
соответствующего знака подается через нормально замкнутые
контакты КР± и КРЪ реле Р4 и Ръ на сервоусилитель, который
вырабатывает управляющее напряжение с полярностью, соот-
ветствующей знаку рассогласования. Это напряжение через схему
снятия со стопора СС подается на исполнительный двигатель, ко-
торый начинает вращаться со скоростью, пропорциональной ве-
личине сигнала рассогласования, и в направлении, соответствую-
щем его знаку.
Крайние положения каретки ограничиваются концевыми вы-
ключателями КВ% и КВ±, которые при подходе каретки к ним раз-
242
рывают связь сервоусилителя с исполнительным двигателем
двигатель прекращает корректировать величину шага намотки,
что приводит к остановке каретки фрикционного механизма (вы-
ход каретки на стопор).
Восстановление связи сервоусилителя с исполнительным двига-
телем, т. е. подключение двигателя, осуществляется схемой снятия
со стопора как только изменится полярность сигнала сервоусили-
теля, т. е. в момент, когда величина шага намотки начинает изме-
няться в обратную сторону. Задавая положение концевых выклю-
чателей КВ% и КВ± относительно каретки фрикционного механиз-
ма, заранее устанавливают границы изменения шага намотки.
Если сигнал рассогласования в диагонали моста превышает
допустимую величину, срабатывает реле Р3 «Авария» (замыка-
ются нормально разомкнутые контакты КР%) В результате этого
отрицательные импульсы с усилителя-инвертора поступают на
второй вход триггера пуска и опрокидывают его. Триггер пере-
ходит в состояние «Остановка». Срабатывает промежуточное
реле пуска Рг, причем размыкаются контакты КР^ которые под-
водят напряжение к рабочему реле пуска Р2- Это в свою очередь
приводит к размыканию контактов КР2ч срабатыванию тормоза и
обесточиванию основного и исполнительного электродвигателей.
Так же останавливается станок и при замыкании концевого
выключателя КВ1 счетчика оборотов. Отрицательные импульсы
от усилителя-инвертора через выключатель КВГ опрокидывают
триггер пуска.
Станок останавливается; кроме того, при размыкании кон-
цевого выключателя КВ2, когда суппорт переходит в крайнее
правое (на схеме — в крайнее левое) положение, разрывается
цепь питания основного двигателя.
Схема формирования импульса переменной длительности вы-
полняет две функции. Она позволяет отключать сервоусилитель
от моста в момент переключения контрольных сопротивлений,
так как в этот момент величина их не определена и возможны
рывки исполнительного двигателя. Второе назначение схемы—
формирование импульса длительностью, пропорциональной рас-
стоянию между отверстиями программы на ленте (т. е. импульса
переменной длительности). В обоих случаях схема обеспечивает
срабатывание реле Р4 и Р5 и размыкание их нормально замкну-
тых контактов КР± и КР^, благодаря чему прекращается связь
сервоусилителя с мостом на время действия сформированного им-
пульса.
9-7
МЕХАНИЗАЦИЯ И АВТОМАТИЗАЦИЯ
НАМОТОЧНЫХ РАБОТ
Разработан классификатор намоточного оборудования, пре-
дусматривающий замену 100—120 типоразмеров различных на-
моточных станков десятью—двенадцатью базовыми конструкци-
243
ями намоточных станков, скомпонованными из унифицированных
узлов. Эти базовые компоновки обеспечивают выполнение всех
основных видов намоточных работ. Переналадка станка на иной
вид работ осуществляется сменой ряда узлов и изменением ре-
жимов работы.
Такая унификация оборудования позволяет сэкономить про-
изводственные площади, упростить обслуживание станков бла-
годаря единообразию их конструкции, уменьшить стоимость еди-
ницы оборудования в результате централизованного изготовления
унифицированных узлов.
Применение тех или иных узлов для механизации процессов
намотки зависит во многом от рода работы и от особенностей про-
изводства. Например, при значительной величине машинного
привода
Рис. 9-35. Схема электрических соеди-
нений в узле бесступенчатого привода
намоточного станка.
времени (большое число вит-
ков обмотки без отводов) при-
менение механизмов для ав-
томатизации цикла намотки
может обеспечить обслужива-
ние одним рабочим несколь-
ких станков.
Другие узлы позволяют
соблюдать постоянное натя-
жение провода и заданные
режимы при наматывании,
механизировать вспомога-
тельные операции и т. д. Не-
сколько таких узлов, разра-
ботанных под руководством
И. А. Буянова, рассмотрено
ниже.
Устройство для
пуска станка с плав-
ным набором оборотов электродвигателя
(бесступенчатый привод). Для привода намоточных
станков применяют универсальные коллекторные двигатели (схема
включения показана на рис. 9-35). Регулирование оборотов дви-
гателя привода осуществляется при помощи автотрансформато-
ров типа ЛАТР-2. При нажиме на кнопку «Пуск» включается кон-
тактор автотрансформатор подключается к сети (контакты 1К2),
но так как его ползунок находится в исходном (нулевом) поло-
жении, электродвигатель привода не работает. При повороте
лимба-рукоятки, связанной с ползунком автотрансформатора, дви-
гатель начинает вращаться, плавно увеличивая число оборотов.
Одновременно с поворотом лимба-рукоятки поворачивается
кулачок, воздействующий на переключатель 1МП. Образуется
цепь: сеть—электромагнит 3 тормоза—разомкнутые контакты 1КЗ
на якоре контактора 1К—переключатель 1МП — сеть. Эта цепь
разомкнута лишь контактами 1КЗ контактора 1К, пока он включен.
244
При нажиме на кнопку «Стоп» контактор 1К выключится и
питание электродвигателя привода прекратится; одновременно
якорь контактора 1К замкнет контакты 1КЗ, включив электро-
магнит ЭМ тормоза.
Электромагнит тормоза будет, включен до тех пор, пока ку-
лачок на оси лимба не переключит в исходное положение пере-
ключатель 1МП, а это произойдет лишь при повороте лимба-
рукоятки в нулевое (исходное) положение. Нажим в это время на
кнопку «Пуск» также не приведет к включению контактора 1К,
так как пусковая цепь разорвана переключателем 1МП.
Таким образом, описанная схема обеспечивает:
а)	пуск станка только тогда, когда автотрансформатор вы-
веден в исходное (нулевое) положение;
б)	быстрое торможение (гашение инерции) отключенного от
сети электродвигателя привода при аварийной остановке;
в)	плавное уменьшение оборотов и полную остановку электро-
двигателя привода без торможения путем вывода в нулевое по-
ложение автотрансформатора.
Двухкомандный счетчик витков подает сиг-
нал о необходимости снизить скорость вращения шпинделя перед
концом наматывания и команду на остановку станка после намотки
заданного количества витков. Момент подачи каждой команды
выдерживается с точностью до 0,1 витка.
Счетчик снабжен обычными счетными барабанами. В качестве
элементов, осуществляющих подачу команд, служат стандарт-
ные микропереключатели типа МП-1. Микропереключатель пер-
вой команды может включать, например, сигнальную лампочку.
Микропереключатель второй команды находится в цепи кноп-
ки «Стоп», и остановка двигателя привода от подачи счетчи-
ком второй команды происходит с торможением электродвига-
теля.
Устройство для автоматизации цикла
намотки исключает вмешательство оператора в процесс на-
мотки. Набор оборотов, намотка, уменьшение числа оборотов и
остановка станка происходят автоматически. Роль оператора за-
ключается в установке на станок очередного каркаса, заправке
провода и пуске станка в ход.
Для подключения устройства (рис. 9-36) к механизму станка
нажимают на кнопку «Вкл.» в центре лимба-рукоятки. При этом
зубчатое колесо К входит в зацепление с зубчатым колесом чер-
вячного редуктора М.
График цикла работы намоточного станка, снабженного по-
добным узлом и двухкомандным счетчиком, показан на рис. 9-37.
Цикл состоит из следующих основных этапов:
1)	трогание с места и набор числа оборотов до заданной ве-
личины — около 3% времени цикла (участок О А)*,
2)	наматывание на заданных оборотах основного количества
витков — около 90% цикла (участок АБ);
245
3)	снижение числа оборотов перед окончанием наматывания
во избежание перебега шпинделя по инерции при выключении
электродвигателя привода — около 2% цикла (участок Б В);
Рис. 9-36. Схема устройства для автоматизации цикла
наматывания.
Требуемое число витков намотки
Набор
оборотов
Сброс
Намотка_______ ^оборотов
Рис. 9-37. График цикла работы намоточного станка,
снабженного устройством для автоматизации цикла
наматывания.
4)	наматывание на малых оборотах оставшихся витков — около
3% цикла (участок ВГ}\
5)	остановка станка с торможением после отсчета счетчиком
заданного числа витков (точка Г) и возврат в исходное положение
механизма узла для автоматизации цикла (участок ГЕО}.
В случае аварийной остановки (обрыва провода или нажатия
кнопки «Стоп») в любой момент после пуска станка (точки
246
Д2, Д3 и Д4) станок немедленно останавливается с торможением
отключенного от сети электродвигателя привода, а механизм узла
автоматически возвращается в исходное положение (в точку О).
Только после этого возможен очередной пуск станка с обеспе-
чением плавного набора оборотов в заданном режиме (из точки О).
Режим набора оборотов (угол а наклона прямой О А) регули-
руют, изменяя величину рабочего напряжения питания вспомога-
тельного дигателя узла (режимы набора оборотов и сброса оборотов
одинаковы).
По окончании цикла (точка Г) или при аварийной остановке
(точки Д2, Д3, Д4) возврат механизмов узла в исходное поло-
жение происходит на максимальных оборотах вспомогательного
двигателя узла. Питание к вспомогательному двигателю в данном
случае подается, минуя регулятор режима набора оборотов.
Число оборотов двигателя Двг привода регулируют с помощью
автотрансформатора ЛАТР-2 (см. рис. 9-36). Режим набора обо-
ротов двигателя Двг зависит от скорости вращения вала вспомога-
тельного двигателя Дв2; для изменения последней служит авто-
трансформатор АТ. Включение, выключение и изменение направ-
ления вращения вспомогательного двигателя Дв2 осуществляется
несколькими реле.
При компоновке станка с описываемым устройством обяза-
тельно наличие двухкомандного счетчика; первая команда счет-
чика используется для начала сброса оборотов, а вторая команда —
для остановки станка до окончания намотки.
х Дальнейшее развитие механизации и автоматизации намоточ-
ных работ связано с разработкой более совершенных следящих
систем, в частности с программным устройством, подключающим
в измерительную схему набор резисторов, подобно описанному
в § 9-G, либо с устройством для сравнения сопротивления наматы-
ваемого провода с сопротивлением образца. При этом неточности,
например, линейной характеристики сопротивления потенцио-
метра, вызванные погрешностями кинематики станка и колеба-
ниями омического сопротивления провода по его длине (вслед-
ствие изменений его сечения и химического состава), будут устра-
нять наиболее полно за счет изменения шага намотки.
При намотке потенциометров изолированным проводом по-
добный станок должен быть оснащен устройством для снятия слоя
изоляции с провода в том месте, где в дальнейшем будет распо-
ложена контактная дорожка, для измерения сопротивления каж-
дого витка.
9-8
КОНТРОЛЬ
Все этапы технологического процесса изготовления обмоток
тщательно контролируют, начиная от параметров обмоточного
провода и кончая выходными параметрами обмоток.
247
Обмоточный провод, как правило, проверяют на целостность
эмалевой изоляции, которая должна выдерживать определенное
электрическое напряжение.
Контроль качества обмоток состоит обычно из проверки на об-
рыв, на отсутствие короткозамкнутых витков и проверки коли-
чества намотанных витков. Кроме того, часто проверяют индук-
тивность и другие электрические параметры катушек.
При наматывании катушек бывают случаи обрыва провода
обмотки. Обрывы проводов диаметром более 0,1 мм легко обнару-
живаются и устраняются в процессе наматывания, обрывы же
проводов меньшего диаметра, как правило, выявляются только
при проверке готовых катушек.
Чтобы уменьшить потери от брака, применяют приспособле-
ние, позволяющее выявлять обрыв проводов диаметром менее
0,1 мм непосредственно в процессе наматывания. Приспособле-
Рис. 9-38. Схема приспособления для
выявления обрыва внутренних витков
провода.
ние (рис. 9-38) состоит из
трансформатора, понижающе-
го напряжение до 4 в, куп-
роксного выпрямителя, галь-
ванометра и дополнительного
резистора.
Нижний конец провода
питающей катушки (шпули) 5
зачищают и зажимают на
контактном диске 6, к по-
верхности которого прижи-
мается контакт 7, подводя-
щий ток от выпрямителя В
через резистор 7?ДОп-
На шпиндель 3 намоточно-
го станка надевают каркас 1,
прижимая его фланец к укрепленному на шпинделе контактному
диску 2. Верхний конец провода со шпули припаивают к кон-
такту 4, электрически соединенному с контактным диском. По по-
верхности этого диска скользит щетка, укрепленная на корпусе
намоточного станка и соединенная через гальванометр Г с выходом
выпрямителя. При отсутствии обрыва цепь замкнута и стрелка
гальванометра отклоняется.
В момент обрыва провода цепь размыкается, на что указывает
стрелка гальванометра.
Приспособление позволяет полностью устранить брак кату-
шек из-за обрыва провода при наматывании.
В трансфцрматорах, дросселях, реле и других намоточных
изделиях нередко происходит короткое замыкание между вит-
ками, что резко снижает качество изделий, а иногда вообще исклю-
чает возможность их использования. Замыкание между витками
бывает вызвано плохим качеством эмалевой изоляции на про-
воде, порчей эмали при транспортировке провода, наматывании,
248
искусственном уплотнении обмоток, небрежной спайке провода
при обрыве и пр.
В подавляющем большинстве катушек короткое замыкание
происходит во время наматывания и лишь в редких случаях при
последующих операциях обработки катушек. Этот вид брака —
один из самых распространенных в массовом производстве — вы-
зывает большие потери дорогостоящего провода. На заводах
по этой причине бракуется в среднем 5% расходуемого провода.
Замыкание витков, как правило, обнаруживается только в го-
товых катушках, т. е. выявляется уже неисправимый брак. Изо-
бретатель А. В. Сойтонен предложил прибор, который позволяет
автоматически контролировать катушки любого вида на корот-
кое замыкание в течение процесса наматывания. Работа прибора
основана на том, что индуктивность катушки контура лампового
генератора при появлении в непосредственной близости к ней
короткозамкнутых витков изменяется. Катушка располагается
в приставке в 5—10 мм от наматываемого изделия. В момент
замыкания двух витков прибор автоматически останавливает
намоточный станок и включает сигнальное устройство. Прибор
может быть использован при наматывании трансформаторов, дрос-
селей, реле, катушек индуктивности, отклоняющих катушек и
других намоточных изделий.
Глава
X
ИЗГОТОВЛЕНИЕ РЕЗИСТОРОВ
10-1
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РЕЗИСТОРАХ,
ПРИМЕНЯЕМЫХ В РАДИОАППАРАТУРЕ
Резисторы принадлежат к числу наиболее массовых элементов
радиоаппаратуры. Масштабы производства и номенклатура их
расширяются с каждым годом. Резисторы составляют от 16 до
50% общего числа элементов схемы радиоприборов. Их изготов-
ление осуществляется в основном на специализированных пред-
приятиях.
Радиопромышленность выпускает резисторы сопротивлением
от нескольких ом до 10 Мом с допускаемыми отклонениями дей-
ствительного значения сопротивления от номинала в пределах
±1, 2, 3, 5, 10 и 20%. Резисторы с допускаемыми отклонениями
менее 1% применяются в радиоаппаратуре сравнительно редко.
Одним из самых массовых видов радиодеталей являются не-
проволочные резисторы; их количество в современной радиоаппа-
ратуре достигает более одной трети (40%) от общего числа рези-
249
сторов. Следовательно, надежность работы радиотехнических уст-
ройств в значительной степени зависит от качества этих элементов.
Основной тенденцией в разработках непроволочных резисто-
ров за последние годы является повышение допустимой эксплу-
атационной температуры окружающей среды и удельной мощ-
ности рассеяния, позволяющих уменьшить размеры изделий, а
также увеличение точности изготовления резисторов заданного
номинального значения.
Большое внимание уделяется также работам по снижению
собственных шумов непроволочных резисторов.
В последнее время созданы малогабаритные резисторы, полу-
чившие название «миниатюрных», «субминиатюрных» и «микро-
миниатюрных», предназначенные главным образом для работы
в схемах с полупроводниковыми приборами (см. гл. XVI).
По назначению все резисторы — проволочные и непроволоч-
ные — могут быть разделены на резисторы общего и специаль-
ного назначения.
Резисторы общего назначения применяются в качестве анод-
ных нагрузок ламп, поглотителей и делителей в цепях питания
элементов фильтров, генераторов шумов, регуляторов громкости
и тембра, в цепях формирования импульсов, в измерительных
приборах невысокой точности и т. п. Диапазон величин сопро-
тивлений таких резисторов от 10 ом до 10 Мом. Номинальные мощ-
ности рассеяния от 0,125 до 100 вт.
Резисторы специального назначения, обладающие опреде-
ленными специфическими свойствами и параметрами, в свою оче-
редь разделяются на выскоомные резисторы с сопротивлением
до 1013 ом и рабочим напряжением 100—300 в] высоковольтные с
сопротивлением до 1011 ом и рабочим напряжением от 10 до 60 кв]
высокочастотные, работающие на частотах свыше 10 Мгц (при
искусственном охлаждении перечисленные резисторы имеют номи-
нальные мощности рассеяния 5; 20 и 50 кет)] прецизионные и по-
лупрецизионные резисторы с величиной номинальных сопротив-
лений от 0,1 до 1 Мом и номинальной мощностью рассеяния не
более 10 вт] миниатюрные резисторы с номинальным сопротив-
лением до 5 Мом и мощностью рассеяния 0,01—0,125 вт.
Резисторы специального назначения применяются в устрой-
ствах для измерения очень малых токов, в дозиметрах различ-
ного рода излучений, в делителях напряжения и поглотителях
в высоковольтных установках, в цепях искрогашения, разряда
конденсаторов фильтров, в качестве согласующих нагрузок,
аттенюаторов, эквивалентов антенн, в точных измерительных
приборах, вычислительных машинах, релейных системах, мага-
зинах сопротивлений и в малогабаритной радиоаппаратуре.
В зависимости от материала проводящего элемента непрово-
лочные резисторы разделяют на следующие группы: углеродистые,
металлопленочные и металлоокисные, композиционные, прово-
лочные и полупроводниковые.
250
10-2
ИЗГОТОВЛЕНИЕ УГЛЕРОДИСТЫХ РЕЗИСТОРОВ
Углеродистыми называют резисторы поверхностного типа, проводящий
Слой которых образован пленкой графитоподобного пиролитического угле-
рода, осажденного на поверхность изоляционного основания, преимуществен-
но фарфора.
Отечественная технология производства углеродистых резисторов была
разработана в 1946—1947 гг., а в настоящее время они являются одним из
наиболее распространенных типов резисторов.
Углеродистые резисторы обладают высокой стабильностью параметров,
стойкостью к импульсным перегрузкам, низким уровнем шумов, небольшим
и однозначным температурным коэффициентом, малой зависимостью сопро-
тивления от напряжения и частоты. Эти качества обусловлены свойствами пи-
ролитического углерода — его термо- и химической стойкостью, сравнитель-
но большим удельным сопротивлением, способностью образовывать проводя-
щие слои с различной величиной и низким температурным коэффициентом
сопротивления. Себестоимость углеродистых резисторов относительно низка.
Поверхностную проводящую пленку пиролитического углерода резисто-
ров получают, разлагая углеводороды в вакууме или в среде инертного газа
при высокой температуре. Углерод осаждается на поверхности керамического
основания. Для того чтобы обеспечить высокую стабильность сопротивления
резисторов, коэффициенты термического расширения керамики и проводящей
пленки должны быть одинаковы. Поэтому необходимо следить, чтобы поверх-
ность керамических оснований была химически однородна, без трещин, ско-
лов и других дефектов. Однородность микрорельефа керамики достигают,
протравливая ее в растворе плавиковой кислоты или обрабатывая в тонко-
дисперсных абразивных смесях.
Пиролиз углерода проводят в специальных печах (рис. 10-1). Такая печь
представляет собой глазурованную керамическую трубу длиной 1,7—2 м
и диаметром 70—100 мм. Концы трубы плотно закрываются съемными ва-
куумноплотными крышками со штуцерами для присоединения системы, обес-
печивающей подачу паров углеводорода при одновременной откачке воздуха
из объема печи. В качестве нагревательного элемента применена спираль
из нихромовой проволоки, расположенная поверх трубы в ее средней части.
Провод намотан с переменным шагом витков для равномерного распределе-
ния температуры нагрева вдоль камеры печи. Температура в камере измеря-
ется оптическим пирометром и термопарой, которая используется для авто-
матического регулирования температурного режима.
Керамические основания загружают в печь и нагревают до 940—1 000° С;
при этом в печи создают вакуум 0,15—0,17 мм рт. ст. Для получения задан-
ных параметров резисторов количество загружаемых оснований строго ре-
гламентируется. Например, для изготовления резисторов мощностью 0,25 вт
в печь загружают 5 000 оснований, а для резисторов мощностью 2 вт — 450 шт.
Когда температура в камере печи достигает заданного значения, в нее
впускают пары углеводорода, обычно гептана, с одновременной откачкой
продуктов разложения. Для того чтобы обеспечить равномерную пленку
углерода на всех керамических основаниях, в процессе пиролиза изменяют
направление подачи гептана, а также перемешивают основания, вращая печь
вокруг продольной оси.
Продолжительность процесса можно варьировать в широких пределах.
Изменяя режимы обработки поверхности керамических оснований, получают
слой пиролитического углерода, обладающий сопротивлением от десятых
долей ома до 30 ком на единицу поверхности.
При изготовлении углеродистых резисторов применяют также поточный
метод науглероживания; в этом случае керамические основания непрерывно
пропускают через камеру пиролиза, заполненную азотом. В качестве исход-
ного продукта используют метан (СН4).
Для получения заданной величины сопротивления толщину пленки уг-
лерода регулируют, изменяя концентрацию углеводорода в рабочей смеси,
251
скорость ее подачи и скорость прохождения заготовок через камеру пиролиза.
Режим осаждения углерода поддерживают, применяя устройства автомати-
ческого регулирования. Для получения слоя углерода одинаковой толщины
рабочую камеру печи периодически поворачивают вокруг ее оси.
Заготовки резистивных элементов покрывают лаком для предохранения
тонкого проводящего слоя от механических повреждений и от воздействия
окружающей среды. Лак обычно наносят на конвейере. При дальнейшем дви-
жении по конвейеру заготовки сушатся инфракрасными лучами. После кон-
троля заготовок и армирования выводов заготовки сортируют по величине
сопротивления на автоматических устройствах.
Заготовки с очень большим сопротивлением резистивного элемента не
могут быть непосредственно использованы для изготовления высокоомных ре-
Рис. 10-1. Схема печи для пиролиза.
1 — вакуумный шланг; 2 — смотровое окно; 3 — трубки водяного охлаждения; 4 —
труба из керамики; 5 — кожух с теплоизоляцией; 6 — нагреватель; 7 — термопара;
8 — автоматический регулятор температуры; 9 — керамические вкладыши; 10 — меха-
низм поворота печи вокруг продольной оси; 11 — датчик измерения вакуума; 12 — ка-
пилляр, регулирующий интенсивность подачи гептана; 13 — сосуд с гептаном; 14 —
форвакуумный насос.
зисторов, так как они имеют высокий термический коэффициент сопротивле-
ния и плохую стабильность параметров. Чтобы увеличить сопротивление ре-
зисторов до высоких номинальных значений, проводящий слой прорезают
по спирали, шаг которой рассчитывают по специальной формуле. На прак-
тике для выбора шага спирали пользуются таблицами, заранее рассчитан-
ными для каждого вида резистора. Спирали прорезают на специальных стан-
ках или автоматах.
Для массового выпуска углеродистых резисторов разработаны и пущены
автоматизированные линии. Такая линия состоит из отдельных автоматов,
соединенных транспортерами, с проектной производительностью 4 800 изде-
лий в час. Производительность линии можно значительно повысить, если
изготовлять на ней резисторы с определенной номинальной величиной со-
противления.
В радиопромышленности наиболее широко используются углеродистые
резисторы общего назначения типа ВС и их разновидности (ОВС, ВСЕ). В за-
висимости от допустимой мощности рассеяния выпускают резисторы типов
ВС-0,25; ВС-0,5; ВС-1; ВС-10. Они могут иметь номинальные значения сопро-
252
тивления от 27 ом до 10 Мом. Резисторы типов OBG и ВСЕ по Своим электри-
ческим параметрам и габаритам аналогичны резисторам типа ВС и отличаются
от них лишь конструктивным оформлением.
Углеродистые резисторы специального назначения разделяются на полу-
прецизионные, прецизионные, малогабаритные, высокочастотные. К полу-
прецизионным относятся резисторы типа УЛИ (углеродистые лакированные
измерительные), предназначенные для использования в измерительной ап-
паратуре, так же как и прецизионные резисторы типа БЛП с бороуглероди-
стым проводящим слоем, защищенным эмалью.
Для аппаратуры с высокой плотностью монтажа выпускаются резисторы
типа УЛМ (углеродистые лакированные малогабаритные).
Высокочастотные углеродистые резисторы применяются в цепях высоких
и сверхвысоких частот в качестве элементов конструкций аттенюаторов,
волноводов. В связи с этим конструктивное оформление резисторов может
быть различным: в виде трубок, стержней, дисков, пластинок и т. п.
Резисторы типа УНУ (углеродистые незащищенные ультравысокоча-
стотные) предназначены для работы в высокочастотных цепях в качестве ак-
тивных нагрузок коаксиальных линий.
Для радиопередающих устройств, работающих на частотах ультракорот-
коволнового диапазона, выпускаются резисторы типа УВ (углеродистые во-
доохлаждаемые). Они используются как поглотители высокочастотной энер-
гии или широкополосные эквиваленты антенн.
В качестве безреактивных балластных нагрузок в цепях ультравысокой
частоты используют также воздухоохлаждаемые резисторы типа СОВ-3
(углеродистые охлаждаемые воздухом).
10-3
ИЗГОТОВЛЕНИЕ МЕТАЛЛОПЛЕНОЧНЫХ
И МЕТАЛЛООКИСНЫХ РЕЗИСТОРОВ
Проводящие элементы металлопленочных резисторов представляют со-
бой пленки специальных сплавов или металлов, нанесенные на изоляцион-
ное основание: керамику, стекло, слоистые пластики, ситаллы. Резисторы
этого типа обладают повышенной термостойкостью, малыми коэффициентами
напряжения и шумов, хорошими частотными характертистиками. Исполь-
зуя различные сплавы и изменяя толщину пленки, получают резисторы с ши-
роким диапазоном номинальных значений сопротивления. Металлические
пленки имеют высокую адгезию к материалу оснований, что позволяет ис-
пользовать их в качестве проводящих элементов переменных резисторов.
Один из недостатков металлопленочных резисторов — плохая устой-
чивость к импульсным нагрузкам.
Металлоокисные резисторы по своим свойствам близки к металлопленоч-
ным. Наибольшее применение получили резисторы на основе двуокиси олова.
Известны различные способы получения тонких металлических пленок:
термическое испарение в вакууме, катодное распыление, электрохимическое
и химическое осаждение, термохимическое разложение, вжигание и др.
Для изготовления металлопленочных резисторов наиболее широко применя-
ется способ термического испарения. Другие способы используют сравни-
тельно редко.
Технологический процесс производства металлопленочных резисторов
состоит из трех основных этапов:
1)	изготовление керамического основания и подготовка его поверхности;
2)	нанесение проводящей пленки;
3)	армирование резистора и измерение электрических параметров.
Керамические основания металлопленочных резисторов чаще всего пред-
ставляют собой цилиндрические трубки; такая форма связана с технологи-
ческими особенностями нанесения металлической пленки. Иногда, применяют
плоские основания. Качество резистора во многом определяется состоянием
поверхности основания.
253

Рис. 10-2. Схема уста-
новки для термического
испарения металлов и
сплавов в вакууме.
1	— форвакуумный насос;
2	— диффузионный насос;
3	— основание установки;
4 — маховик крана вакуу-
ма; 5 — держатели; в — ке-
рамические основания; 7 —
испаритель; 8 — отражатель;
9 — стеклянный колпак.
Перед осаждением резистивной пленки основание должно быть тщательно
очищено. Сначала его промывают в моющем растворе, а затем обезжиривают
в парах изопропилового спирта. Окончательную очистку основания произ-
водят посредством ионной бомбардировки в тлеющем разряде в вакуумной
камере непосредственно перед осаждением пленки.
Для термического испарения металлов и сплавов в вакууме используют
специальные установки (рис. 10-2). Испарение проводится в вакуумной ка-
мере при остаточном давлении 10-4—10-6 мм рт. ст. Испаряемый металл или
сплав обычно наносят на спираль или помещают в лодочку из тугоплавкого
металла (вольфрама, молибдена, тантала), на-
греваемые электрическим током. Пленки полу-
чают также путем испарения исходного мате-
риала электронным лучом. Испарение при помо-
щи электронного луча достигается фокусирова-
нием его на испаряемой поверхности, минимально
загрязняя пленку. С помощью электронной бом-
бардировки можно испарять самые тугоплавкие
металлы и сплавы.
Во время вакуумного осаждения основания
удерживаются пружинящими стальными пластин-
ками, на концах которых имеются захваты.
Форма этих захватов такова, что пластина кон-
тактного вывода на каждой стороне не закрыта
от испарителя и таким образом обеспечивается
электрическая неразрывность цепи после осаж-
дения резистивной пленки. Стальная пластина,
на которой закреплены захваты, расположена
над испарителем в опорном кольце, которое в
процессе осаждения вращается для получения
одинаковой толщины и свойств всех пленок. В
этом случае испаритель смещают от центра к
периферии камеры — краю вращающегося дер-
жателя. Оптимальные условия получения одина-
ковых пленок на всех основаниях определяются
расстоянием от испарителя до покрываемого осно-
вания и радиальным смещением испарителя.
Для нанесения резистивной пленки на ци-
линдрические основания используют многомест-
ные приспособления (до 40 гнезд), вращающиеся
в горизонтальной плоскости вокруг испарителя.
Одновременно каждое основание вращается и
вокруг собственной оси. Для этого основания
устанавливают в съемные шпули, которые при-
водят во вращение посредством фрикционного
механизма от электродвигателя или через общий
вал, проходящий через основную плиту вакуум-
ной камеры с соответствующим вакуумно-плотным подшипником. Если ис-
паритель располагается в центре камеры, то основания устанавливают не
вертикально, а наклонно, под некоторым углом к вертикальной оси каме-
ры. Это способствует получению более равномерного покрытия. Резисторы,
изготовленные с помощью такого приспособления, имеют очень небольшой
разброс величин сопротивления.
Иногда осуществляют контроль сопротивления пленки в процессе ее
нанесения. Для этой цели используют обычный омметр. Если требуется вы-
сокая точность измерения, можно использовать мостовую схему.
При нанесении пленок на плоские основания контрольный резистор уста-
навливают рядом с обрабатываемыми основаниями в зажимном приспособле-
нии. Включение выводных контактов контрольного основания в измеритель-
ную схему осуществляют посредством винтовых зажимов.
При обработке цилиндрических оснований контрольный резистор также
264
устанавливают на вращающееся приспособление, а к его выводным контактам
прижимают щетки, закрепляющиеся на токосъемных кольцах, через которые
контрольный резистор включается в измерительную схему (рис. 10-3). При
использовании неподвижного контрольного резистора для измерения дей-
ствительной величины сопротивления пленки на обрабатываемых цилиндри-
ческих основаниях соотношение величин сопротивления определяют опытным
путем.
Перед нанесением резистивной пленки рекомендуется производить пред-
варительный нагрев оснований до температуры 300° С. Таким способом умень-
шают внутренние напряжения в наносимой пленке и предохраняют ее от
отслаивания и появления морщин. При этом на поверхности нанесенной плен-
ки после осаждения образуется защитная оксидная пленка, препятствующая
атмосферным воздействиям и загрязнению резистивного слоя. Предваритель-
ный нагрев осуществляют в вакуумной камере терморадиационным нагрева-
телем, расположенным над за-
жимным приспособлением.
После нанесения резистивной
пленки необходима дополнитель-
ная термическая обработка на
воздухе для завершения процесса
окисления и получения стабиль-
ного защитного слоя окисла.
Стабилизация производится в те-
чение 30 мин при температуре
300° С. Во время стабилизации
проявляются дефекты нанесенной
пленки, которые легко обнару-
жить по увеличению ее сопротив-
ления. Для стабилизации резисто-
ров используют специальную печь
с шестиместным зажимным уст-
ройством, позволяющим контро-
лировать величину сопротивления
каждого резистора в процессе
стабилизации. Одним концом все
резисторы устанавливают в общий
зажим, а для второго конца каж-
дого резистора предусмотрены
отдельные зажимы, изолированные
Рис. 10-3. Схема измерения величины
сопротивления пленки в процессе осаж-
дения на цилиндрические основания.
1 — изолятор; 2 — токосъемное кольцо; з —
скользящие контакты; 4 — контрольное осно-
вание с кольцевыми контактами; 5 — осно-
вание; 6 — к измерительному мосту.
друг от друга. Они соединены с шестика-
нальным селекторным переключателем, что позволяет измерять величину
сопротивления каждого резистора в процессе стабилизации. Температуру
измеряют с помощью хромоалюминиевой термопары.
В процессе стабилизации величина сопротивления изменяется в резуль-
тате окисления пленки, а также за счет изменения кристаллической решетки
резистивного материала. Общее изменение величины сопротивления может
быть как положительным, так и отрицательным в зависимости от степени влия-
ния каждого из указанных факторов. В условиях эксплуатации пленочные
резисторы сохраняют стабильность при температурах до 150° С.
Высокостабильные резисторы с хромоникелевой пленкой, наносимой
вакуумным осаждением, по некоторым показателям превосходят углероди-
стые. Они имеют меньший уровень собственных шумов, меньший ТКС и луч-
шую стабильность по сравнению с лучшими углеродистыми резисторами.
Их сопротивление точно подчиняется закону Ома (коэффициенты напряжения
менее 0,0003% на 1 в) — в этом отношении их можно сравнить с проволоч-
ными резисторами. Такие.резисторы можно изготовить с температурным коэф-
фициентом менее 0,0015% на 1° С.
Установлено, что стабильность резисторов с незащищенной хромонике-
левой пленкой в течение 1 000 ч работы удерживается в пределах ±0,5%,
а ТКС зависит главным образом от скорости осаждения пленки. На рис. 10-4
представлен график зависимости ТКС пленки из хромоникелевого сплава
255
(Ni 80%, Cr 20%) от скорости ее осаждения. Пленки наносились с помощью
испарителя, нагреваемого электронным лучом.
При скоростях осаждения до 0,lklсек TKG меньше 0,005% на 1° С и до-
стигает наибольшего значения ~ 0,15% на 1°С при скорости осаждения
10 А /сек, после чего с уве личе-
нием скорости осаждения посте-
пенно уменьшается.
Для измерения ТКС резисто-
ры погружают в ванну с крем-
нийорганическим маслом, подо-
греваемую плоским электрическим
нагревателем, с механическим пе-
ремешиванием жидкости для рав-
номерного нагрева всего объема.
К испытываемому резистору,
включенному в мостовую схему,
прикрепляют шарик ртутного тер-
мометра (рис. 10-5).
Выводы с каждой стороны
7,0
п}ппт\	______।_____)_____।
О 20 W 60	80 1ОО
Скорость* осаждения, А/сек
Рис. 10-4. График зависимости темпе-
ратурного коэффициента сопротивле-
ния пленки из хромоникелевого спла-
ва от скорости ее осаждения. падения получают осаждением
толстого слоя хромоникелевого
сплава с последующим нанесением слоя меди, к которому припаивают вы-
вод из медной проволоки или алюминия.
Обычно резисторы армируют на высокопроизводительных автоматах;
После этого следует автоматическая сортировка заготовок по величине со-
противления.
Для увеличения сопротивления при изготовлении высокоомных резисто-
ров и подгонки его к требуемому номинальному значению в пленке, как и при
изготовлении углеродистых резисторов,
прорезают спиральную канавку.
Для изготовления резисторов из хро-
моникелевых пленок с номиналами поряд-
ка нескольких мегом отношение длины
пленки к ее ширине (рис. 10-6) делают око-
ло 1 000 : 1.
Для прорезания спиральной канавки
резистор закрепляют концами в патронах
специального станка, которые изолирова-
ны друг от друга и соединены с измери-
тельной мостовой схемой. Вдоль резисто-
ра перемещается абразивный круг соответ-
ствующей толщины. Его движение увязано
с вращением резистора так, чтобы обеспе-
чить прорезку канавки с требуемым шагом.
При изготовлении точных резисторов их
включают в мостовую измерительную схе-
Рис. 10-5. Прибор для изме-
рения температурного коэффи-
циента сопротивления.
му; нарезание канавки прекращают, когда
сопротивление достигнет требуемой вели-
чины.
Технологический процесс изготовле-
ния металлоокисных проводящих пленок
значительно проще. Пленку двуокиси оло-
ва осаждают на керамические или стеклян-
ные основания путем термического разло-
жения паров хлористого олова (SnCl2) при
1 — термометр; 2 —двигатель; з —
мешалка; 4 — к измерительному
мосту; 5 — ванна с сиконовым ма-
слом; 6 — сопротивление; 7 — на-
греватель.
температуре около 450° С? Образующиеся
пары двуокиси олова поступают в нагретую камеру, где они адсорбируются
поверхностью вращающихся оснований. Другой способ основан на примене-
нии четыреххлористого олова. Его водный раствор наносят пульверизато-
ром на основание, нагретое до температуры 500—550° С.
256
Пленки двуокиси олова прочно сцепляются с основанием, отличаются
высокой термостойкостью, стойки к воздействию кислот и щелочей, имеют
невысокий температурный коэффициент сопротивления.
В последние годы разработаны автоматические установки для изгото-
вления металлоокисных резисторов на стеклянных штабиках, вытягивае-
мых из тугоплавкого стекла; в процессе дви-
жения штабиков на них наносится проводя-
щий слой.
10-4
ИЗГОТОВЛЕНИЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ
РЕЗИСТОРОВ
25 витков
-ЯЯ
Рис. 10-6. Резистор с ме-
таллической
пленкой
а — на 1
резистивной
и спиральной на-
резкой.
ком; б — на 643 ком.
— продукт непол-
Композиционные резисторы изготовляют
на основе смеси проводящего компонента,
например графита или сажи, с органическими
и неорганическими связующими, например
фенольными и эфирными смолами (эпоксид-
ной, глифталевой, кремнийорганической), на-
полнителем, пластификатором и отвердителем.
Такие системы называют гетероген-
ными.
В большинстве случаев в качестве про-
водящих компонентов композиций используют
порошкообразные проводники — сажу и графит. Сажа
ного сгорания или термического разложения углеродистых веществ. Гра-
фит — аллотропная форма углерода. Широкое применение этих материа-
лов в качестве проводящих элементов объясняется высокой степенью дисперс-
ности (например, размер частиц так называемой канальной сажи — около
100 А), большим удельным сопротивлением, химической стойкостью и срав-
нительно высокой термостойкостью. Заметное окисление наступает при тем-
пературах более 160° С, при этом окись и двуокись углерода улетучиваются.
Для получения низкоомных композиций сажу (графит) и связующий ма-
териал смешивают в определенной пропорции, добавляют растворитель и смесь
измельчают в шаровых мельницах пли в специальном помольном оборудова-
нии. В процессе помола образуется гомогенная суспензия. Для приготовления
высокоомной композиции предварительно измельчают наполнитель, смешан-
ный с растворителем, затем добавляют проводящие компоненты (сажу, гра-
фит), связку и продолжают помол. Приготовление высокоомных композиций
затруднено в связи с тем, что при уменьшении содержания проводящего ком-
понента электрические характеристики композиции, как правило, ухудшают-
ся. Важную роль в технологии производства высокоомных композиций играет
выбор связующих материалов (смол). Высокоомные резисторы, изготовлен-
ные с применением фенольных смол, имеют низкую термо- и влагостойкость.
Стабильность и термостойкость резисторов можно повышать, смешивая фе-
нольную смолу с проводящим компонентом и вводя в качестве дополнитель-
ного связующего компонента эфирную смолу.
Приготовленная суспензия должна обладать вязкостью 10—30 сек (по
вискозиметру ВЗ-4). Вязкости изменяют, добавляя в суспензию растворитель
или испаряя его. После приготовления и контроля суспензию наносят на
изоляционное основание. Применение тех или иных способов нанесения ком-
позиции зависит от конструкции резистора. Наиболее распространен метод
погружения. . Основания, закрепленные в держателе, погружают в ванну
с суспензией и затем извлекают из нее с постоянной скоростью. Толщина
пленки зависит от вязкости суспензии и скорости извлечения заготовки из
ванны.
На длинные и тонкие заготовки в массовом производстве пленку наносят
методом протягивания через капиллярную трубку, в которую под давлением
непрерывно поступает суспензия (рис. 10-7). После нанесения пленки заго-
товки разрезают на трубки необходимых размеров. На цилиндрические основа-
Q А. Т. Белевцев
267
Ния больших размеров, плоские поверхности при изготовлении переменных
резисторов суспензию наносят, распыляя ее специальным пульверизатором.
При этом цилиндрические основания приводят в быстрое вращение, а пуль-
	веризатору сообщают возвратно-поступа-
Рис. 10-7. Нанесение суспен-
тельное движение вдоль их оси.
Переменные резисторы с нелинейным
изменением величины сопротивления в
функции угла поворота движка изготов-
ляют поливом с помощью контейнеров,
разделенных переюродками на отсеки, ку-
да заливают суспензию с различным удель-
ным сопротивлением. Перегородки распо-
лагают так, чтобы между их нижними
кромками и дном контейнера оставался за-
зор; благодаря смешиванию суспензий в
зазорах обеспечивается плавное изменение
сопротивления на границах участков про-
водящего элемента. При движении пласти-
ны изоляционного материала мимо пазов,
сделанных в дне контейнера, образуется
проводящий слой.
Нанесенную пленку подвергают тер-
мической обработке, во время которой
происходит полимеризация связующего ве-
зии на заготовку методом про- щества и отверждение резистивного слоя,
тяжки через капилляр.	При этом для получения заданных свойств
проводящих элементов необходимо строго
выдерживать температуру полимеризации, а также требуемые скорости по-
вышения и понижения температуры.
Для производства некоторых типов композиционных резисторов созданы
автоматические линии, производительность которых составляет 3—4 млн.
изделий в год.
Современная технология производства сложных гетерогенных систем
позволяет получать резисторы с величиной сопротивления от долей ома до
нескольких тераом.
10-5
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ПРОВОЛОЧНЫХ РЕЗИСТОРОВ
Постоянные и переменные проволочные резисторы находят широкое при-
менение в радиоэлектронной аппаратуре, различных системах автоматического
управления и регулирования, в электрооборудовании транспортных средств
и в измерительной технике. Все элементы конструкций проволочных резисто-
ров выполняются из термостойких материалов, а проводящий элемент за-
щищен от воздействия окружающей среды плотным слоем электроэмали, ком-
паунда, или герметичным чехлом, что обеспечивает безотказную работу ре-
зисторов при высоких температурах и повышенной влажности.
Современные проволочные резисторы отличаются высокой стабильностью
электрических параметров, малым температурным коэффициентом, незначи-
тельным уровнем собственных шумов и повышенной точностью. Однако ре-
зисторы этого типа имеют значительные индуктивность и емкость, большие
габариты и сравнительно дороги, поэтому по объему производства они усту-
пают металлопленочным, углеродистым и композиционным резисторам.
Основным элементом проволочных резисторов является тонкая проволока
(диаметром в несколько сотых долей миллиметра) из сплавов, обладающих
высоким удельным сопротивлением \ достаточной механической прочностью.
1 См. в гл. IX.
268
пластичностью и термостойкостью, низким температурным коэффициентом
сопротивления.
Основной операцией при изготовлении проволочных резисторов является
процесс наматывания проволоки на каркас. Каркасы изготовляют главным
образом из пластмассы или керамики в зависимости от допустимой темпера-
туры нагрева. При бескаркасном способе изготовления резисторов каркас-
оправку, на который наматывают провод, изготовляют разъемным.
Проводящий элемент резистора защи-
щают от климатических и механических
воздействий стеклоэмалевыми и другими
электроизоляционными покрытиями.
Переменные проволочные резисторы
широко применяют в радиоэлектронной
промышленности для различных регули-
ровочных и подстроечных операций. Кар-
касы таких резисторов изготавливают из
пластмасс, гетинакса, текстолита и кера-
мики, они имеют кольцевую, трубчатую,
пластинчатую и стержневую конструкцию
с различной формой поперечного сечения.
Проволочные потенциометры приме-
няют для работы в цепях постоянного тока
в качестве делителей напряжения или пере-
менных активных резисторов. Они бывают
однооборотными и многооборотными.
Проволочный однооборотный потен-
циометр конструктивно представляет со-
бой устройство из тонкого изолированного
провода с высоким омическим сопротивлением, намотанного в один ряд на
изолированный каркас. По очищенной от изоляции поверхности провода
(дорожке) (рис. 10-8) скользит движок — металлическая ленточка или прово-
лока, изогнутая на конце. Движок делают из упругих материалов; при пе-
ремещении по обмотке потенциометра его изогнутый конец касается следую-
предыдущего, поэтому в момент
перехода с витка на виток кон-
такт не нарушается. Потенцио-
метр имеет три вывода: два от
концов сопротивления и тре-
тий — от движка (рис. 10-9, а).
Наиболее ответственным
элементом, определяющим на-
дежность работы потенциомет-
ра, является электрический
контакт пары: обмотка потен-
циометра — движок. Материа-
лы проволоки и движка долж-
ны быть устойчивы против
электрической эрозии и кор-
розии, которые приводят к
снижению проводимости кон-
тактной поверхности.
Материал контакта должен быть износоустойчивым, иметь высокую тепло-
и электропроводность. Наиболее распространенные материалы, применяе-
мые для изготовления скользящих контактов, потенциометров, и их физиче-
ские свойства приведены в табл. 10-1.
Потенциометры характеризуются величиной омического сопротивления
резистивного элемента, геометрическими размерами, законом изменения со-
противления и линейностью характеристики, допуском на общее сопротив-
ление, стабильностью сопротивления и режима работы, сопротивлением изо-
ляции обмотки относительно корпуса, максимальной и рабочей мощностью
щего витка провода прежде, чем сходит с
V	б)
Рис. 10-9. Однооборотный (а) и многообо-
ротный (б) потенциометры.
9*
259
рассеяния, величиной рабочего момента вращения оси, сроком службы при
заданных условиях, а также необходимой скоростью вращения оси и рабочим
режимом в различных условиях эксплуатации.
Таблица 10-1
Свойства материалов для скользящих контактов потенциометров
Материал	Обозначение	Процент ком- понента	Тип сплава	Температура плавления, ° С	Плотность, г/сл-t3	Твердость отожженно- го материала		Удельное сопро- тивление, 10~«	Теплопровод- ность, ° С
						по Бри- неллю	по Вик- керсу		
Платина	Pt	—	Чистый металл	1 733	21,4	50	39	10,6	0,7
Палладий	Pd	—	То же	1 554	—	501	—	10,75	0,41
Иридий	Ir	—	» »	2 454	—	1 705	—	5,30	0,59
Кобальт	Со	—	» »	1490	—	1252	—	6,80	0,70
Серебро	Ag	—	» »	961	10,5	25	23	1,58	4,16
Платина-иридий	ПИ-25	25	Твердый раствор	1840	21,75	270	250	33,5	—
Платина-иридий	ПИ-10	10	То же	1 780	21,5	150	120	24,5	0,31
Палладий-иридий	ППИ	—	» »	1580	12.6	—	110	27,0	—
Палладий-серебро	ППС	—	» »	1330	11,0	22	95	35,8	0,31
Потенциометры разделяются в основном на два класса:
обычные радиотехнические потенциометры — малогабаритные дешевые
устройства сравнительно невысокой точности, которыми пользуются для ре-
гулирования громкости и других подобных целей в радиоприемниках и элек-
тронном оборудовании;
высокоточные малогабаритные потенциометры, широко применяемые
в приборостроении, автоматике и вычислительной технике, которые появи-
лись сравнительно недавно.
Общее омическое сопротивление проволочных потен-
циометров зависит от их размеров, марки и диаметра провода. Неточные,
так называемые подстроечные, потенциометры обычно имеют сопротивление
от 5 до 20 000 ом, потенциометры повышенной точности, как правило, имеют
общее сопротивление в пределах от 500 до 50 000 ом и, реже, от 100 до 100 ОООож;
в отдельных случаях — до 1 000 000 ом. Минимальное общее сопротивление
потенциометров составляет 1 ом.
Размеры проволочных потенциометров зависят от
величины общего сопротивления, заданного значения линейности и номиналь-
ной мощности рассеяния. Наружный диаметр корпуса кольцевых потенцио-
метров обычно 10—80 мм, в отдельных случаях он может достигать 450 мм.
Высота их корпуса 5—20 мм. Пластинчатые потенциометры имеют длину
60—175 мм, в отдельных случаях — до 250 мм, ширина их корпуса 10—30 мм
и лишь изредка достигает 100 мм, а толщина обычно 0,5—1 мм, иногда до-
ходит и до 2,5 мм.
Закон изменения сопротивления. При конструиро-
вании радиоприборов, устройств автоматики и вычислительной техники ча-
сто возникает необходимость выразить какую-либо функцию в виде измене-
ния электрического напряжения. Современные потенциометры позволяют
это сделать: они могут изменять напряжение по различным законам. Самой
существенной характеристикой таких потенциометров считают функцию из-
менения напряжения при перемещении токосъемного движка по резистин-
260
ному элементу. В зависимости от конструкции потенциометра выходное на-
пряжение может изменяться по различным законам: линейному, логарифми-
ческому, синуса, косинуса, секанса и т. д.
По виду функции потенциометры разделяются на линейные и функцио-
нальные. Выходное напряжение линейных потенциометров пропорционально
напряжению, подаваемому на потенциометр, и длине (углу) перемещения
движка. При перемещении движка на единицу длины на любом участке об-
мотки сопротивление изменяется на постоянную величину. В функциональ-
ных потенциометрах в режиме холостого хода выходное напряжение между
движком и началом обмотки находится в заданной функциональной зависи-
мости от длины (угла) перемещения движка, а при перемещении последнего
на единицу длины сопротивление изменяется по закону, определяемому кон-
струкцией потенциометра.
Функциональные потенциометры в зависимости от отрабатываемой функ-
ции разделяются на тригонометрические, степенные, логарифмические и т. д.
По пределам изменения функций различают функциональные потенцио-
метры с неограниченными и с ограниченными пределами. В радиотехнической
аппаратуре в схемах автоматики и вычислительных устройствах чаще всего
применяют линейные потенциометры. Объем производства их составляет
почти 60% от общего числа изготовляемых потенциометров.
Линейность. В идеальном случае линейный потенциометр должен
обладать постоянной величиной изменения выходного напряжения при рав-
ных перемещениях движка. В действительности этого никогда не происходит,
т. е. равные по величине перемещения движка вызывают неодинаковые при-
ращения выходного напряжения (сопротивления). Поэтому под линейностью,
или линейной точностью, иногда понимается величина отклонения выходного
напряжения или сопротивления в любой точке обмотки от прямой графика
зависимости «сопротивления от углового (или линейного) перемещения движ-
ка».
Допуск на общее сопротивление. Потенциометры
различного назначения изготовляют с определенной точностью по общему
омическому сопротивлению. Для потенциометров широкого применения эта
точность составляет 5—10% от номинального значения сопротивления, а для
потенциометров повышенной точности — 0,1 —1%. Допустимое отклонение
общего сопротивления прецизионных потенциометров, работающих в радио-
локационных устройствах и вычислительных схемах, не должно превышать
0,1% от номинального.
Стабильность. Сопротивление потенциометра в течение всего
срока службы и режим его работы при нормальной нагрузке не должны су-
щественно изменяться. Этим и определяется понятие стабильности. Допуск
на стабильность проволочного потенциометра зависит главным образом от
материалов обмотки и токосъемного движка (стабильности переходного со-
противления контактов), от условий эксплуатации, а также от назначения.
Обычно он равен допуску на общее сопротивление, в отдельных случаях —
на точность линейной (или функциональной) характеристики.
Сопротивление изоляции обмотки относитель-
но корпуса при комнатной температуре (+25° С) и относительной влаж-
ности'30—80% должно быть не менее 100 Мом.
Мощность рассеяния. Максимальная рабочая мощность рас-
сеяния зависит от допустимого нагрева обмотки потенциометра. В условиях
эксплуатации при повышенной температуре окружающей среды мощность
рассеяния потенцпометра может достигать номинальной величины — от 0,1
до 10 впг, а‘в отдельных случаях 15—20 вт.
Рабочий момент вращения, точнее, момент трогания —
это усилие, которое требуется для начала перемещения движка из любой
произвольной точки на контактной дорожке потенциометра. Момент враще-
ния небольших проволочных потенциометров общего применения равен
50—360 Г'см.
Скорость вращения. Износ, а следовательно, и срок службы
потенциометра зависят от скорости вращения оси движка и его контактного
261
давления на обмотку, поэтому оно должно быть не слишком большим. Потен-
циометр безотказно работает при скорости вращения, не превышающей
100—150 об/мин. При более высоких скоростях вследствие ударов токосъем-
ного элемента движка о витки провода контакт частично или полностью нару-
шается. Это явление можно устранить, увеличивая контактное давление
и повышая чистоту поверхности контактной дорожки. Однако такой путь
хотя и позволяет увеличить угловую скорость подвижной контактной си-
стемы, но приводит к резкому сокращению срока службы потенцио-
метра.
Срок службы потенциометра зависит от свойств материала рези-
стивного элемента и материала токосъемного элемента движка, контактного
давления, условий эксплуатации и других факторов. Срок службы потенцио-
метров широкого применения при постоянной нагрузке — от десяти тысяч
до нескольких миллионов циклов (т. е. двойных перемещений движка от
одного конца к другому), потенциометров, применяемых в вычислительных
устройствах, — от 100 000 до 500 000 циклов. Некоторые высокоточные про-
волочные потенциометры (с низким контактным давлением и небольшим то-
ком нагрузки) имеют срок службы от 1 до 2 млн. циклов, а в отдельных слу-
чаях — до 10 млн. циклов.
Технологический процесс изготовления проволочных потенциометров
включает следующие этапы: изготовление каркасов, элемента сопротивления
с анализом точности процесса наматывания проволоки на каркас, зачистку
контактной дорожки, сборку, монтаж и регулировку, защиту деталей и уз-
лов потенциометров от внешней среды и способы их герметизации. После изго-
товления потенциометры подвергают тщательному контролю основных пара-
метров: разрешающей способности, линейности, надежности контакта, об-
щего сопротивления.
Резистивный элемент — каркас с обмоткой — является основным уз-
лом потенциометра; его изготовление — одна из самых ответственных опера-
ций, связанная с целым рядом технологических трудностей, которые особенно
сильно проявляются при наматывании провода высокого сопротивления.
От точности намоточных станков и процесса наматывания непосредственно
зависит точность общего сопротивления и характеристики потенциометра.
Здесь действует множество факторов, определяющих иногда самую возмож-
ность получения высокоточных резистивных элементов.
Эти вопросы, а также технология изготовления каркасов, являются
предметом специального рассмотрения Ч
В последние годы появились многооборотные потенциометры (рис. 10-9, б),
которые имеют небольшие габариты при высокой разрешающей способности
и точности. Точность многооборотных потенциометров достигает сотых долей
процента от общего. сопротивления. Каркасом многооборотного потенцио-
метра служит изолированный медный провод диаметром 1—2 мм, свитый
в спираль с 3,5; 10; 15; 20; 25 или 40 витками, залитую компаундом. Обмотку
этих потенциометров в отличие от однооборотных ведут голой (неизолирован-
ной) проволокой. Заданную функцию сопротивления обеспечивают, изменяя
шаг обмотки.
Выходное напряжение снимают посредством ролика, перекатывающегося
по внутренней стороне спирали и одновременно скользящего по валику,
расположенному параллельно ее оси. С валика ток поступает на цилиндри-
ческое токосъемное кольцо, ось которого совпадает с осью спирали. Таким
образом, вместо одного подвижного контакта обмотка — движок, как в одно-
оборотном потенциометре, здесь имеются три подвижных контакта: обмотка —
ролик, ролик — валик и кольцо — движок, поэтому в многооборотных по-
тенциометрах особенно важно обеспечить надежный контакт.
1 Основные вопросы технологии изготовления обмоток, одно- и много-
оборотных потенциометров (каркасы, процесс наматывания, оборудование
и др.) более подробно рассмотрены в гл. IX,
262
10-6
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ РЕЗИСТОРОВ
Полупроводниковые материалы широко используются для создания твер-
дых схем (см. гл. XVI), где наряду с активными элементами — транзисторами
и диодами в монокристалле выполняют пассивные элементы — резисторы
и конденсаторы. В качестве резисторов используют объемное омическое со-
противление материала между двумя контактами, поверхностное сопротив-
ление между контактами пли сопротивление р-п перехода в запираю-
щем направлении. Полупроводники используют также для создания дискрет-
ных пассивных элементов — резисторов и конденсаторов. Изготовлены полу-
проводниковые резисторы из германия, кремния и карбида кремния. Сопро-
тивление их мало зависит от температуры. Выпускаются полупроводниковые
резисторы 8 типов, отличающиеся друг от друга размерами и соответственно
рассеиваемой мощностью (от 1 до 12,5 вт).
Полупроводниковые резисторы используют в схемах, где низкий темпе-
ратурный коэффициент сопротивления п высокая точность номинальных
значений должны сочетаться с малым изменением сопротивления, низким
уровнем шумов, способностью выдерживать большие кратковременные пере-
грузки.
Для изготовления резисторов наиболее широко применяют кремний,
который обеспечивает по сравнению с германием, например, более высокую
рабочую температуру изделий. Исходными заготовками служат кремниевые
пластины различных размеров в зависимости от номинальной мощности рас-
сеяния.
После промывки и травления на концах пластин создают контактные
площадки. Для этого химическим путем осаждают никель, который вжигают
в слой кремния при температуре 780—800° С. Затем еще раз покрывают ни-
келем контактные площадки и припаивают выводы. Контактная площадка
должна быть механически прочной, а переходное сопротивление между кри-
сталлом полупроводника и выводом достаточно мало.
Для защиты от воздействия окружающей среды и повышения механи-
ческой прочности проводящие элементы резисторов помещают в стеклокера-
мпческую оболочку. Изготовленные по рассмотренной технологической схеме
полупроводниковые резисторы имеют величину сопротивления от 0,1 до 51 ом.
Номинальная мощность рассеяния таких резисторов составляет 0,25 вт.
Глава
XI
ИЗГОТОВЛЕНИЕ КОНДЕНСАТОРОВ
11-1
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КОНДЕНСАТОРАХ,
ПРИМЕНЯЕМЫХ В РАДИОАППАРАТУРЕ
В современных радиоаппаратах широко применяют конден-
саторы: в фильтрах, блоках настройки, усилителях, накопителях
энергии, помехоподавляющих устройствах, пусковых цепях элек-
тродвигателей и т. п.
Конденсаторы по конструкции и назначению разделяют на
постоянные, имеющие неизменную величину емкости, полупере-
263
Менные (подстроечные), позволяющие изменять емкость в не-
больших пределах, и переменные, изменяющие емкость в значи-
тельных пределах.
Конденсаторы постоянной емкости используют
в качестве элементов колебательных контуров, настроенных на
фиксированную частоту элементов связи, для компенсации изме-
нений параметров других элементов контура при воздействии
повышенной или пониженной температуры, для сопряжения конту-
ров в супергетеродинных приемниках, в качестве разделительных,
блокировочных и других элементов. Разнообразие функций при-
вело к созданию различных типов конденсаторов постоянной
емкости, которые изготовляются в соответствии со стандартами
или техническими условиями на специализированных предприя-
тиях.
Полупеременные конденсаторы изменяют свою
емкость в процессе регулировки изделия; при эксплуатации их
емкость остается постоянной. Конденсаторы этого типа применя-
ют при регулировке для компенсации отклонений параметров дру-
гих элементов схемы радиоаппарата. Их используют в схемах с
плавным изменением частоты для компенсации разброса началь-
ной емкости схемы, установки требуемой величины емкостной
связи, настройки контуров на требуемые фиксированные частоты
и для других целей.
Конденсаторы переменной емкости применяют
главным образом для плавной настройки колебательных контуров
в пределах некоторого диапазона частот.
Наиболее широко используют конденсаторы постоянной емко-
сти. В зависимости от применяемого диэлектрика они бывают бу-
мажными, слюдяными, керамическими, электролитическими и т. п.
Основными параметрами конденсаторов являются номиналь-
ная величина емкости, класс точности, величина рабочего напря-
жения и процент потерь энергии (утечка). Величина номиналь-
ной емкости конденсатора зависит от геометрических размеров
его обкладок, расстояния между ними и диэлектрической прони-
цаемости диэлектрика.
Класс точности конденсатора показывает допускаемое откло-
нение емкости конденсатора данного типа в процентах от номи-
нального значения. Конденсаторы широкого применения разделяют
на три класса точности: класс I — с допустимым отклонением
±5%, класс II — с допустимым отклонением ±10% и класс III —
с допустимым отклонением ±20%. Выбор конденсатора того или
иного класса точности определяется его местом в схеме. Конден-
саторы класса I используют, например, в колебательных контурах
и тех участках схемы, где необходима повышенная точность
работы. В цепях, где даже относительно большое изменение
емкости мало влияет на работу схемы (например, в развязываю-
щих и блокировочных цепях), можно применять конденсаторы
класса IIL
264
Для большинства типов конденсаторов указывают номиналь-
ное рабочее напряжение постоянного тока. Переменное напря-
жение (эффективное) на конденсаторе должно быть в 1,5—2 раза
меньше указанного рабочего напряжения для постоянного тока.
При работе конденсатора в цепи пульсирующего тока сумма по-
стоянного напряжения и амплитудного значения переменного на-
пряжения не должна превышать номинального рабочего напря-
жения конденсатора. Конденсаторы широкого применения вы-
пускают на номинальные рабочие напряжения от единиц вольт до
десятков киловольт.
Качество диэлектрика и его размеры определяют сопротив-
ление изоляции конденсатора электрическому току. Этот пара-
метр позволяет узнать величину утечки тока через конденсатор и
установить надежность его в том или ином участке схемы.
Емкость от 1 до 10 000 пф на принципиальных схемах обоз-
начают в пикофарадах, а 10 000 пф и более — в микрофарадах,
иногда не указывая (в обоих случаях) единицы измерения (напри-
мер, 3 300 пф или просто 3 300, а 3 300 пф — 0,033 мкф или просто
0,033). Если емкость составляет целое число микрофарад, то после
значения емкости ставят запятую и нуль (10 мкф — 10,0). Емко-
сти, составляющие доли или число с долями пикофарады, обоз-
начают в пикофарадах, указывая единицы измерения (0,5 пф\
7,5 пф). Для конденсаторов переменной емкости и подстроечных
конденсаторов указывают либо минимальную и максимальную
емкости, либо только максимальную емкость. У электролити-
ческих конденсаторов рядом с обозначением емкости указывают
и рабочее напряжение, например конденсатор 5 мкф на рабочее
напряжение 450 в обозначают 5,0 (450 в).
11-2
ИЗГОТОВЛЕНИЕ КОНДЕНСАТОРОВ
ПОСТОЯННОЙ ЕМКОСТИ
В конденсаторах постоянной емкости в качестве диэлектрика исполь-
зуют конденсаторную бумагу, полистироловую пленку, слюду и керамику.
В зависимости от конструкции, параметров и назначения конденсаторы раз-
деляют на низко- и высокочастотные.
К низкочастотным относят конденсаторы с бумажными диэлектриками
типов БМ, БГМ, КБГ, МБГО, МБМ, электролитические — КЭ, ЭГЦ, ЭМ,
ЭФ, ЭТО и др.; к высокочастотным — конденсаторы слюдяные и стеклоэма-
левые — КСО, СГМ, КСГ, КС; керамические — КТН, КТП, КТК, КТМ,
КДС, КОБ<КДК, КДО, КДУ; пленочные и металлопленочные — ПО, ПМ,
ПСО, ПС, МПГ и др.
Конденсаторы постоянной емкости выпускаются в массовом производ-
стве с номиналами от 1 пф до 2 000 мкф в соответствии с ГОСТ. Указанная
на конденсаторе емкость соответствует шкале номинальных значений емкости,
но его действительная емкость может отклоняться в тех или иных допусти-
мых пределах в зависимости от класса точности.
Бумажные и металле-бумажные конденсаторы. Диэлектриком в таких
конденсаторах служит тонкая, хорошо пропитанная изоляционными составами
бумага, а обкладками — тонкая металлическая фольга. Бумажные конден-
265
саторы выпускаются в разнообразном конструктивном оформлении и на раз-
личные номинальные значения емкости.
Промышленность выпускает большую серию бумажных конденсаторов
типа КБ Г (конденсаторы бумажные герметизированные) в соответствии с
ГОСТ 6118-59, 5929-62. Герметизацию почти всех конденсаторов этой серии
осуществляют, помещая их в цилиндрический или прямоугольный корпус
со стеклянными или керамическими проходными изоляторами.
По конструктивному оформлению эти конденсаторы разделяют на не-
сколько видов: КБГ-И — в цилиндрических керамических или стеклянных
корпусах, КБГ-М1 и КБГ-М2 — в цилиндрических металлических корпу-
сах, КБГ-МП — в плоских прямоугольных металлических корпусах и
КБГ-МН — в нормальных прямоугольных металлических корпусах.
Потребность в более теплостойких конденсаторах привела к созданию
конденсаторов БГМТ (бумажные герметизированные малогабаритные термо-
стойкие). В зависимости от назначения и конструктивного исполнения эти
конденсаторы выполняют с вкладными (БГМТ-1) и с паяными (БГМТ-2)
контактами.
Конденсаторы типов БГМТ-1 и БГМТ-2 выпускают каждый в двух испол-
нениях: с уменьшенными или увеличенными габаритными размерами (соот-
ветственно обозначаются индексами «а» или «б», например, БГМТ-26 — кон-
денсатор с паяными контактами и увеличенными габаритными размерами).
Широкое применение полупроводниковых приборов привело к разра-
ботке миниатюрных конденсаторов серий БМ (бумажные малогабаритные)
и Б ГМ (бумажные герметизированные малогабаритный), которые выпускают-
ся в соответствии с ГОСТ 9687-61. Конденсаторы БМ предназначены для
работы в цепях постоянного и переменного токов (БМ-1 — с вкладными кон-
тактами, БМ-2 — с паяными контактами). Конденсаторы Б ГМ работают в це-
пях постоянного тока (БГМ-1 — с одним изолированным выводом, БГМ-2 —
с двумя изолированными выводами).
Разновидностью бумажных конденсаторов являются металлобумажные
конденсаторы. Эти конденсаторы изготовляют из тонкой бумажной ленты,
пропитанной изоляционным составом, на которую путем распыления нано-
сят тонкий слой проводника. Металло-бумажные конденсаторы имеют' зна-
чительно меньшие размеры, чем обычные бумажные, при таких же основных
электрических характеристиках.
Особую группу составляют металло-бумажные конденсаторы, которые
обладают способностью восстанавливать свою электрическую прочность после
пробоя. При случайном замыкании в отдельных точках обкладок ток короткого
замыкания расплавляет и частично испаряет тонкий слой металла вокруг
зоны пробоя, в результате чего обкладки оказываются изолированными
друг от друга.
Конденсаторы МБГ (металлизированные бумажные герметизированные)
выпускаются в соответствии с ГОСТ 7112-54. В зависимости от конструк-
тивного исполнения и применения они бывают однослойные (МБГО), плоские
(МБГП), цилиндрические (МБГЦ) и для различных частот (МБГЧ). Все
конденсаторы этого типа предназначены для работы в цепях постоянного,
переменного или пульсирующего тока.
Выпускают также теплостойкие конденсаторы МБГТ, работающие в тех
же условиях, но при повышенной температуре (до 100° С). Для радиоаппара-
тов на полупроводниковых приборах изготовляют конденсаторы МБМ (ме-
таллизированные бумажные малогабаритные), которые работают в тех же
условиях, что и конденсаторы предыдущей группы.
Бумажные и металло-бумажные конденсаторы применяют во все видах
радиотехнической аппаратуры в качестве развязывающих, разделительных
и фильтрующих элементов в цепях постоянного и переменного токов.
Бумажные пропитанные конденсаторы постоянной емкости, например
цилиндрические, изготовляют намоткой лент бумаги толщиной 5—25 мкм,
разделенных металлическими электродами. В качестве электродов (обкладок)
обычно используют алюминиевую фольгу толщиной 6 мкм, но можно приме-
нить и оловянную или медную.
266
Рпс. 11-1. Бумажные конден-
саторы.
а — с вкладными контактами (скры-
тая фольга); б — с выступающей
фольгой; 1 — фольга; 2 — бумага;
3 — вкладной контакт.
В зависимости от конструкции выводов различают два типа конденсато-
ров: с вкладными выводами (рис. 11-1, а) и с выступающей фольгой (рис.
11-1, б).
Так как всякая бумага содержит проводящие электрический ток частицы
угольной пыли, которые могут пронизать бумажный лист насквозь, особенно
при малой толщине, как у конденсаторной
бумаги, то между электродами укладывают
два или больше слоев бумаги в соответст-
вии с рабочим напряжением и другими па-
раметрами конденсаторов.
Конденсаторная бумага гигроскопична
и в состоянии поставки содержит 5—7%
влаги. Поэтому после сушки секции под-
вергают вакуумной пропитке синтетиче-
скими жидкостями, минеральными масла-
ми, воскообразными веществами или вазе-
лином, чтобы заполнить пустоты между
волокнами целлюлозы. Пропитка повы-
шает диэлектрическую проницаемость, элек-
трическую прочность бумаги.
При изготовлении металло-бумажных
конденсаторов (рис. 11-2), как было сказано
выше, на одну сторону бумажной ленты
методом распыления или испарения в ва-
кууме наносят алюминий или цинк.
Толщина слоя металла, нанесенного
методом испарения, около 0,1 мк. По од-
ному краю ленты оставляют узкую неметаллизированную полосу, ши-
рина которой зависит от рабочего напряжения конденсатора. При навивке
секций свободные закраины двух металлизированных лент направляют в про-
тивоположные стороны, причем ленты немного сдвигают по отношению друг
к другу в поперечном направлении.
При рабочем напряжении до 200 в
применяют однослойные конденсато-
ры, для более высоких напряжений
прокладывают несколько слоев не-
металлизированной бумаги.
На торцы секций для обеспече-
ния их электрического контакта и
припайки выводов наносят распыле-
нием слой меди.
Пленочные и металлопленочные
конденсаторы. В пленочных конде-
саторах в качестве диэлектрика слу-
жит органическая пленка, иногда —
в сочетании с бумагой. Пленка обла-
дает высокой механической прочно-
стью и теплостойкостью; она в до-
статочной мере химически устойчива
к веществам, используемым для гер-
метизации конденсаторов. Применяют
полистироловую, стирофлексную и
полиэтиленовую пленки, а также май-
лар (полиэтилентерефталат).
7
Рис. 11-2. Конструкция цилиндри-
ческого -металло-бумажного конден-
сатора.
1 — ленты металлизированной бумаги;
2 — закраины; з — секция конденсатора;
4 — металлический корпус; 5 — место
припайки выводного проводника к слою
напыленного металла на торце секции;
6 — бумажный изолирующий колпачок;
7 — место припайки крышки к корпусу;
8 — место запайки выводного проводника
в крышку; 9 — крышка (стеклянная шай-
ба с коваровой арматурой).
Конструкция пленочных конденсаторов не отличается от конструкций
аналогичных бумажных конденсаторов. Выпускаются открытые и гермети-
зированные, а также малогабаритные пленочные и металлопленочные кон-
денсаторы.
Для работы в цепях постоянного тока применяют конденсаторы ПО (пле-
ночные открытые), ПМ (полистирольные малогабаритные), ПОВ (пленочные
267
открытые высоковольтные) и ПГТ (полистирольные герметизированные точ-
ные). Для работы в цепях постоянного и переменного токов предназначают
конденсаторы ПКГТ (пленочные комбинированные герметизированные тер-
мостойкие), а в цепях постоянного и пульсирующего тока, а также в импульс-
ных режимах — конденсаторы ФГИ (фторопластовые герметизированные
термостойкие). В цепях постоянного, переменного и пульсирующего тока
используют конденсаторы МПГ (металлопленочные герметизированные)
и ФТ (фторопластовые термостойкие).
Полистирольные конденсаторы имеют исключительно высокое сопротив-
ление изоляции и очень низкую диэлектрическую адсорбцию, в результате
чего они способны запасать электрический заряд и полностью отдавать его
по мере надобности. Это свойство используется в радиочастотных настроеч-
ных контурах, интегрирующих контурах, настроенных контурах с высокой
добротностью и в цепях с высокой постоянной времени.
В процессе изготовления полистирольных конденсаторов, чтобы стабили-
зировать их емкость, секции, намотанные из пленки с обкладками алюминие-
вой фольги, подвергают термической обработке при нагреве выше темпера-
туры релаксации. При этом пленка дает усадку, плотно прилегая к обкладке,
устраняются воздушные включения между пленкой и обкладкой, а торцы
секций спекаются. Все это улучшает стабильность параметров конденсатора.
Изготовленные таким способом конденсаторы часто называют «запеченными».
Для повышения электрической прочности конденсаторов полистироль-
ную пленку наматывают в несколько слоев.
Очень важно создать хороший контакт между обкладкой и выводами из
фольги. В ряде случаев для обеспечения надежного контакта вывод припаи-
вают к обкладке.
Конденсаторы из политетрафторэтилена (фторопласта) обладают харак-
теристиками, подобными полистирольным конденсаторам. Фторопласт —
прекрасный нагревостойкий материал; его можно применять при температуре
окружающей среды до 200° С.
Существуют два способа изготовления тонких конденсаторных пленок
из этого материала: срезанием ленты с монолитного блока фторопласта и ли-
тьем из суспензии. Конденсаторы изготовляют, как и в предыдущих случаях,
навивкой ленты с обкладками из фольги или металлизированной ленты. Объем
конденсатора из металлизированного фторопласта примерно в 4 раза меньше
объема конденсатора с обкладками из фольги при одинаковой конструкции
при тех же номинальных значениях емкости и напряжения. Это очень важно,
так как из-за сравнительно низкой диэлектрической проницаемости фторо-
пласта конденсаторы обычно имеют небольшую удельную емкость.
Пропитка конденсаторов кремнийорганическими жидкостями улучшает
электрическую прочность, но снижает сопротивление изоляции, увеличивает
температурный коэффициент емкости, повышает диэлектрическую адсорбцию.
При изготовлении конденсаторов часто применяют полиэтилентерефта-
лат (майлар) — полиэфирный материал, являющийся превосходным диэлек-
триком. Он имеет более высокое сопротивление изоляции, чем бумага, и не-
сколько более высокую рабочую температуру (около 150° С). Майларовая
пленка используется как самостоятельно, так и в сочетании с бумагой или
другими пленками. Пленку серебрят или металлизируют в вакууме алюмини-
ем или цинком.
В последние годы при изготовлении конденсаторов стали применять облу-
ченный полиэтилен. Облучением бета- и гамма-лучами повышают верхний
предел рабочей температуры полиэтилена без значительного ухудшения
электрических свойств. Полиэтилен имеет очень низкие потери при всех радио-
частотах и низкую диэлектрическую проницаемость.
Слюдяные конденсаторы. В слюдяных конденсаторах диэлектриком слу-
жит высококачественная слюда, а обкладками — листки металлической
фольги или тонкие слои серебра, наносимого на поверхность слюды методом
вжигания или вакуумного распыления.
В зависимости от конструкции эти конденсаторы разделяют на две ос-
новные группы: герметизированные и защищенные от влаги компаундом или
268
пропиткой. Применяют также и полную герметизацию конденсаторов с вы-
водами через стеклянные проходные изоляторы.
Наиболее распространены конденсаторы типа КСО (конденсаторы слю-
дяные опрессованные) и КСГ (конденсаторы слюдяные герметизированные).
Малогабаритные конденсаторы СГМ выпускают в керамических корпусах.
Все слюдяные конденсаторы предназначены для работы в цепях постоян-
ного, переменного и пульсирующего токов. Благодаря малым потерям и вы-
сокому сопротивлению диэлектрика слюдяные конденсаторы используют глав-
ным образом в цепях высокой частоты, а также в качестве разделительных
и переходных элементов. '
Технологический процесс изготовления слюдяных конденсаторов состоит
из следующих этапов.
Из слюды вырезают пластинки требуемого размера, которые помещают
между обкладками из латунной, оловянной или медной фольги; полученный
пакет стягивают обжимками, чтобы жестко закрепить фольгу.
Выводные контакты закладывают при сборке или присоединяют к фольге
точечной сваркой. Листки фольгп для обкладок одной полярности соеди-
няют вместе. Для защиты от механических повреждений и частичной
герметизации пакеты опрессовывают пластмассой. Опрессованные конденса-
торы иногда пропитывают воскообразным веществом, заливают эпоксидной
смолой или пропитывают компаундами.
Если требуется повысить стабильность конденсаторов и уменьшить их,
размеры, фольгу не применяют, а слюдяные пластинки серебрят с обеих
сторон. Этот способ позволяет устранить воздушные зазоры между диэлек-
триком и обкладками, ухудшающие параметры конденсаторов. В этом слу-
чае выводы можно припаивать прямо к торцам пакетов, но обычно для улуч-
шения контакта с посеребренными пластинками между ними вкладывают ма-
ленькие кусочки латунной фольги.
Емкость каждого конденсатора можно с высокой степенью точности по-
догнать к заданной величине, соскабливая небольшие участки обкладки.
Керамические, стеклянные и стеклоэмалевые конденсаторы. Керамиче-
ские конденсаторы стали применять в радиоэлектронной аппаратуре сравни-
тельно недавно. Однако они уже имеют важное значение. Такой конденсатор
состоит в основном из керамической пластинки или трубки, снабженной об-
кладками из тонкого слоя металла, обычно из серебра, нанесенного методом
вжигания. Керамические конденсаторы имеют очень малые потери на высоких
частотах. Их широко используют в диапазоне ультракоротких волн (УКВ).
У этих конденсаторов емкость с течением времени не изменяется.
При известных условиях (высоких температурах и быстрых изменениях
давления) в керамических конденсаторах появляются пьезоэлектрические
эффекты. Если керамический конденсатор приобрел пьезоэлектрические свой-
ства, он будет ими обладать и в дальнейшем. Поэтому в таком конденсаторе
могут самопроизвольно возникать напряжения, которые впоследствии оказы-
ваются источниками помех в схемах с низким отношением сигнала к помехе.
Перенапряжения уменьшают срок службы керамических конденсаторов.
По экспериментальным данным срок службы конденсаторов обратно пропор-
ционален кубу напряжения. Керамические конденсаторы относительно хруп-
ки, легко повреждаются при ударах и вибрациях.
Применяют различные конструкции керамических конденсаторов по-
стоянной емкости — трубчатые, дисковые, опорные и проходные.
Характеристики каждого типа конденсатора могут быть различными в за-
висимости от используемого керамического материала, технологии произ-
водства и т. д. В зависимости от величины температурного коэффициента
емкости (ТКЕ) керамические конденсаторы разделяют на шесть групп, каж-
дая из которых имеет свой цвет окраски корпуса или маркировочной точки:
ТКЕ не нормируется................Н (оранжевый)
(120 dz 30) • 10~6................С (синий)
(30 ± 30) • 10~6..................Р (серый)
—(50 ± 30) • 10~6.................М (голубой)
269
— (700 zt 100) • 10-6................Д	(красный)
— (1 300 zt 200) • 10~6...........  .К	(зеленый)
Для работы в цепях постоянного и переменного тока в качестве контур-
ных, разделительных и блокировочных элементов применяют конденсаторы
КТМ (керамические трубчатые малогабаритные), К ДМ (керамические диско-
вые малогабаритные), КТК (конденсаторы трубчатые керамические), КДК
(конденсаторы дисковые керамические), КДУ (керамические дисковые ультра-
коротковолновые), КДС (керамические дисковые сегнетоэлектрические).
В цепях постоянного и пульсирующего тока (фильтрах) используют кон-
денсаторы типа КОБ (керамические опрессованные боченочные). В колеба-
тельных контурах, анодных, сеточных и фидерных цепях применяют разно-
образные конденсаторы КВКТ (конденсаторы высоковольтные керамические
трубчатые), а также КВКБ (конденсаторы высоковольтные керамические бо-
ченочные).
Конденсаторы из керамики 1 с малыми потерями и низкой диэлектри-
ческой проницаемостью обычно изготовляют в форме цилиндров или дисков,
но иногда им придают также вид плоских пластинок прямоугольной формы.
Конденсаторы с малым углом потерь обычно изготовляют из стеатита
(керамики на основе талька) с диэлектрической проницаемостью около 8.
Если используют трубчатые керамические заготовки, то их внутреннюю и вне-
шнюю поверхности металлизируют, нанося серебряную пасту кисточкой
с последующим вжиганием. Реже применяют погружение трубки, защищен-
ной экранами, в жидкую пасту.
Серебряную пасту вжигают при температуре 700—800° С. Если процесс
серебрения проводят недостаточно тщательно, то может ухудшиться ТКЕ.
Конденсаторы из керамики со средним значением диэлектрической про-
ницаемости изготовляют в основном из двуокиси титана (TiO2) или из ее
производных — титанатов щелочноземельных металлов (MTiO3). При изго-
товлении конденсаторов этого типа, кроме обычных методов производства
керамических изделий с применением окислительной среды, пользуются ча-
стичным восстановлением; при этом необходимо более тщательно контроли-
ровать температуру.
Для изготовления конденсаторов с высокой удельной емкостью приме-
няют смесь окислов бария и титана, эквивалентную титанату бария (BaTiO4),
с высокой диэлектрической проницаемостью (около 1 000—5 000 и выше).
Этот состав резко отличается по своим свойствам от титановой керамики,
которая имеет среднюю величину диэлектрической проницаемости.
Стеклянные конденсаторы имеют широкий диапазон рабочих температур
(от —55 до +200° С), низкий коэффициент мощности, высокое сопротивление
изоляции и более высокую электрическую прочность по сравнению, например,
со слюдяными, особенно при повышенных температурах. Изменение емкости
при колебаниях температуры у таких конденсаторов обратимо или циклично,
а ТКБ очень мал.
Применяются два способа изготовления стеклянных конденсаторов, ко-
торые применяют в зависимости от масштабов выпуска. В обоих случаях гиб-
кую стеклянную ленту получают непрерывным выдавливанием. В дальней-
шем технологический процесс ведут по двум схемам:
1) стекло нарезают на пластинки заданного размера, которые, чередуя
с листами фольги, набирают вручную в многопластинчатые секции;
2) стеклянную ленту и рулонную фольгу подают на автомат для механи-
зированной сборки секций.
В процессе сборки стеклянных пластинок и листков металлической фоль-
ги разнополярные обкладки сдвигают в противоположные стороны, за пределы
стеклянной ленты. Выводы присоединяют к обкладкам точечной сваркой вы-
ступающих краев фольги с серебряной или луженой медной проволокой.
1 Исходные керамические материалы, технология переработки кера-
мики и изготовления заготовок рассмотрены в гл. VI.
270
Собранную секцию помещают между двумя стеклянными пластинками уве-
личенной толщины, размеры которых достаточны, чтобы перекрыть секцию
со всех сторон. Затем эту секцию помещают в печь, где она спекается в мо-
нолитный блок.
Стеклоэмалевые конденсаторы представляют собой чередующиеся слои
стекло эмали и металла, нанесенные распылением с подсушкой после нанесе-
ния каждого слоя. Эмаль, используемая в качестве диэлектрика, представляет
собой полужидкую смесь такой консистенции, которая требуется для распы-
ления. Она состоит из окиси кремния, щелочных окислов и фторидов, окиси
свинца и других окислов. Иногда изготовляют одновременно несколько кон-
денсаторов, производя распыление по большой площади с последующей раз-
резкой полученных листов на секции. При распылении металлической (се-
ребряной) пасты применяют экраны, рассчитанные так, чтобы обкладки по-
очередно выходили к двум противоположным торцам секции.
После разрезки заготовки запекают и припаивают к ним выводы.
Электролитические конденсаторы. В конденсаторах этого типа в качестве
диэлектрика используют тонкий слой оксидной пленки, нанесенной на алю-
миниевую или танталовую фольгу; вторым электродом является электролит.
Эти конденсаторы отличаются самой высокой удельной емкостью и наимень-
шей стоимостью.
Электролитические конденсаторы предназначены для работы в цепях
с пульсирующим током для отфильтровывания переменных напряжений.
В нормальном рабочем режиме они имеют постоянный незначительный ток
утечки, который при перегреве конденсаторов может повышаться до недо-
пустимых значений, выводя конденсатор из строя. Емкость электролитиче-
ских конденсаторов значительно снижается при понижении рабочей темпе-
ратуры.
В зависимости от морозостойкости электролитические конденсаторы под-
разделяют на четыре группы:
Н (неморозостойкие)...........температура
М (морозостойкие)	............. »
ПМ (повышенной	морозостой-	»
кости) .......................... »
ОМ (особо морозостойкие)	...	»
от —10 до +60° С
» —40 » +60° С
»
» -50 » +60° С
» —60 » +60° С
Выпускаются конденсаторы типа КЭ (конденсаторы электролитические),
которые по способу крепления изготовляют в двух вариантах (КЭ-1а и КЭ-16);
ЭГЦ (электролитические герметизированные цилиндрические), выполняемые
также в зависимости от способа крепления в двух вариантах. Потребность
в малогабаритных конденсаторах привела к появлению конденсаторов типа
ЭМ (электролитические миниатюрные), выпускаемых в цилиндрическом кор-
пусе.
Особую группу малогабаритных конденсаторов образуют танталовые
конденсаторы ЭТО (электролитические танталовые объемно-пористые). Аноды
таких конденсаторов изготовляют из порошка методом спекания. На получен-
ном пористом аноде при использовании жидкого электролита резко увели-
чивается фактическая площадь электрода.
Танталовые конденсаторы при тех же рабочих температурах имеют мень-
шие размеры и вес, их легче применять на больших высотах, они меньше под-
вержены влиянию вибрации и влажной атмосферы, имеют малый ток утечки
(5—10 мка) и небольшое уменьшение емкости с течением времени, обладают
низкой индуктивностью. Срок службы оксидного слоя сравнительно высок.
Электролитические конденсаторы изготовляют из двух лент фольги: оксиди-
рованной и неоксидированной, между которыми помещают прокладку из
бумаги или ткани, пропитанную электролитом.
Основным процессом их изготовления является образование диэлектри-
ческой оксидной пленки на металлической поверхности электрохимическим
способом. Металл, на который наносится оксидная пленка, служит анодом
(положительным электродом) конденсатора; оксидная пленка является ди-
271
электриком, а катодом (отрицательным электродом) Служит электролит.
Электрический контакт между электролитом и оксидной пленкой осуществля-
ется через промежуточный слой фольгированного металла.
Если в качестве электрода используется алюминиевая фольга, ее по-
верхность бывает гладкая или травленая. Травление увеличивает площадь
поверхности электрода, что позволяет увеличить емкость при том же объеме.
Фольгу подвергают электрохимической обработке для получения пленки
окиси алюминия. Эта пленка чрезвычайно тонка. Она имеет диэлектрическую
постоянную 8 = 7-7-10 и эквивалентную электрическую прочность в 10 Мв/см.
Эту операцию называют формованием электрода конденсатора.
Толщина образующейся оксидной пленки зависит от напряжения на за-
жимах гальванической ванны. Рабочее напряжение конденсатора всегда не-
сколько ниже, чем напряжение формования. Чем тоньше пленка, тем боль-
шую емкость конденсатора можно получить в корпусе данного размера и тем
ниже будет его рабочее напряжение.
Между лентами оксидированной и неоксидированной оксидной фольги
помещают бумажные прокладки. Это делается для того, чтобы предотвратить
возможность короткого замыкания между анодной и катодной лентами, ко-
торое может произойти из-за шероховатости поверхности фольги и наличия
заусенцев на краях ленты. Кроме того, бумага впитывает электролит и, та-
ким образом, обеспечивает равномерный и плотный контакт со всей поверх-
ностью травленой анодной ленты в течение всего срока службы конденсатора.
Катодная лента служит исключительно для обеспечения электрического кон-
такта с электролитом, который по существу и является катодом электроли-
тического конденсатора.. Затем ленту фольги с бумажными прокладками
свертывают в виде цилиндра, помещают в корпус, пропитывают и гермети-
зируют. Выводы делают от обеих лент фольги.
Танталовые конденсаторы делятся на три группы: фольговые, объемно-
пористые и сухие.
У конденсаторов с танталовой фольгой емкость на единицу объема зна-
чительно больше, чем у конденсаторов с алюминиевой фольгой. Толщина
фольги доходит до 0,0125 мм. Диэлектрическая проницаемость у окиси тан-
тала почти вдвое больше, чем у окиси алюминия.
Танталовые конденсаторы, как и алюминиевые, изготовляют из гладкой
и травленой фольги. Они бывают полярные и неполярные и могут работать
в диапазоне температур от —55 до +125° С. Полярные танталовые конденса-
торы с гладкой фольгой выпускаются на рабочие напряжения от 3 до 450 в,
а с травленой фольгой — до 300 в постоянного тока. Они имеют наименьший
ТКЕ по сравнению с другими фольговыми конденсаторами. У фольговых тан-
таловых конденсаторов, находящихся под напряжением, ток утечки со вре-
менем обычно уменьшается. Пленка окиси тантала создается методом элек-
трохимического анодирования на поверхности танталовой фольги. Толщина
пленки зависит от напряжения и температуры формования. При температуре
гальванической ванны 100° С толщина пленки около 25 А на 1 в напряжения
формования. С увеличением напряжения и температуры толщина пленки уве-
личивается.
К ленте из танталовой фольги (еще не покрытой оксидной пленкой), ко-
торая будет служить анодом, приваривают вывод из тантала. Танталовые
ленты-электроды с выводами изолируют друг от друга тонкой пористой про-
кладкой и свертывают в цилиндр. После пропитки электролитом конденса-
тор с осевыми выводами из танталовой проволоки помещают в корпус и гер-
метизируют.
Объемно-пористые танталовые конденсаторы с жидким электролитом
имеют большую удельную емкость и малый ток утечки. Электрические харак-
теристики при низких температурах у них лучше, чем у фольговых конден-
саторов, но хуже, чем у сухих танталовых конденсаторов.
Анод объемно-пористого конденсатора представляет собою таблетку,
спрессованную из порошка тантала с добавлением органического связующего
вещества. Эти таблетки спекают в вакуумной печи, где связующее вещество
разлагается и испаряется, и они приобретают пористую структуру. Изгото-
272
вленный таким способом электрод обладает большой механической прочностью,
а его эффективная поверхность в 100 раз больше поверхности электрода из
монолитного тантала, имеющего такие же размеры. Таблетку подвергают
электрохимическому формованию (образование окиси) и герметически за-
купоривают в тонкостенном корпусе из серебра, заполненном электролитом.
В сухих танталовых конденсаторах — полярных и неполярных — вме-
сто жидких или полужидких электролитов использован твердый полупровод-
ник. Анод такого конденсатора представляет собою пористую танталовую
таблетку, которую спекают и формуют почти так же, как и для танталового
конденсатора с жидким электролитом. После формования таблетку пропиты-
вают водным раствором какой-либо соли марганца. При нагревании эта соль
разлагается и образуется двуокись марганца, которая служит твердым элек-
тролитом.
Наружный слой двуокиси марганца покрывают слоем какого-либо угле-
родистого соединения, на который накладывают металлический электрод.
Этот узел запаивают в металлический корпус и герметизируют. Иногда его
заформовывают в полиэфирную трубку. Так как твердый электролит не вы-
текает из конденсатора и не испаряется, срок службы конденсатора во много
раз больше долговечности электролитических конденсаторов с жидким или
полужидким электролитом.
Даже при сравнительно большой емкости сухих танталовых конденса-
торов ее величина, а также угол потерь постоянны в широком диапазоне тем-
ператур. Изменение емкости составляет при этом примерно 0,15% на один
градус Цельсия. У конденсаторов большой емкости ТКЕ еще меньше. Так,
конденсаторы с рабочим напряжением 6 в имеют ТКЕ 0,03% на один гра-
дус Цельсия. Ток утечки сухих танталовых конденсаторов при колебаниях
температуры изменяется так же, как и у других типов электролитических
конденсаторов.
11-3
ИЗГОТОВЛЕНИЕ КОНДЕНСАТОРОВ
ПЕРЕМЕННОЙ ЕМКОСТИ
Конденсаторы переменной емкости (рис. 11-3) предназначены
для тех узлов аппаратуры, где необходимо периодически плавно
изменять величину емкости. Наиболее распространены такие кон-
денсаторы, у которых подвижная группа пластин при повороте
оси входит в воздушные зазоры между пластинами неподвижной
группы (рис. 11-3, а). Они отличаются большой точностью регу-
лировки величины емкости, высокой стабильностью и незначи-
тельными потерями. Благодаря этому их широко применяют для
настройки высокочастотных колебательных контуров. Выпу-
скаются также конденсаторы переменной емкости с твердым
диэлектриком, помещенным между пластинами. Эти конденсаторы
используют в основном как подстроечные.
По характеру изменения емкости в зависимости от угла по-
ворота оси, что определяется той или иной формой пластин, кон-
денсаторы разделяют на четыре вида: прямоемкостные, прямовол-
новые, прямочастотные и средне линейные (логарифмические).
У прямоемкостных конденсаторов с полукруглыми подвиж-
ными пластинами емкость изменяется пропорционально углу
поворота оси. Их используют редко, главным образом в измери-
тельной аппаратуре. Прямоволновые конденсаторы имеют не-
273
сколько иную форму пластин; они позволяют изменять длину
волны колебательного контура пропорционально углу поворота
оси. Эти конденсаторы также применяют редко.
Более широко используют прямочастотные конденсаторы, даю-
щие равномерное изменение частоты контура по диапазону,
а также среднелинейные конденсаторы, у которых процентное
изменение емкости, приходящееся на градус поворота оси, остается
постоянным в любом месте шкалы. Это обеспечивает одинаковую
точность отсчета по всей шкале и значительно облегчает изготов-
ление спаренных конденсаторов на одной оси.
Конденсаторы переменной емкости, устанавливаемые в радио-
вещательных приемниках, обычно имеют функцию изменения
емкости, близкую к среднелинейной.
Рис. 11-3. Конденсаторы переменной емкости.
а — одинарный; б — спаренный.
Для радиоаппаратуры широкого применения изготовляют
одинарные конденсаторы и блоки спаренных (два конденсатора на
одной оси — см. рис. 11-3, б) и строенных конденсаторов пере-
менной емкости с воздушным диэлектриком. Минимальная емкость
(подвижные пластины полностью выведены) таких конденсаторов
лежит в пределах 10—17 пф, а максимальная (пластины пол-
ностью введены) — в пределах 450—540 пф. Сопротивление
изоляции между группами подвижных и неподвижных пластин
конденсатора при любом повороте его оси должно быть не менее
200 Мом. В радиоаппаратуре с ультракоротковолновым диапазо-
ном устанавливают конденсаторы, емкость которых при повороте
оси на угол от 0 до 180° изменяется примерно от 8 до 20 пф.
Разновидностью переменных конденсаторов являются под-
строечные или полупеременные конденсаторы.
Подстроечные конденсаторы применяют для точной фиксиро-
ванной подстройки емкости в цепях высокой частоты, чаще всего —
в колебательных контурах. Для этого одну из обкладок или
группу обкладок делают подвижной по отношению к другой/
неподвижной обкладке (рис. 11-4). Обычно такие конденсаторы
274
обладают сравнительно небольшими пределами изменения емкости.
Конденсаторы этого типа разделяют на две основные группы:
с воздушным и твердым диэлектриком. Воздушные конденсаторы
выпускают двух основных видов: плоские и цилиндрические.
Из подстроечных конденсаторов с твердым диэлектриком наиболее
распространены керамические, которые в зависимости от кон-
струкции разделяются на два вида: плоский поворотный и цилин-
дрический.
Промышленность выпускает подстроечные конденсаторы серии
КПК (конденсаторы подстроечные керамические), предназначен-
ные для работы в цепях постоянного и переменного токов. В зави-
симости от конструктивного исполнения они носят обозначения:
КПК-1, КПК-2, КПК-3 и КПК-5. Статор этих конденсаторов пред-
ставляет собой керамическое основание, на поверхность кото-
рого нанесен тонкий слой серебра, образующий сектор обкладки.
Ротором служит керамический диск с таким же сектором.
Емкость конденсатора изменяют поворотом
диска.
Конденсаторы переменной емкости мо-
гут иметь следующие неисправности: про-
бой, замыкание пластин, утечки, измене-
ние номинального значения емкости.
Пробой конденсатора может быть выз-
ван чрезмерным повышением напряжения,
в результате чего происходят пробой изо-
ляции и короткое замыкание между об-
кладками. Замыкание пластин, чаще всего
Рис. 11-4. Полуперемен-
ный конденсатор.
встречающееся в воз-
душных переменных конденсаторах, происходит в результате их
деформации. Утечки появляются вследствие повышенного их на-
грева конденсатором, из-за чего снижается сопротивление изоля-
ции и конденсатор начинает пропускать постоянный ток. Номи-
нальное значение емкости может измениться вследствие длитель-
ной работы конденсатора или при колебаниях температуры ок-
ружающей среды.
Собранные конденсаторы могут иметь такие дефекты: сопри-
касание роторных и статорных пластин, наличие продольного
(аксиального) и поперечного (радиального) зазоров оси роторной
системы, в токосъемниках и других конструктивных элементах,
неплавный ход ротора при его вращении, отсутствие смазки
в подшипниках и подпятниках.
Для устранения непосредственных дефектов сборки производят
внешний осмотр, удаляя из конденсаторов и особенно из промежут-
ков между роторными и статорными пластинами пыль, металли-
ческую стружку, капельки припоя и другие посторонние предметы
струей сжатого воздуха. Такую очистку (продувание) выпол-
няют в специально отведенном для этого помещении, оборудо-
ванном мощной вытяжной вентиляцией. После осмотра конден-
саторы подвергают электрическим, механическим и климатиче-
275
ским испытаниям, объем и содержание которых определяются
назначением, а также условиями эксплуатации радиоаппара-
туры.
В процессе электрических испытаний проверяют величину
сопротивления изоляции между статором и корпусом, если ротор
электрически соединен с корпусом, или между ротором и стато-
ром, когда в конструкции конденсатора применена керамическая
ось ротора; измеряют начальную и максимальную величины
емкости, что совмещается с тарировкой (настройкой) секции;
испытывают на микрофонный эффект; проверяют величину и
постоянство сопротивления электрических контактов токосъем-
ников.
Сопротивление изоляции между статором и корпусом блока,
если ротор электрически соединен с корпусом, или сопротивление
изоляции между статором и ротором, когда последний электри-
чески не соединен с корпусом, должно быть не менее 1 000 Мом.
Воздушный промежуток между роторными и статорными пласти-
нами, величина которого равна не более 0,5 мм, должен выдер-
живать без электрического пробоя напряжение 500 в постоянного
тока при любом угле поворота ротора.
Конденсаторы радиопередающих устройств с промежутком
между разноименными пластинами более 0,5 мм испытывают на
пробой удвоенным рабочим напряжением постоянного или пере-
менного тока промышленной частоты (50 гц). Электрическую
прочность воздушного промежутка проверяют в шкафу с автома-
тической блокировкой; при открывании дверцы напряжение
с испытуемого конденсатора снимается.
Начальная и максимальная емкости должны укладываться
в определенные допуски, указанные в технических условиях.
Этот вид испытаний совмещают с тарировкой отдельных секций
конденсаторов с тем, чтобы достигнуть точного совпадения кри-
вых изменения емкости при любом угле поворота ротора. Сопря-
жение нескольких секций блока конденсаторов производят на
установках, оснащенных высокоточными измерительными при-
борами, реагирующими на малейшие изменения емкости.
Перед проверкой емкости необходимо испытать конденсаторы
на отсутствие пробоя и величину утечки. В процессе электриче-
ских испытаний выполняют еще одну важную операцию — под-
гонку емкостей отдельных секций блока конденсаторов перемен-
ной емкости. Для этой цели крайние пластины всех секций ротора
делают разрезными.
Изменяя величину воздушного зазора между отдельными
частями разрезных пластин и соответствующими пластинами ста-
тора, можно регулировать величину емкости каждой секции при
данном положении ротора. Обычно сопряжение секций блока
конденсаторов переменной емкости производят в 6—8 точ-
ках.
В разрезных пластинах после регулировки сопряжения сохра-
276
ияются остаточные внутренние напряжения, которые с течением
времени вызывают расстройку сопряжения. Эти внутренние на-
пряжения устраняют, подвергнув блок конденсаторов переменной
емкости старению посредством многократного нагрева в термо-
стате до температуры 70—80° С и последующего медленного
охлаждения.
Микрофонный эффект является следствием акустической обрат-
ной связи между громкоговорителем и гетеродинной секцией
блока конденсаторов переменной емкости. Механические колеба-
ния пластин конденсатора вызывают частотную модуляцию напря-
жения гетеродина, что приводит к появлению колебаний низкой
частоты на выходе радиоприемника.
Устранению микрофонного эффекта способствует отжиг пла-
стин ротора и статора, уменьшающий их упругость. К другим
технологическим мероприятиям, снижающим возможность воз-
никновения микрофонного эффекта, относится в первую очередь
прочное закрепление пластин, а также смазывание клеем БФ-4
мест присоединения роторных и статорных пластин к осям ротора
и швеллерам статорных систем. Применение роторов и статоров,
изготовленных литьем под давлением, устраняет возможность
возникновения микрофонного эффекта.
Перечисленным выше испытаниям подвергают все выпускае-
мые конденсаторы. Выборочно проверяют величину емкости кон-
денсатора в разных точках после 10 000 поворотов его оси на
угол от 0 до 180° и обратно: емкость не должна отклоняться более
чем на 0,25% от первоначального значения.
При механических испытаниях измеряют момент вращения
оси ротора, который не должен быть менее 250 и более 450 Гем,
определяют контактное давление пружин токосъемников — оно
должно быть менее 60 Г, проверяют вибропрочность, ударную
прочность и износоустойчивость.
Момент вращения измеряют с помощью несложного приспособ-
ления — градуированной штанги с передвигающейся по ней
гирей. Штанга крепится на оси ротора испытуемого конденсатора.
Усилие пружины определяют динамометром. Вибропрочность и
ударную прочность проверяют на вибростендах и ударных плат-
формах согласно техническим условиям.
Для испытания на износоустойчивость применяют механизмы,
которые поворачивают ось ротора на 360° или на предельный угол.
Обычно дают 10 000 полных оборотов оси на угол 360° или же
10 000 двойных поворотов на 180°, после чего зазор не должен
превышать допустимой величины.
Момент вращения оси ротора и контактное давление измеряют
на всех экземплярах изготовленных конденсаторов, остальные
испытания носят выборочный характер.
Климатические испытания заключаются в определении воз-
действия тепла, холода и влажности на электрические параметры
конденсаторов. После испытаний теплом и холодом вычисляется
277
температурный коэффициент емкости конденсаторов. Величина
ТКЕ является объективным показателем качества конденсаторов.
Климатические испытания проводят выборочно.
После климатических испытаний проверяют: состояние анти-
коррозионных покрытий, плавность хода роторной системы и
величину переходного сопротивления токосъемников.
Глава
XII
ТЕХНОЛОГИЯ СБОРОЧНЫХ РАБОТ
12-1
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ
ПРОЦЕССЕ СБОРКИ
Технологии сборки радиоаппаратуры уделяется много внима-
ния. Это объясняется высокой удельной трудоемкостью сборочных
процессов, а также значительным влиянием сборочных операций
на выходные параметры изделий.
Сборочные работы в зависимости от конструкции изделий радио-
аппаратуры и масштаба производства иногда составляют 30—40%
от общей трудоемкости их изготовления. Такая высокая трудоем-
кость сборочных работ объясняется рядом особенностей, харак-
терных для радиотехнического производства. Основными из них
являются:
1)	сложность и значительная номенклатура элементов кон-
струкции современной радиоаппаратуры, наличие длинных раз-
мерных цепей и большого количества межузловых связей, что
обусловливает большой удельный вес пригоночных и регулиро-
вочных работ и в ряде случаев механической обработки деталей
(узлов) в процессе сборки.
2)	наличие в сборочных процессах операций, обеспечивающих
физические параметры изделий (упругость, магнитная прони-
цаемость, электрическое сопротивление, индуктивность, емкость
и т. д.), и сложность их выполнения;
3)	сравнительно низкий уровень механизации и автоматиза-
ции процессов сборки.
В общем виде сборочный процесс — это соединение в опреде-
ленной последовательности отдельных деталей и радиоэлементов
в сборочные группы, узлы, блоки, приборы, системы для полу-
чения готового изделия. Выбор последовательности операций
сборочного процесса зависит от конструкции изделия и органи-
зации процесса сборки.
В соответствии с делением изделия на группы, подгруппы и
узлы различают общую сборку и узловую сборку.
Общей сборкой называется часть технологического процесса
278
сборки, в течение которой происходит фиксация составляющих
групп, подгрупп и узлов, непосредственно входящих в гото-
вое изделие.
В результате общей сборки должно получиться готовое изде-
лие, соответствующее всем предъявляемым к нему тактико-техни-
ческим требованиям или техническим условиям.
Узловой сборкой называется часть технологического процесса
сборки, которая имеет целью образование групп, подгрупп и
узлов, входящих в данное изделие, в соответствии с предъявляе-
мыми к ним требованиями.
В зависимости от степени сложности изделия (узла) и мас-
штаба производства применяют механизированную или автома-
тизированную технологическую оснастку для сборки.
Помимо собственно процессов сборки, к категории сборочных
работ относят операции по подготовке деталей (узлов) к сборке:
очистка, промывка, изоляция, пропитка, окраска и др.
К процессу сборки относятся также операции, связанные с про-
веркой правильности действия всего изделия или его отдельных
узлов, а также комплекс работ по испытанию и монтажу изго-
товленных изделий.
При построении технологического процесса сборки анализи-
руют технологичность конструкции, унифицированность изготов-
ляемых приборов и их сборочных элементов: производственные
погрешности (методы обеспечения размерной и физической взаимо-
заменяемости), типизацию технологического процесса и степень
его дифференциации, направление и цели механизации и автома-
тизации сборки, разновидности технико-организационного по-
строения процесса.
Необходимым условием успешного построения процесса сборки
является предварительное установление месячной производствен-
ной программы цеха на длительный период. В этой программе
отражают планируемые качественные и количественные изме-
нения продукции.
При конструировании радиоаппаратуры уделяют особое вни-
мание технологичности конструкции отдельных деталей, сбороч-
ных элементов и прибора в целом, так как технологичность изде-
лий существенно сказывается на качестве сборки, ее трудоем-
кости и себестоимости.
Общие технологические требования деталей сводятся к допу-
стимости параллельной и независимой узловой сборки, взаимо-
заменяемости деталей и узлов, обеспечению свободного доступа
к монтажу.
Порядок сборки состоит из нескольких перечисленных ниже
этапов.
А.	Механического монтажа, который проводят в следующей
последовательности:
выполнение неподвижных соединений (развальцовка, сварка
и т, п.) деталей и узлов с шасси радиоприбора;
279
установка крепежных механических деталей, т. е. выполнение
разъемных соединений (угольники, ламповые панели и т. п.);
механическая установка радиотехнических деталей на шасси
радиоприбора (трансформаторы, дроссели и т. п.);
выполнение подвижных частей узлов и механическая уста-
новка деталей, которые могут заменяться в процессе настройки;
контроль механического монтажа.
Б. Электрического монтажа, который проводят в следующей
последовательности:
производство заготовительных электромонтажных операций
(подготовка проводов, жгутов, кабелей, выводов радиодеталей
и т. п.);
установка навесных радиодеталей на платах (пайка, приклеи-
вание, проволочный и печатный монтаж и т. п.);
узловая сборка и электрический монтаж;
сборка узлов на шасси и межузловой электрический монтаж,
выполнение операций соединения жгутов с разъемами радио-
прибора;
контроль и регулировка радиоприбора.
В.	Общей сборки готового изделия (закрепление регулиро-
вочных деталей, установка кожухов и т. п.).
Технологический процесс сборки радиоаппаратуры связан с вы-
полнением значительного комплекса различного рода соединений.
Все возможные виды соединений могут быть разделены на две
основные группы: неподвижные и подвижные соединения. Непо-
движные соединения предназначаются для обеспечения неизмен-
ного взаимного расположения соединяемых элементов конструк-
ции. Подвижные соединения предназначаются для перемещения
одной части конструкции относительно другой в заданных пре-
делах.
Эти две группы соединений разделяются в свою очередь на
неразъемные и разъемные.
Соединение считается неразъемным, если его разборка сопро-
вождается разрушением деталей или материалов, с помощью
которых оно осуществлено. Неразъемные соединения выпол-
няются склепыванием, развальцовкой, пластическим деформиро-
ванием элементов соединяемых деталей, запрессовкой, пайкой,
сваркой, склеиванием, скреплением с помощью компаундов и
замазок. Этот перечень далеко не исчерпывает всего многообразия
способов выполнения неразъемных соединений, в чцсло которых
входят также заливка, запекание и т. д.
Разъемные соединения рассчитаны на то, что части конструк-
ции могут быть разобраны без разрушения как соединенных, так
и соединяющих деталей. К ним относятся, например, соединения
винтами, болтами и гайками, шпильками и т. п.
Разъемные соединения характерны, главным образом, для
общего приборостроения, и поэтому специально рассматриваться
не будут.
280
12-2
СКЛЕПЫВАНИЕ, РАЗВАЛЬЦОВКА
И ЗАПРЕССОВКА
Неразъемные соединения могут быть осуществлены непосред-
ственно расклепыванием цапф деталей (рис. 12-1) или с помощью
заклепок (рис. 12-2). Часть детали или заклепки, подлежащая
расклепыванию, называется замыкающей. Она образуется из той
части стержня цапфы или заклепки, которая выступает над по-
верхностью одной из соединяемых деталей.
Рпс. 12-1. Соединения дета-
лей расклепыванием цапф.
а — с потайной головкой; б —
с полукруглой головкой; в — с
плоской головкой; г — с конус-
ной головкой; д — с полупо-
тайной головкой.
Рис. 12-2. Виды заклепоч-
ных соединений.
Развальцовка пустотелых и полупустотелых заклепок
(рис. 12-3) применяется для соединения неметаллических деталей.
В радиоаппаратостроении применяются заклепки различных
видов; наиболее распространенные из них показаны на рис. 12-4.
Склепывание стандартными заклепками можно выполнять
двумя способами:
удары наносят по закладной головке, а замыкающая головка
образуется от ударов стержня заклепки о поддержку;
удары наносят по замыкающей части, а закладная часть по-
коится на поддержке.
При закладке цапфы детали или стержня заклепки подаются
в отверстие до упора с помощью подставки. При непосредственном
расклепывании цапф деталей часто применяют подставки с подвиж-
ными губками, обжимающими деталь (рис. 12-5) и предохраняю-
щими ее от изгиба и расплющивания в процессе клепки.
281
В отверстия малого диаметра заклепки вставляют пинцетом
йли плоскогубцами. При несоосности отверстий в соединяемых
деталях или при недостаточной очистке отверстий, получаемых
вырубкой в штампах, их калибруют развертками. Если детали
соединяют несколькими заклепками, то во избежание смещения
отверстий одной детали относительно другой пользуются лови-
телями (фиксаторами, которые представляют собой стержни,
выточенные на конце под диаметр отверстия). Концами их встав-
Рис. 12-3. Соединения с помощью
пустотелых и полупустотелых закле-
пок.
Рис. 12-4. Наиболее распространен-
ные виды заклепок.
а — с полукруглой головкой (ГОСТ
10299-62); б — с потайной головкой
(ГОСТ 10300-62); в — с плоской головкой
(ГОСТ 10303-62); г — с полупотайной го-
ловкой (ГОСТ 10301-62); д — трубчатая
пустотелая; е — трубчатая непустотелая;
ж — специальная; з — заклепка-пистон.
ляют в наиболее отдаленные друг от друга отверстия. Своими
буртиками ловители опираются на одну из плоскостей детали,
подлежащей склепыванию, что предотвращает взаимное смещение
деталей.
При большом количестве заклепок их надо вводить через два,
три или пять отверстий и только после их некоторой осадки можно
вставлять заклепки в свободные отверстия.
Отверстия под заклепки в соединяемых деталях должны быть
строго соосны. Если они расположены в один ряд, допуск на
межцентровое расстояние определяют по формуле
где d — диаметр заклепки;
dr — диаметр отверстия,
282
Если отверстия под заклепки располагаются в несколько рядов,
указанный допуск находят по формуле
2/2	2,83
Детали с непосредственным расклепыванием цапф и заклепки
обычно изготовляют из стали Ст10 и Ст20, нержавеющей стали,
латуни, меди, алюминия, дюралюминия.
Дюралюминиевые заклепки необходимо за-
каливать.
В зависимости от характера воздействия
на стержень заклепки различают три способа
склепывания: ударом, прессованием и раз-
вальцовкой полых заклепок и цапф деталей.
Полые заклепки и цапфы деталей (рис.
12-6) развальцовывают на сверлильных и,
реже, на токарных станках.
На рис. 12-7 показана схема развальцов-
ки фланца 1 для соединения его с корпусом
2 с помощью развальцовочной оправки 3.
Фланец закреплен в патроне 4 токарного
станка. При развальцовке оправка постепен-
но подается на вращающие детали и форми-
рует головку заклепки (цапфы). Так же вы-
полняют завальцовку, применяя давильни-
ки или оправки cf роликами.
Для операций развальцовки и завальцов-
ки можно использовать и специальное прес-
совое оборудование. На малогабаритных
прессах и в специальных приспособлениях
Рис. 12-5. Подставка,
применяемая при рас-
клепывании цапф де-
талей.
1 — подвижные губки;
2 — расклепываемая де-
таль.
производят запрес-
совку — посадку цилиндрических и
конических шпилек и подоб-
Рис. 12-6. Развальцовка полых за-
клепок на сверлильном станке.
Рис. 12-7. Развальцовка
фланца на токарном
станке.
пых им деталей, а также закрепление тонких плоских деталей,
например зубчатых секторов, на осях (рис. 12-8).
283
Схема маятникового пресса с ножным приводом показана на
рис. 12-9. При нажиме на педаль рычаг 1 поворачивается вокруг
оси <2; жестко соединенный
с
на переходной оси.
б — развальцовка; в —
опрессовка.
Рис. 12-8. Крепление зубчатого
сектора	—
а — посадка;
передается коленчатому валу ,
ном 3 от педали 4. Коленчатый
рычагом шарнир 3 перемещает пол-
зун 4 но направлению к столу
пресса. Величину хода ползуна в
зависимости от выполняемой рабо-
ты и применяемого приспособле-
ния регулируют винтом 5.
Для клепальных работ, расче-
канки, завальцовки и развальцов-
ки применяют также специализи-
рованные и специальные клепаль-
ные станки с механическим приво-
дом. На рис. 12-10 приведена
кинематическая схема быстроход-
ного клепального станка для раз-
вальцовки втулок и других опе-
раций.
Станок приводится в действие
от электродвигателя 7; вращение
2, который включается фрикцио-
вал связан с тягой 5, снабженной
Рис. 12-9. Маятниковый пресс с
ножным приводом.
Рис. 12-10. Кинематическая схема
быстроходного клепального стан-
ка.
амортизатором 6. Во время вращения вала тяга сообщает коро-
мыслу 7 с деревянным брусом 8 вибрационные колебания вокруг
шарнира крепления коромысла. Деревянный брус служит для
284
смягчения шума от ударов коромысла по шпинделю 9, прикреп-
ленного ременной связкой к брусу 8.
Шпиндель 9 имеет шпонку и свободно проходит через отвер-
стие червячного колеса 10, получающего вращение от червяка 11.,
который в свою очередь приводится во вра-
щение от шкивов 12 и 13.
Кинематика станка обеспечивает воз-
вратно-поступательное и вращательное дви-
жение шпинделя 9, а с ним и закреплен-
ной на его конусе обжимке 14 или раз-
вальцовке.
Гидравлические прессы применяются
для выполнения неразъемных соединений
главным образом на участках предвари-
тельной сборки механических цехов и го-
раздо реже — в линиях окончательной
сборки изделий. Они приводятся в дей-
Рис. 12-11. Принципи-
альная схема гидравли-
ствие насосом, а иногда — от гидросети ческого пресса.
общего назначения.	i _ цилиндр насоса; 2 —
Гидравлический пресс (рис. 12-11) СО- цилиндр пресса.
стоит из насоса, работающего от электро-
двигателя; распределительного устройства, обеспечивающего на-
правление потоков жидкости в системе и последовательно — на-
правление движения поршня пресса; цилиндра и поршня, на
конце штока которого укрепляется рабочий инструмент.
Рис. 12-12. Малогабаритный гидравлический пресс.
Простейший гидравлический пресс показан на рис. 12-12.
Электродвигатель 1 приводит в действие насос, который подает
масло через золотниковое устройство с манометром 4, работающее
от рукоятки 2, в цилиндр 3 и сообщает прямой или обратный ход
285
поршню с ползуном 5. На последнем укреплен рабочий инстру-
мент.
Пневматические прессы работают от заводской пневмосети и,
реже, от специального привода. Сжатый воздух поступает в воз-
духораспределительное устройство, из которого направляется в ту
или иную полость цилиндра, воздействуя на поршень.
Типичная конструкция пневматического пресса показана на
рис. 12-13. Пресс состоит из станины 7, цилиндра 2, который
286
Можно устанавливать по высоте с помощью болтов 5, кронштейна 4,
воздушного, крана 5, тяги 6 и педали 7.
При нажиме на педаль 7 шток 8 воздушного крана опускается
вниз, соединяя штуцер 9 со штуцером 10. Воздух, поступая по
трубопроводу 11 в цилиндр, давит на поршень 12 \ при этом шту-
цер 13, соединяясь с кольцевой выточкой штока воздушного
крана, сообщается с атмосферой, благодаря чему облегчается ход
поршня, укрепленного на штоках 14 и 15. После прекращения
нажима на педаль 7 шток 8 под действием пружины 16 возвра-
щается в исходное положение, отверстие в штоке соединяет каналы
штуцеров 13 и 9, а штуцер 10 сообщается с атмосферой, в резуль-
тате поршень возвращается в исходное положение.
Рис. 12-14. Рычажно-пневматический пресс.
Ход поршня регулируют гайкой 17, а воздушный кран —
гайками 18 и 19.
Пресс работает от пневмосети с давлением 4 ат, развивая
усилие 400 кГ. Максимальный ход штока 190 мм.
Широкое распространение получили рычажно-пневматические
прессы. Пресс для развальцовки пустотелых заклепок и запрес-
совки деталей (рис. 12-14) состоит из корпуса 1, установленного
на основании 2, пневмоцилиндра 3 со штоком 4, который упи-
рается в рычаг 5, закрепленный шарнирно на оси 6 и оттягивае-
мый пружиной 7. Короткое плечо рычага 5 шарнирно соединено
с ползуном 8, несущим рабочий инструмент 9. Пресс приво-
дится в действие от пневматической системы 10 пусковым кра-
ном 11, включаемым йедалью 12 через зубчато-реечную пару
13 и 14.
В последнее время для клепки, развальцовки и других сбороч-
ных процессов стали широко применять электромагнитные прессы.
В их конструкции органически объединены машина-двигатель и
287
машина-орудие \ что делает электромагнитные прессы компакт-
ными и удобными в эксплуатации.
Электромагнитный пресс (рис. 12-15) состоит из литого или
сварного корпуса с основанием 7, на котором укреплена катушка 2
соленоида с входящим в нее сердечником 3. Сердечник соленоида
через тягу 4 шарнирно соединен с коромыслом 5, жестко насажен-
ным на ось 9. На другом конце коромысла укреплен груз, подни-
мающий сердечник при обесточенной катушке соленоида в крайнее
верхнее положение, ограничиваемое упором 6. В некоторых кон-
струкциях таких прессов роль груза выполняют пружины, рабо-
тающие на сжатие или растяжение.
Рпс. 12-15. Электромагнитный соленоидный пресс.
На другом конце оси 9, проходящей через корпус пресса, на-
сажен хомутик 7. В пазах хомутика на пальце укреплена тяга 10.
шарнирно соединенная с ползуном 77; в нижней части ползуна
укрепляется рабочий инструмент. Величина хода ползуна регу-
лируется подвижным упором 8.
Прессы с электромагнитами переменного тока могут работать
непосредственно от промышленной сети, но из-за малой экономич-
ности и сложности конструкции они не получили широкого рас-
пространения; в настоящее время применяются главным образом
электромагнитные прессы, работающие на постоянном токе.
12-3
ПАЙКА
Пайка применяется как для скрепления друг с другом отдель-
ных элементов конструкции, так и для электрического соединения
проводников (монтажа). Качество выполнения монтажных работ,
и в частности качество пайки, в значительной мере определяет
эксплуатационную надежность радиоаппаратуры в целом.
При проектировании технологических процессов пайки не-
обходимо правильно выбрать припои, флюсы и режимы пайки,
1 М. Е. Слуцкий, О. Н. Яковлев, Л. И. Андреев-
Рыбаков, Электромагнитные штамповочные прессы, Машгпз, 1955.
288
обеспечивающие получение требуемых эксплуатационных свойств
соединений, герметичности, стойкости против коррозии и т. д.
Технолог и конструктор должны ясно представлять сущность
физико-химических процессов, происходящих при пайке, знать
свойства различных припоев и флюсов.
Пайка представляет собой соединение металлических деталей
в нагретом состоянии расплавленным металлом или сплавом
(припоем). В процессе пайки происходит взаимное растворение
и диффузия припоя и основного металла, чем и обеспечивается
после затвердевания припоя определенная механическая проч-
ность паяного соединения. В отличие от сварки при пайке не
происходит расплавления основного металла соединяемых дета-
лей, так как температура плавления припоя всегда ниже тем-
пературы плавления основного металла.
Для взаимного проникновения припоя и основного металла,
т. е. для получения прочного соединения, температура нагрева
спаиваемых деталей в зоне шва должна быть несколько выше тем-
пературы плавления припоя. Спаиваемые детали нагревают в пе-
чах, в пламени газовой горелки, токами высокой частоты, паяль-
ником.
Смачивание основного металла расплавленным припоем и расте-
кание последнего, обеспечивающее хорошую адгезию припоя
к основному металлу и их взаимную диффузию, возможно только
при отсутствии окисных и жировых пленок, а также других за-
грязнений на поверхности основного металла. Образование проч-
ного соединения припоя с основным металлом происходит лишь
в том случае, если поверхности спаиваемых деталей абсолютно
чисты. Для удаления окислов и загрязнений детали перед пайкой
зачищают. В результате зачистки получают шероховатую поверх-
ность — сеть капиллярных канавок, которые увеличивают сма-
чивание основного металла припоем. Способ зачистки имеет
большое значение. Зачистка наждачной шкуркой или металли-
ческими щетками (крацевание) дает лучшие результаты, чем,
например ^травление, так как в первом случае получается канав-
чатая поверхность, а во втором — ямчатая, не вызывающая капил-
лярного эффекта и, следовательно, не способствующая улучше-
нию смачивания припоем основного металла.
Для защиты поверхностей спаиваемых деталей от интенсивного
окисления в результате нагрева место пайки покрывают флюсом,
который образует жидкую и газообразную преграду между по-
верхностями спаиваемых деталей и окружающим воздухом. Дей-
ствие большинства флюсов не ограничивается защитой места
пайки от окисления: они очищают поверхности спаиваемых дета-
лей от загрязнений, растворяют окисные пленки и способствуют
лучшему затеканию расплавленного припоя в зазоры между
спаиваемыми деталями.
В качестве припоев применяют различные цветные металлы и
сплавы. В соответствии с применяемыми припоями различают
Ю А. Т. Белевцев
289
два основных вида пайки. Твердые припои (медные, медно-цинко-
вые и серебряные) имеют высокую температуру плавления
(700—900° С) и применяются для пайки конструкций, несущих
повышенные механические нагрузки. Соединения отличаются вы-
сокой механической прочностью (предел прочности при растяже-
нии до 50 кГ/мм2). Мягкие припои имеют температуру плавления
ниже 350° С и сравнительно невысокую механическую прочность.
В производстве электро- и радиоприборов применяются оба
вида припоев. Пайку монтажных соединений производят исклю-
чительно мягкимп припоями с помощью электрических паяль-
ников.
В ряде случаев применяют нагрев в печах или токами высокой
частоты.
В большинстве случаев детали перед пайкой мягкими при-
поями залуживают, т. е.
Рис. 12-16. Схема процесса
лужения паяльником.
1 — флюс; 2 — поверхностный
слой окисла; 3 — растворенный
окисел; 4—газообразный флюс;
5 — сплав припоя с основным
металлом; 6 — жало паяльника;
7 — металл.
покрывают слоем расплавленного при-
поя. При лужении происходит сплав-
ление припоя с основным металлом,
что облегчает пайку при сборке; сплав-
ление припоя со слоем полуды требует
меньшей температуры нагрева.
Схема процесса лужения показана
на рис. 12-16. Место пайки покрывают
флюсом, затем наносят с помощью паяль-
ника расплавленный припой.
Кислоты, содержащиеся во флюсах
или в их компонентах, разлагаются
при нагревании, производят травление
поверхности основного металла и пре-
вращают его окислы в металлические
соли. Некоторые вещества, входящие в состав флюсов, при на-
гревании переходят в газообразное состояние и воздействуют на
окисную пленку еще до того, как жидкий флюс достигнет окисла.
Жидкая и газообразная части флюса в процессе пайки образуют
защитную преграду, исключающую доступ воздуха, а следова-
тельно, и окисление поверхности основного металла при темпера-
туре пайки (250—350° С), поэтому важно, чтобы не было потерь'
флюса в результате испарения, разложения или сгорания до нане-
сения расплавленного припоя на поверхность основного металла.
Таким образом, флюсы растворяют окисные пленки и умень-
шают поверхностное натяжение расплавленного припоя, улуч-
шают растекание припоя.
Припои. Припои должны обеспечивать высокое качество
швов и простоту выполнения пайки. В связи с этим к ним предъ-
являют два вида требований: конструкционные и технологические.
К первым относятся достаточная механическая прочность
в условиях нормальных, высоких и низких температур, хорошие
электропроводность и теплопроводность, герметичность, стойкость
против коррозии и др. Ко вторым — жидкотекучесть при тем-
290
пературе паики, хорошее смачивание основного металла, опреде-
ленные для данного припоя температура плавления и величина
температурного интервала кристаллизации.
В качестве мягких припоев применяют различные сплавы на
основе свинца и олова, содержание которых определяет свойства
припоев. Некоторые мягкие припои содержат присадки сурьмы,
серебра, висмута и кадмия, придающие припою специальные
свойства. Так, серебро и сурьма повышают, а висмут и кадмий
понижают температуру плавления и затвердевания. Серебро
задерживает снижение прочности при старении. Сурьма также
несколько увеличивает прочность припоя, но делает его хрупким
и ухудшает его растекание на меди. При пайке цинка или цин-
ковых сплавов сурьма, входящая в состав припоя (до 2,5%),
образует хрупкие сурьмяно-цинковые соединения (поэтому в таких
случаях содержание сурьмы в припое не должно превышать 0,25%).
При сборке радиоаппаратуры применяют мягкие припои
четырех групп: оловянно-свинцовые; малооловянистые, легко-
плавкие, специальные.
Оловянно-свинцовые припои (ПОС) представ-
ляют собой сплавы олова и свинца с присадкой 0,15—-2,5 % сурьмы
(табл. 12-1).
Физические и механические свойства оловянно-свинцовых при-
поев указаны в табл. 12-2.
Таблица 12-1
Химический состав оловянно-свинцовых припоев
Припой	Химический состав, %			
	Sn	Sb	РЬ	Си (не более)
Оловянно-свинцовые: ПОС-90	89—90	Не более 0,15	Остальное	0,08
ПОС-61	56—61	Не более 0,8	»	0,1
ПО-50	49—60	Не более 0,8	»	0,1
ПОС-40	39—40	Не более 1,5—2,0	»	0,1
ПОС-ЗО	29—30	1,5—2.0	»	0,15
ПОС-18	17—18	2,0—2,5		0,15
Оловянно-свинцово- сурьмяный ПОСС-4-6	3—4	5—6		0,15
Примечание. В припоях всех марок допускаются примеси в процентах: ви-
смута 0,1, мышьяка 0,05, железа 0,02, никеля 0,02, серы 0,02, цинка 0,002, алюминия
0,002.
Механическая прочность припоев повышается с увеличением
содержания олова.
Прочность паяного соединения не всегда соответствует проч-
ности применяемого припоя, так как при малых зазорах шов
заполняется не припоем, а сплавом припоя с основным металлом,
to*
291
Таблица 12-2
Физико-механические свойства оловянно-свинцовых припоев
Припой	Верхняя критическая точка (начало кристаллизации), °C	Нижняя критическая (ко- нец затвердевания), ° С	Удельный вес, г/см*	Предел прочности при ра- стяжении, кГ/мм2	Предел прочности при сре- зе, кГ/мм2	Коэффициент линейного расширения а^.106.град-1	Электропроводность в про- центах по отношению ,к меди	Коэффициент теплопровод- ности, кал/см-сек-град	Текучесть, см	Линейная усадка, %
Олово чистое	232	232	7,3	2,0	2,10	22,4	13,9	0,157	125	2,3
ПОС-90	222	183	7,6	4,3	2,7	26	—.	0,15	135	0,5
ПОС-40	235	183	9,3	3,2	3.67	25	10,2	0,95	91	0,52
ПОС-ЗО	256	483	9,7	3,3	2.9	26,5	9,5	0,94	63	0,55
ПОС-18	277	183	10,2	2,8	2,52	26	—	0,93	60	0,56
ПОСС-4-6	265	245	10,7	5,8	3,6	—	' —	—	23	—.
Свинец чистый	327	327	11,37	1,8	1,27	29,5	7,9	0,08	134	3,5
который естественно обладает иными механическими свойствами.
Величины механической прочности паяных соединений при нор-
мальной температуре приведены в табл. 12-3, из которой видно,
что прочность соединений встык выше, чем внахлестку.
Таблица 12-3
Предел прочности при растяжении соединений, паянных
оловянно-свинцовыми припоями, кГ/мм2
Припой	Латунь внах- лестку	Медь внах- лестку	Железо внах- лестку	Луженая жесть внах- лестку	Латунь встык	Медь встык	Железо встык
Олово чистое	4,5	4,6	3,8	—	5,9	9,0	7,9
ПОС-40	4,6	3,7	6,1	4,9	8,0	7,8	10
ПОС-ЗО	2,8	2,7	5,0	3,6	8,8	9,1	11,5
ПОС-18	з,з	3,1	5,1	4,6	9,7	9,0	10,5
ПОСС-4-6	3,0	2,4	4,9	—	7,7	—	—
Свинец чистый	2,0	1,9	1,4	—	2,6	3,6	7,9
С повышением или понижением температуры механические
свойства оловянно-свинцовых припоев ухудшаются. При низких
температурах (от —30 до —60° С) наблюдается резкое падение
ударной вязкости этих припоев, особенно при большом содер-
жании олова. В указанном интервале температур в олове про-
исходят превращения, в результате которых увеличивается хруп-
292
кость. При повышении температуры до 100° С уменьшение удар-
ной вязкости происходит медленно, а после 100° С — резко.
Изменение механической прочности
при повышении температуры пока-
зано в табл. 12-4.
Электропроводность оловянно-
свинцовых припоев зависит от содер-
жания олова и составляет от 8 до
14% от электропроводности чистой
меди. Электропроводность швов по-
нижается с увеличением их толщины.
Теплопроводность оловянно-свин-
цовых припоев обратно пропорцио-
нальна содержанию олова.
Коррозионная устойчивость при-
поев в различных агрессивных сре-
Таблица 12-4
Зависимость предела
прочности оловянно-свинцо -
вых припоев от температуры
Темпера- тура, ° С	Предел прочности, кГ/мм2	
	ПОС-'Ю	ПОС-81
20	4,79	5,14
50	3,94	4,22
100	2,27	2,82
150	1,06	1,13
дах характеризуется данными, при-
веденными в табл. 12-5, из которых видно, что с увеличением
содержания олова устойчивость припоев против коррозии в кис-
лотах повышается, а в щелочах — понижается.
Таблица 12-5 '
Коррозионная устойчивость оловянно-свинцовых припоев
(потеря в весе в течение суток), Г/м2
Припой	Вода водопро- водная	Туман 4%-ного раствора поваренной соли	Керо- син	Соляная кислота (1%-ный раствор)	Едкий натр (1%-ный раствор)
ПОС-40	0.008	0,015	0	4,0	3,0
ПОС-ЗО	0.006	0.030	0	4,7	2,7
ПОС-18	0.008	0,006	0	7,2	2,4
ПОСС-4-6	0,022	0,003	0	11,2	2,2
Герметичность паяных соединений зависит от величины тем-
пературного интервала кристаллизации, которая в свою очередь
зависит от состава припоя. Припои с широким интервалом кри-
сталлизации дают пористые, негерметичные соединения. Это свя-
зано с медленным затвердеванием припоя, при котором в резуль-
тате дендритной ликвидации между первичными кристаллами
образуются мельчайшие пустоты, соединяющиеся между собой.
На гладких металлических поверхностях оловянно-свинцовые
припои образуют краевой угол, отличный от нуля, однако под
действием ряда других факторов при пайке происходит растека-
ние припоев. Сразу же после наложения припоя на нагретую ме-
таллическую поверхность растекание происходит быстро, а затем
прекращается. Через некоторое время, зависящее от темпера-
293
туры системы, растекание возобновляется, но происходит мед-
ленно и весьма неравномерно, простираясь на большие площади.
Такое «вторичное» растекание характерно для припоев, содержа-
щих от 30 до 70% олова.
Капиллярные свойства припоев зависят от их состава, свойств
основного металла и применяемых флюсов. При прочих равных
условиях наилучшие капиллярные свойства обнаруживают при-
пои, близкие по своему составу к эвтектике, например припой
ПОС-61; чем больше температурный интервал кристаллизации,
тем больше времени требуется для затвердевания припоя в со-
единении. В течение этого времени спаиваемые детали должны
быть неподвижны, в противном случае прочного соединения не
получится.
Таблица 12-6
Примерное назначение оловянно-свинцовых припоев
Припой	Температура, ° С		Назначение
	плав- ления	пайки	
ПОС-18	277	340	Для пайки стали, оцинкованного железа, меди, латуни, свинца, для лужения перед пайкой
ПОС-ЗО	256	320	Для пайки стали, меди, латуни, белой жести, медных проводов, деталей приборов и радиоаппа- ратуры, для предварительной пайки соединений перед повторной пайкой более легкоплавким при- поем
ПОС-40	235	290	Для пайки ответственных деталей из стали, ла- туни, для монтажных соединений проводов с ле- пестками
ПОС-50	218	250	То же
ПОС-61	190	240	Для пайки деталей из стали, меди, латуни, брон- зы, не допускающих высокого нагрева в зоне пай- ки. Для пайки монтажных и обмоточных проводов 0,05—0,008 мм, литцендрата, резисторов, конден- саторов и т. д., монтажных проводов с хлорвини- ловой изоляцией. Для вторичных ступенчатых па- ек, расположенных рядом с пайками, выполнен- ными тугоплавкими припоями. Для пайки герме- тичных швов, например, изоляторов, а также для паек специального назначения, когда требуется повышенная электропроводность и механическая прочность
ПОС-90	222	280	Для пайки деталей и узлов, подвергающихся в дальнейшем гальваническим покрытиям (серебре- ние, золочение)
Применение припоя с небольшим интервалом кристаллизации
(например, ПОС-61 — около 7° С) способствует уменьшению про-
должительности пайки,
294
Однако применение эвтектического припоя, у которого точки
плавления и затвердевания совпадают, затрудняет получение
гладких швов.
Для пайки монтажных соединений в электро- и радиоприборах
наиболее широко применяют припои ПОС-ЗО и ПОС-40. Припой
ПОС-61 применяют для пайки тонких монтажных и обмоточных
проводов, для пайки деталей и узлов, не допускающих нагрева
свыше 200° С, вакуумноплотной пайки стеклянных и керамиче-
ских проходных изоляторов, для ступенчатых паек близко рас-
положенных деталей и т. п.
Несмотря на более высокую стоимость по сравнению с ПОС-ЗО
и ПОС-40 припой ПОС-61 предпочтителен для пайки монтажных
соединений из-за более низкой температуры плавления, неболь-
шого температурного интервала, кристаллизации и более высокой
коррозионной устойчивости.
Примерное назначение оловянно-свинцовых припоев, темпе-
ратура плавления и температура пайки указаны в табл. 12-6.
Малооловянистые припои применяются с целью
уменьшения расхода олова. Малооловянистые припои, содержа-
щие свинец, олово и сурьму, в отношении прочности пайки лишь
немногим уступают высокооловянистым припоям, но более хрупки.
Безоловянистые припои весьма вязки, но имеют более высокую
температуру плавления, что усложняет процесс пайки.
Основным недостатком малооловянистых и безоловянистых
припоев является широкий температурный интервал кристалли-
зации, достигающий иногда 100° С, резко увеличивающий время,
необходимое для охлаждения соединения, в течение которого
спаиваемые детали должны быть неподвижны.
Таблица 12-7
Состав и свойства малооловянистых и безоловянистых припоев
№ припоя	Химический состав, %					Температура плавления, ° С	Прочность при рас- тяжении паяных швов на латуни, кГ/мм2	
	РЬ	Sn	Sb	Zn	Прочее		встык	вна- хлестку
1	78	15	7						231	8,4	1,8
2	83	7	10	—	—	243	7,5	1,7
3	89	4	7	—	—	233	7,6	1,9
4	98,9	—	—	1	0,1 Na	234	——	1,8
5	98,6	—	—	1	0.5 Cd	332	6,7	1.7
6	98,5	—	—	1	0,5 Мп	335	—.	<8
у*	90	3—4	5—6	—	—	245—265	7,7	з,о
* Припой ПОСС-4-6.
Из малооловянистых припоев, приведенных в табл. 12-7,
лучшим для пайки латуни является припой № 1. Мало уступает
295
ему по качеству припой № 3. Припой № 2 является самым хруп-
ким.
Взамен припоев, содержащих 40—50% олова и применяемых
для пайки монтажных соединений, рекомендуется припой с сереб-
ром следующего состава (в %):
Олово...........................19,5—20,5
Серебро.........................1,35—2,5
Сурьма .  ......................1,25—1,75
Висмут..........................(Не более)	0,75
Свинец..........................Остальное
Этот припой обладает большой прочностью при растяжении по
сравнению с припоями, содержащими 40—50% олова, но имеет
более высокую (на 30—35° С) температуру плавления, что требует
почти вдвое увеличивать мощность паяльников. Этот припой
позволяет производить пайку голой и луженой меди с канифоле-
вым флюсом, а остальных деталей — с кислотными флюсами.
Он может применяться для выполнения большинства монтажных
соединений, но непригоден для пайки кожухов конденсаторов,
трансформаторов и других герметичных деталей вследствие неко-
торой пористости шва.
Сложность процесса пайки ограничивает применение этого
припоя. Вообще уменьшение содержания олова в припоях не
всегда экономически целесообразно. Сложность пайки, а также
повышенный расход самих припоев в ряде случаев сводит на нет
экономию от уменьшения содержания олова.
Легкоплавкие припои — сплавы олова, свинца,
висмута и кадмия — применяют в тех случаях, когда требуется
понижение температуры пайки из-за опасности перегрева деталей,
а также для «ступенчатых» (вторичных) паек.
При затвердевании легкоплавкие припои дают незначитель-
ную усадку, а некоторые (например, сплав Вуда) даже несколько
расширяются.
Механическая прочность легкоплавких припоев незначительна;
висмутовые припои хрупки. Предварительное лужение оловяйно-
свинцовыми или висмутовым легкоплавким припоем способствует
некоторому повышению прочности соединения.
При пайке припоями с температурой плавления ниже 100° С
применение флюса ФИМ (см. ниже) позволяет получить удовле-
творительные результаты и без предварительного лужения.
Состав легкоплавких припоев и температуры плавления при-
ведены в табл. 12-8.
Флюсы. Для успешного проведения процесса пайки и получе-
ния качественного соединения флюсы должны удовлетворять
следующим требованиям:
1)	температура плавления флюса должна быть ниже темпера-
туры плавления припоя;
2)	флюс должен быть жидким и достаточно подвижным при
температуре пайки, легко и равномерно растекаться по основному
296
металлу, хорошо проникать в зазоры; он не должен быть слишком
тягучим и не должен «уходить» от места пайки;
3)	флюс должен своевременно и полностью растворять окислы
основного металла; процесс растворения окислов должен быть
закончен к моменту ввода расплавленного припоя на место соеди-
нения;
4)	растворение окислов не должно происходить слишком рано,
так как в этом случае действие флюса будет быстро исчерпано.
Таблица 12-8
Состав и температура плавления легкоплавких припоев
Припой	Химический состав, %				Температура плавления, ° С
	Sn	РЬ	В1 ]	Cd	
ПОСК-50	50	32			18	145
ПОСВ-33	33,4	33,3	33,3	—	130
ПО К-56	56	—	—	44	184
Сплав Розе	25	25	50	—	94
Сплав Арсе	9,6	45,1	45,3	—	79
Сплав Липовинца	13.33	26,67	50	10	70
Сплав Вуда	12;5	25	50	12,5	60,5
Таким образом, действие флюса должно происходить при темпе-
ратуре на несколько градусов ниже температуры плавления
припоя;
5)	флюс не должен образовывать соединений с основным метал-
лом и припоем и поглощаться ими, в противном случае пони-
жается механическая прочность и коррозионная устойчивость
соединения, нарушается его герметичность;
6)	флюс должен равномерным слоем покрывать поверхность
основного металла у места пайки, предохраняя его от окисления
в продолжение всего процесса пайки. Необходимо, однако, чтобы
адгезия флюса к основному металлу была слабее, чем адгезия
припоя;
7)	остаток флюса и продукты его разложения должны высту-
пать на поверхность припоя, как только последний схватится
с основным металлом;
8)	флюс и продукты его разложения должны легко удаляться
после выполнения пайки с поверхности основного металла и
паяного соединения;
9)	ни флюс, ни продукты его разложения при выполнении
пайки не должны выделять удушливых, неприятных или вредных
для здоровья рабочего газов.
В связи с тем, что промывка монтажных соединений, обеспе-
чивающая полное удаление остатков флюса, как правило, невоз-
можна, к флюсам, применяемым при пайке монтажных соедине-
ний в ответственных электроприборах, кроме указанных, предъ-
являются дополнительные требования.
297
Флюс не должен давать остатка, способного вызвать корро-
зию спаиваемых деталей, а выделяемые при пайке дымы должны
быть безвредны для окружающих деталей в случае осаждения на
их поверхность. Остаток флюса должен иметь высокое сопротив-
ление электрическому току, т. е. быть хорошим изолятором;
он должен быть твердым, чтобы не собирать на поверхности соеди-
нения пыль и грязь, вызывающие утечку электрического тока.
Остаток флюса не должен быть гигроскопичным; в противном
случае в условиях повышенной влажности он будет адсорбировать
воду, что вызовет скопление электролита на поверхности соеди-
нения и приведет к утечке тока и коррозии.
Кислоты, содержащиеся во флюсах или в их компонентах,
разлагаются при нагревании, производят травление поверхности
основного металла и превращают его окислы в металлические
соли. Некоторые вещества, входящие в состав флюсов, при нагре-
вании переходят в газообразное состояние и воздействуют на
окисную пленку еще до того, как жидкий флюс достигнет окисла.
Жидкая и газообразная части флюса в процессе пайки образуют
защитную преграду, исключающую доступ воздуха, а следова-
тельно, и окисление поверхности основного металла при темпера-
туре пайки (250—350° С), поэтому важно, чтобы не было потерь
флюса в результате испарения, разложения или сгорания до
нанесения или во время нанесения расплавленного припоя на
поверхность основного металла.
Таким образом флюсы растворяют окисные пленки и умень-
шают поверхностное натяжение расплавленного припоя.
Перечисленным требованиям наиболее полно удовлетворяет
канифоль, чем и объясняется ее широкое применение в качестве
флюса при пайке монтажных соединений в электро- и радиопри-
борах.
Флюсы для пайки мягкими припоями, применяемые в радио-
технической и приборостроительной промышленности, перечис-
лены в табл. 12-9.
Трубчатые припои. Для пайки соединений при монтаже элект-
тро- и радиоприборов широко применяют так называемые труб-
чатые припои. Трубчатый припой представляет собой изготов-
ленную из оловянно-свинцового сплава круглую пустотелую
трубку небольшого диаметра, заполненную канифолевым флю-
сом.
Основное преимущество трубчатых припоев состоит в том, что
наложение припоя и флюса на место пайки происходит за один
прием. Применение трубчатых припоев для пайки соединений при
монтаже электро- и радиоприборов улучшает качество паек, резко
увеличивает производительность труда на монтажных операциях,
облегчает пайку в труднодоступных местах. При этом существенно
уменьшаются потери припоя и флюса, которые при работе куско-
вым или проволочным припоем и отдельно флюсом значительны:
около 20% припоя и 50% канифоли.
298
299
Флюсы для пайки мягкими приводами
Таблица 12-9
Тип флюса	Марка	Состав	Темпера- тура пайки, ° С	Область применения	Норма рас- хода, г/см2	Способ удаления остатков
Антикор- розионные	ФИМ	1.	Ортофосфорная кислота 2.	Спирт 3.	Вода	—	Грубые детали из черных метал- лов, меди, бронзы и латуни, допу- скающие промывку в горячей воде	0,11	Промывка в горячей проточной воде, протир- ка тряпкой и сушка в термостате при 100—• 110° С
	втс	1.	Вазелин 2.	Триэтаноламин 3.	Салициловая кислота 4.	Спирт	—	Монтажные соединения, детали из меди, латуни, бронзы, константа- на, серебра, платины и ее сплавов	0,15	Протирка сухой тряп- кой или бязью, смочен- ной в смеси этилового спирта и бензина (1:1)
Бескис- лотные	Кани- фоль	Канифоль нату- ральная	150—350	Для пайки монтажйых соединений, деталей из меди, латуни, бронзы	0,13	Протирка тряпкой, смоченной спиртом или растворителем
	КЭ	Спиртовой раст- вор канифоли	150—300	Для пайки монтажных соединений, деталей из латуни, бронзы, нейзиль- бера и др.	0,10	То же
	Глицери- но-кани- фолевый	1.	Канифоль 2.	Глицерин 3.	Спирт	—	Для пайки замкнутых систем и капилляров, заполняемых жидко- стями	0,12	То же
300
Продолжение
Тип флюса	Марка	Состав	Темпера- тура пайки, °C	Область применения	Норма рас- хода, г/см2	Способ удаления остатков
Активиро- ванные	Флюс с анили- ном	1.	Анилин соля- нокислый 2.	Канифоль 3.	Глицерин	—	Для пайки монтажных соедине- ний, деталей из черных и цветных металлов	0,13	Протирка тряпкой, смоченной спиртом или растворителем
	ЛТИ	1.	Канифоль 2.	Анилин соля- нокислый 3.	Триэтаноламин 4.	Метафенилдиа- мин 5.	Диэтил амин 6.	Спирт	230—330	Для пайки железа, стали, нержа- веющей стали, меди, бронзы, ней- зильбера, цинка, бронзы, нихрома, никеля, черного никеля, серебра, оксидированных и пассивированных деталей из медных сплавов без пред- варительной очистки	0,15	Протирка мягкой тряп- кой, смоченной спиртом, ацетоном РДВ
	КЕЦ	1.	Канифоль 2.	Хлористый цинк 3.	Спирт	—	Для пайки черных, цветных и драгоценных металлов	0,11	Протирка тряпкой, смоченной растворите- лем
	Паста 4	1.	Канифоль 2.	Хлористый цинк 3-	Вазелин	—	Для соединений повышенной проч- ности деталей из черных и цветных металлов, которые могут быть тща- тельно промыты	0,12	Промывка в бензине, затем в горячей (80° С) проточной воде, протир- ка тряпкой и сушка в термостате при 100— 110° С
Кроме указанных очевидных преимуществ трубчатых припоев
весьма существенны и другие. Так, например, применение труб-
чатого припоя обеспечивает подачу к месту пайки надлежащего
количества флюса, дозировка которого определяется конструкцией
и типом трубчатого припоя. Весьма важно и то, что плавление
припоя начинается в тот момент, когда флюс уже подогрет и на-
ходится в более активном состоянии. При работе с трубчатым
припоем устраняется возможность случайного загрязнения флюса,
как это может произойти при пользовании кусковым или прово-
лочным припоем и отдельно флюсом.
Простейшая конструкция трубчатого припоя представляет
собой трубку из оловянно-свинцового сплава с круглой сердце-
виной из флюса, расположенной в центре (рис. 12-17, а). Такая
конструкция обладает существенными недостатками, связанными
с возможными перерывами в подаче флюса при наличии пустот
в припое, с преждевременным вытеканием и испарением флюса во
время расплавления доволь-
но толстых стенок трубки,
что приводит к уменьшению |||||
подачи флюса к месту пайки	xjggy
и, следовательно, к пониже-	'
нию качества пайки.	б)	в)
Вероятность образования Рис. 12-17. Сечения трубчатых припоев,
пустот в трубчатом припое и
перерывов в подаче флюса, (а следовательно, опасность полу-
чения фальшивых паек) уменьшается при более сложной форме
сердцевины.
На рис. 12-17, б показаны трубчатые припои с фасонными серд-
цевинами, а на рис. 12-17, в — с тремя и пятью каналами, запол-
ненными флюсом. Эти трубчатые припои имеют более тонкие
стенки, что обеспечивает быстрое плавление припоя и, следова-
тельно, быстрое освобождение флюса и подачу его к месту пайки
в наиболее активном состоянии.
Независимо от формы сердцевины весьма важна дозировка
флюса. При изготовлении трубчатого припоя соотношение коли-
чества флюса и припоя должно тщательно контролироваться.
Для электромонтажных паек применяют трубчатые припои, в ко-
торых сердцевина из флюса составляет 2—3% общего веса труб-
чатого припоя.
Правильно спроектированный трубчатый припой и тщатель-
ная подготовка деталей к пайке являются надежной гарантией
высокого качества пайки монтажных соединений.
Выбор диаметра трубчатого припоя определяется характером
соединений. Применение меньших диаметров во многих случаях
способствует экономии припоя. Диаметры трубчатых припоев
в миллиметрах (по ГОСТ 1499-54):
Наружный ............ 1 1,5 2 2,5	3 4 5
Внутренний......... 0,5	0,75 1 1,25 1,5 2 2,5
301
По наружному диаметру допускается отклонение ±3%.
Технология пайки. При сборке и монтаже электро- и радио-
приборов выполняются различные паяльные операции: пайка
проводов к лепесткам монтажных колодок, пайка выводов конден-
саторов, резисторов и других элементов схемы, пайка монтажных
проводов к штырям и гнездам штепсельных разъемов, пайка
стеклянных и керамических проходных изоляторов к корпусам
и крышкам, шовная пайка кожухов и крышек герметизирован-
ных узлов. Выполняется пайка деталей из меди, латуни, бронзы,
стали, сплавов высокого сопротивления, благородных металлов
и их сплавов.
Пайке монтажных соединений предшествует ряд подготови-
тельных операций — заготовка монтажных проводов, подготовка
лепестков, выводов узлов и деталей.
Поверхность соединяемых деталей тщательно зачищают, удаляя
с них лакокрасочные покрытия, ржавчину, окислы и органиче-
ские загрязнения. Для зачистки применяют шаберы, напильники
и мелкую наждачную шкурку. Соединяемые поверхности необ-
ходимо хорошо подогнать друг к другу.
При пайке монтажных проводов и шинок к лепесткам, нако-
нечникам, конденсаторам, резисторам и другим элементам схемы
должны быть обеспечены высокая электропроводность соедине-
ний, достаточная механическая прочность и устойчивость против
коррозии. Паяные соединения не должны иметь пор, трещин, взду-
тий и пузырей, в которых могли бы собираться пыль, грязь, влага.
При выполнении монтажных паек ни в коем случае нельзя
допускать изменения номинальных значений электрических пара-
метров резисторов, конденсаторов и других электро- и радиоэле-
ментов в результате нагрева или каких-либо иных причин.
До последнего времени в радио- и приборостроении в качестве
основного конструкционного материала использовались медь и
ее сплавы. Эти материалы характеризуются высокой электро-
проводностью и хорошими технологическими свойствами, самым
ценным из которых является отличная способность к пайке мяг-
кими и твердыми припоями.
Для резкого снижения веса и габаритных размеров аппара-
туры существенное значение имеет замена меди и ее сплавов более
легкими и прочными конструкционными материалами на алюми-
ниевой и магниевой основе. Однако серьезным препятствием
к этому являлась трудность пайки алюминия и магния, связанная
с природой образующейся на их поверхности окисной пленки.
За истекшие 2—3 года нашли промышленное применение новые
высокоэффективные флюсы и припои для твердой и мягкой пайки
меди, алюминия, магния и их сплавов. Кроме пайки электро-
паяльникам^ и пламенем газовых горелок, освоены прогрессивные
способы пайки с нагревом токами высокой частоты (ТВЧ), с элек-
троконтактным нагревом, погружением в расплавленные соли
и с применением ультразвука.
302
Пайка алюминия и его сплавов. Способность
алюминия и его сплавов интенсивно окисляться на воздухе с об-
разованием очень твердой и тугоплавкой окисной пленки услож-
няет процесс пайки. При нагреве в процессе пайки интенсивность
окисления алюминия и его сплавов резко возрастает, поэтому
для удаления пленки окиси и обнажения чистой поверхности
основного металла обычной предварительной зачистки и покрытия
флюсом недостаточно.
Для удаления окисной пленки с поверхности алюминиевых
деталей используют активные флюсы, содержащие хлориды, фто-
риды, а иногда криолит. Пайку алюминия или его сплавов с актив-
ными флюсами производят в пламени, в печах и погружением.
При этом особое значение имеет постоянство температуры пайки.
Ее нужно поддерживать с точностью ±10° С. В случае ручной
пайки газовой горелкой необходимая температура пайки регули-
руется по изменению цвета флюса, а также по плавлению и расте-
канию припоя.
Пайка алюминиевых деталей между собой с деталями из других
материалов мягкими припоями производится с помощью некорро-
дирующих флюсов (табл. 12-10), предложенных Б. А. Максими-
хиным, М. А. Нестеровой и В. Д. Орловой. Это органические
флюсы, с помощью которых можно паять как предварительно
луженые, так и нелуженые детали. Они применяются при пайке
обычными электропаяльниками с припоями ПОС-61, П200А,
П170А и другими мягкими припоями (см. ниже).
Таблица 12-10
Некорродирующие флюсы для пайки алюминия и других металлов
мягкими припоями
Флюс	Химический состав, %				Примечание
	Cd (BF4)2	Zn (BF4)2	nh4bf4	N (С2Н2ОН)з	
Ф54А	10			8	Остальное	Флюс Ф59А наиболее
Ф59А	10	2,5	5	»	эффективен при пайке
Ф61А	—	10	8	»	алюминия с АММ, медью и ее сплавами
Для пайки алюминия с применением флюсов типа 34А приме-
няется ряд твердых припоев с пониженной температурой плавле-
ния (табл. 12-11). Для пайки твердыми припоями с нагревом ТВЧ
или электроконтактным методом применяют также новые марки
флюсов; однако они обладают сильным корродирующим дей-
ствием, поэтому остатки их необходимо тщательно удалять сразу
же после пайки.
Эффективное средство удаления окисной пленки с поверхности
алюминиевых деталей при пайке — применение ультразвука.
Фокусировка ультразвуковых колебаний на кончике паяльника
303
вызывает кавитацию 1 в расплавленном припое, покрывающем
место пайки, которая в свою очередь приводит к эрозии окисной
пленки — пленка как бы стряхивается, обнажая чистую поверх-
ность основного металла.
Таблица 12-11
Твердые припои для пайки алюминия
Припой	Температура плавления, °C	Химический состав, %					
		А1	| Си	Si	Zn	Мп	Cd
П590А	590	89	10	1						
П575А	575	80	—	—	20	—	—
П550А	550	65,5	27	6	—	1,5	
П480А	480	20	15	—	64,4	0,6		
П425А	425	20	15	—	65	—	—
П300А	300	—	—	—	60	—	40
При ультразвуковой пайке алюминия и его сплавов флюсы не
применяются. Используют мягкие оловянно-цинковые припои
(табл. 12-12) и специальные паяльники, рабочая часть стержня
которых колеблется с частотой 16—22 кгц.
Таблица 12-12
Припои для пайки с применением ультразвука
Припой	Температура плавления, ° С	Химический состав, %			
		Sn	Zn	Cd	Ag
П150А	150	38,5	3,8	57,7	
П170А	170	79	—	20	1
П200А	200	90	10	—	—.
П250А	250	80	20	—	—
П300А	300	/	60	40	—
Для возбуждения продольных колебаний рабочей части стержня
паяльника в ультразвуковом диапазоне могут быть применены
любые вибраторы. Наилучший эффект дают магнитострикционные
вибраторы, стабильно работающие при температурах пайки.
Простейший магнитострикционный вибратор представляет собой
магнитопровод с обмоткой, питаемой переменным током. Для
уменьшения потерь на вихревые токи магнитопровод собирают из
тонких, изолированных друг от друга листов. Явление магнито-
стрикции заключается в периодическом изменении размеров
магнитопровода под действием переменного магнитного потока.
Этим свойством обладают многие ферромагнитные материалы.
1 См. в гл. VII.
304
Однако величина магнитострикции у различных металлов и спла-
вов различна. Наибольшей величиной магнитострикции (около
100-10‘6) обладает железо-платиновый сплав (46% Fe, 54% Pt),
но он дорог. Для изготовления магнитострикционных вибраторов,
работающих в диапазоне ультразвуковых частот от 15 до 100 кгц,
широко применяют более дешевые никелевые и кобальтовые
сплавы, величина магнитострикции которых составляет около
30 -10"6.
Схема магнитострикционного вибратора показана на рис. 12-18.
На стержень из магнитострикционного материала 1 надета об-
мотка возбуждения <2, создающая переменное электромагнитное
поле. Во избежание эффекта удвоения частоты (вследствие неза-
висимости величины магнитострикции от направления магнит-
ного поля) вибратор подмагничивается постоянным током, про-
текающим по обмотке 3. При этом создается постоянный поляри-
зующий магнитный поток, превышаю-
щий амплитуду потока переменного маг-
нитного поля. Результирующий маг-
нитный поток пульсирует от минималь-
ного значения, когда поля обмоток 2 и
3 направлены навстречу друг другу,
до максимального, когда эти поля скла-
дываются.
Благодаря явлению магнитострик-
ции пульсация магнитного потока вы- Рис. 12-18. Принципиаль-
зывает продольное колебание стержня, ная схема магнитострик-
г	.г > ционного вибратора.
т. е. периодическое изменение его длины.
Торцевые поверхности стержня излу-
чают ультразвуковую энергию. Максимальная амплитуда колеба-
ний стержня достигается, когда частота пульсации магнитного
потока (частоты переменного тока в обмотке) равна собственной
частоте продольных колебаний стержня.
Для получения автоколебаний системы на стержне помещают
обмотку обратной связи 4, соединенную с генератором 5, и частоту
пульсации магнитного потока уравнивают с собственной частотой
продольных колебаний стержня, которая определяется его раз-
мерами. При условии соблюдения баланса амплитуд и баланса
фаз система генератор — магнитострикционный вибратор рабо-
тает в режиме автоколебаний. На практике применяют ультра-
звуковые вибраторы, работающие на частоте в диапазоне от
16 до 25 кгц.
Для пайки алюминия и его сплавов используют ультразвуко-
вые вибрационные паяльники с нагревательными элементами или
без них. Нагрев рабочего стержня паяльника вызывает повышение
температуры магнитострикционного вибратора; при этом ампли-
туда колебаний последнего уменьшается сравнительно медленно.
Однако при достижении температуры, соответствующей точке
Кюри материала, вибратор совершенно теряет способность магни-
306
тострикции. При изготовлении магнитопровода вибратора из
соответствующего материала (например, пермендюра), а обмо-
ток — из провода с теплостойкой изоляцией вибраторы могут
работать вполне эффективно даже при погружении в расплавлен-
ный припой при температуре до 400° С.
Передача ультразвуковых колебаний от вибратора к рабочему
стержню паяльника осуществляется через металлическую соеди-
нительную колодку. Соединительная колодка, если ей придать
соответствующую форму, может служить механическим преобра-
зователем полного сопротивления. В этом случае можно увели-
чить интенсивность колебаний рабочего стержня по сравнению
Рис. 12-19. Схема ультразвукового паяльника с на-
гревателем.
с колебаниями, получаемыми торцовой поверхностью вибратора^
но при этом колебания повышенной интенсивности воздействуют
на соответственно меньшую площадь.
Схема вибрационного ультразвукового паяльника с нагрева-
телем приведена на рис. 12-19. Рабочий стержень паяльника 1
с обмоткой 2 нагревательного элемента посредством соединитель-
ной колодки 4 соединен пакетом 5 магнитострикционного вибра-
тора, на котором находятся поляризующий постоянный магнит Р,
катушка возбуждения 7 и катушка обратной связи 8. Крепление
паяльника в кожухе осуществляется по двум узловым плоскостям
колебаний — при помощи стенки 3 и бобышек 6 с эластичными
вкладышами 10. Для изготовления рабочего стержня паяльника
и соединительной колодки применяют серебряно-никелевый сплав,
обладающий высокой кавитационной способностью.
Рабочий стержень нагревается обычным нагревательным эле-
ментом мощностью около 100 вт, питаемым постоянным током
напряжением 10 в.
306
Магнитострикционный элемент вибратора представляет собой
пакет изолированных друг от друга пластин особой формы из
кобальтового сплава. Геометрические размеры системы (вибра-
тора, соединительной колодки и рабочего паяльника) подобраны
так, что длина вибратора и длина рабочего стержня паяльника
с соединительной колодкой равны каждая половине звуковой
волны.
Изменение формы или размера конца рабочего стержня паяль-
ника для выполнения конкретной операции достигается в случае
необходимости заменой рабочего стержня другим стержнем,
который для соблюдения условий резонанса системы должен иметь
Рис. 12-20. Схема ультразвукового паяльника без
нагревателя.
строго определенные размеры. По этим же соображениям зачистка
рабочей части стержня паяльника запиловкой не допускается.
Обмотка возбуждения ультразвукового паяльника получает
питание от лампового генератора с выходной мощностью 55 вт
при частоте от 20 до 25 кгц.
Значительно проще конструкция ультразвукового вибрацион-
ного паяльника без нагревателя, показанного на рис. 12-20.
Применение этого паяльника связано с необходимостью нагрева
паяемых или облуживаемых деталей с помощью газовой горелки
или электроплитки. Вибратором служит круглый никелевый
стержень 7, частота собственных колебаний которого равна
21 кгц, расположенный на кронштейне 2 внутри корпуса 3.
На корпусе находятся обмотка возбуждения 4 и обмотка связи 5,
а также ребра охлаждения 6. Вибратор вместе с кожухом 7 кре-
пится на рукоятке 8. Магнитострикционный вибратор работает
в схеме трехточечного генератора на частоте 21 кгц.
Пайка латунных и алюминиевых деталей в соляных ваннах
осуществляется погружением деталей в ванну с расплавленными
307
солями, которые являются не только теплоносителями, но и флю-
сами. Для пайки латунных узлов используют обычные ванны и
расплавы солей, применяемые для термообработки инструмента.
Для повышения флюсующих свойств солей в их состав добавляют
4—5% буры.
В последнее время получила широкое распространение пайка
с электроконтактным нагревом. Процесс такой пайки состоит
в пропускании через металлические или графитовые электроды,
между которыми установлены детали, электрического тока про-
мышленной частоты под напряжением 6—12 в. Нагрев деталей
происходит за счет джоулева тепла и конвекции от разогретых
электродов. Электроконтактный нагрев не требует высоких напря-
жений и отличается простотой, компактностью и высоким к. п. д.
оборудования. Установка электроконтактного нагрева всегда
готова к работе и потребляет электроэнергию лишь в момент
нагрева.
Пайка магния и его сплавов. Трудность пайки
магниевых сплавов состоит не только в активном образовании
окисной пленки, но, главное, в том, что в их состав входят легко-
плавкие эвтектики, которые уже при 340—360° С выплавляются
и, взаимодействуя с компонентами припоя, вызывают глубокое
растворение (проплав) основного металла. Кроме того, магниевые
сплавы могут образовывать с компонентами припоя очень хруп-
кие интерметаллические соединения.
Успешная пайка магниевых сплавов стала возможной лишь
после разработки специальных припоев и флюсов (табл. 12-13 и
12-14). Наиболее эффективен флюс марки Ф380Мг.
Таблица 12-13
Припои для папки деталей из магниевых сплавов
Припой	Температура плавления, °C	Предел проч- ности в ли- том состоя- нии, кГ/мм-	Химический состав, %		
			Zn	Al	Mg
П380Мг	380	10-12	23—25	2—2,5	Остальное
П430Мг	430	13—15	13—15	0,75—1	
Таблица 12-14
Флюсы для пайки магниевых сплавов
Флюс	Температура плавления, °C	Химический состав, %						
		КС1	NaCl	LiCl	SnC I2	NaAlF3	KF	NaF
№ 8	435	35	35	20	5	—	5		
№ 12	380	31,5	9	49,5	—	2	—.	8
Ф380Мг	380	42,5	10	37	—	0,5	—	10
308
Пайка производится с нагревом в пламени горелок, работающих
на бензино-воздушных смесях или бытовом газе, а также с нагре-
вом ТВЧ.
При пайке магниевых сплавов необходимо соблюдать ряд спе-
цифических требований:
1)	тщательно соблюдать технологию подготовки деталей к
пайке, обязательно удалять стружку, пыль и заусенцы, очень
опасные в пожарном отношении;
2)	применять хорошо просушенные флюсы, так как присутствие
влаги вызывает интенсивное окисление металла с образованием
окислов или гидроокислов, делающих пайку невозможной;
3)	для предотвращения коррозии паяных швов тщательно
удалять остатки флюсов сразу же после пайки и немедленно
повторять отмывку после механической обработки, если в про-
цессе ее на паяных швах была повреждена литейная корка;
4)	допускать к пайке лишь квалифицированных рабочих,
хорошо подготовленных теоретически и практически как по тех-
нологии пайки, так и по технике безопасности при работе с маг-
ниевыми сплавами.
Пайка вольфрама. Вольфрам паяют золотом, медью,
хромоникелевыми и меднозолотыми припоями, а также припоем,
содержащим золото, серебро и платину. Очень важна тщательная
очистка вольфрама перед пайкой; для этой цели чаще всего при-
меняется погружение металла в раствор из азотной и соляной
кислот (1 : 1) (50 : 50) с последующей промывкой в воде и спирте.
Очищающей средой может также служить горячий концентриро-
ванный раствор едкого натра. После обработки в одной из ука-
занных ванн процесс пайки ведется обычным путем.
Пайка молибдена. Молибден паяют теми же припоями,
что и вольфрам; кроме того, применяют порошковый припой,
состоящий из кобальта и никеля, а также серебряный припой
с добавкой небольшого количества фосфора.
Пайка тантала. Тантал паяют меднозолотыми при-
поями, содержащими до 40% золота. Применения припоев с более
высоким содержанием золота и никеля следует избегать из-за
образования хрупких соединений в паяных швах.
Пайка титана. Титан паяют чаще всего чистым серебром
или серебряными припоями. Из-за большой склонности серебра
к диффузии в титан, вследствие чего зона пайки становится хруп-
кой, продолжительность пайки следует предельно сокращать.
Титан можно паять пламенной индукционной и печной пай-
кой. Для печной пайки рекомендуется применение сухой за-
щитной атмосферы, состоящей из инертных газов (аргона, ге-
лия и т. п.)
Пайка циркония. Пайка циркония затруднительна
из-за отсутствия подходящего флюса. Однако ее можно вести,
если предварительно покрыть цирконий другим металлом, напри-
мер цинком, погружая металл в расплавленный хлористый цинк.
309
Такое покрытие значительно улучшает качество пайки и упрощает
цикл.
Пайка цинка. Пайка цинка производится с помощью
припоев на цинковой основе, а в качестве флюса используется
водный раствор хлористого аммония. Иногда цинк паяют и свин-
цово-оловянными припоями. Сплавы цинка, содержащие более
2% алюминия, паяют, как и алюминий и его сплавы, применяя
цинко-оловянные припои.
Пайка свинца. Свинец при нагревании сильно окис-
ляется, образуя плотную окисную пленку, препятствующую
пайке, поэтому соединение изделий из свинца следует вести
в восстановительной среде. Для этой цели целесообразно исполь-
зовать поступающий в газовую горелку водород, избыточного
содержания которого при нагреве изделия вполне достаточно для
удаления окисной пленки. В качестве припоя применяются
свинцово-оловянные сплавы. Пайку свинцовых изделий, работаю-
щих в кислотных средах, лучше производить свинцом, так как
свинцово-оловянные припои снижают коррозионную стойкость
шва.
Соединение металлов со стеклом, квар-
цем, фарфором и резиной. Соединение металлов со
стеклом может быть легко осуществлено, если поверхность стекла
предварительно покрыть слоем металла, осажденного гальвани-
ческим способом. Поверхность также покрывают обычно медью;
для этого стекло матируют наждачной бумагой, а затем втирают
тряпкой графит, который служит основой для осаждения меди.
Первичная тонкая пленка металла на неметаллической поверх-
ности может быть получена также методами вакуумного или
катодного напыления, которую затем наращивают гальваниче-
ским меднением для образования необходимого токопроводящего
слоя.
Кварцевую, фарфоровую и резиновую поверхности, подлежа-
щие пайке, очищают от грязи, тщательно обезжиривают, промы-
вают в воде и покрывают контактным методом слоем серебра, на
который затем электролитически наращивают слой меди из кис-
лой медной ванны. После покрытия неметаллических деталей
медью пайка их производится обычным способом.
12-4
СВАРКА
Широкое распространение в радио- и приборостроении полу-
чили неразъемные соединения, выполняемые сваркой. Элементы
крупных и средних деталей сваривают главным образом из заго-
товок или после предварительной механической обработки. Детали
малых размеров чаще сваривают на участках предварительной
сборки, т. е. после окончательной механической обработки. Такой
порядок особенно характерен в производстве радиоприборов невы-
310
сокой точности, когда не требуется тщательная отделка поверх-
ностей.
В радиоприборостроении используется главным образом элек-
трическая сварка давлением (точечная, роликовая, стыковая) и
плавлением (дуговая); реже применяют газовую сварку.
Точечной сваркой выполняют соединение ли-
стов и листовых деталей внахлестку и т, п. Можно сваривать
да»
о//
г
г
Малоуглеродистая
сталь
Нержавеющая сталь
Никель
Натром
Монель - металл
Латунь
Бронза
Медь
А люминий
Магний
Молибден
Свинец
Олово
Кадмий
Цинк
Оцинкованное железо
Луженое железо
Хромистая сталь






• - Хорошая сварка
* - Хорошая сварка, но хрупкий шов
® - Плохая сварка
о — Совершенно не свариваются
Рис. 12-21. Свариваемость различных металлов и сплавов.
листовые детали из малоуглеродистой стали толщиной до 6 и
даже до 10 мм, а из цветных металлов (алюминий, медные спла-
вы) —- до 3 мм.
Точечная сварка характеризуется высокой производитель-
ностью, но коробчатые конструкции, собранные с применением
точечной сварки, негерметичны. Кроме того, при точечной сварке
возникает повышенная концентрация напряжений вблизи сварных
точек, в связи с чем возможности применения этого способа для
соединения точных деталей ограничены.
311
На наружных поверхностях деталей в результате точечной
сварки остаются характерные круглые отпечатки торцов электро-
дов (точки). При значительном перегреве металла глубина отпе-
чатков велика и их трудно устранить последующей зачисткой
или шлифованием.
Роликовая сварка применяется для получения гер-
метичных швов внахлестку. Свариваемые заготовки или детали
перемещают между роликами — электродами, в результате чего
образуется непрерывный сварной шов, а на наружной поверх-
ности остается непрерывный отпечаток от ролика.
Стыковой сваркой обеспечивается надежное соеди-
нение деталей или заготовок из различных металлов. При стыко-
вой сварке сопротивлением состыкованные детали разогреваются
проходящим через зону , стыка электрическим током и по дости-
жении пластического состояния металла сдавливаются, благодаря
чему осуществляется прочное соединение.
Стыковая сварка оплавлением заключается в оплавлении и
осадке деталей под током или без тока.
Свариваемость заготовок деталей из различных металлов и
сплавов показана на рис. 12-21.
Электродуговая сварка применяется главным
образом для соединения листовых деталей и элементов, имеющих
значительную толщину, а также для соединения сложных дета-
лей, которые не могут быть сварены другими методами. Этим
способом сваривают корпусные детали, кронштейны и стойки
приборов и т. д.
Некоторые трудности представляет дуговая сварка весьма
тонких листовых деталей толщиной 0,5—1,0 мм. В этом случае
применяется маломощный сварочный генератор, обеспечивающий
устойчивое горение дуги при силе сварочного тока 20—50 а.
12-5
СКЛЕИВАНИЕ
Склеивание металлов и конструкционных неметаллических
материалов благодаря ряду важных преимуществ по сравнению
с другими методами получения неразъемных соединений находит
все более широкое применение в радиотехнической промышлен-
ности, где с помощью клеев создаются надежные и экономичные
конструкции. Выполненные с применением современных высоко-
качественных клеев, они в ряде случаев более надежны и долго-
вечны, чем полученные методом клепки, сварки и пайки. В связи
с этим интерес конструкторов радиоаппаратуры и ее элементов
к клеевым соединениям все более возрастает.
Существующие теории еще не позволяют полностью управлять
технологическим процессом склеивания, но знакомство с ними
дает представление о взаимодействии клея со склеиваемыми мате-
312
риалами. В основе теории склеивания материалов лежат вопросы
поверхностных явлений и адгезии.
Склеивание осуществляется с помощью специальных веществ,
которые вследствие взаимодействия с поверхностью изделий и
изменения своего физического состояния способны при определен-
ных условиях прочно скреплять соединенные детали. Другими
словами, склеивание является результатом проявления сил адге-
зии (прилипания). Величина адгезии измеряется силой, которую
надо приложить, чтобы разделить два склеенных элемента кон-
струкции.
Современные взгляды на процессы прилипания и склеивания
дают общее представление о силах, действующих на поверхности
раздела.
Как известно, поверхность жидкости под действием поверх-
ностных сил жидкости стремится к сокращению, вследствие этого
при отсутствии других сил, действующих на жидкость, она зани-
мает минимальный объем (т. е. принимает форму шара). С точки
зрения молекулярной теории сокращение поверхности жидкости
вызывается тем, что на границе раздела -жидкость — газ каждая
отдельная молекула находится в неравновесном состоянии. Со сто-
роны жидкости на молекулу действуют межмолекулярные силы
притяжения, результирующая которых направлена внутрь, по
нормали к поверхности жидкости, со стороны газа на эту же моле-
кулу также действуют силы притяжения. Так как количество
молекул в единице объема газа во много раз меньше, чем в еди-
нице объема жидкости, результирующая сила притяжения газо-
вой среды будет меньше результирующей силы притяжения жид-
кости. Поэтому молекула жидкости «втягивается» внутрь, а ее
место занимает дуговая молекула. Поэтому у поверхности жид-
кости, кажущейся спокойной и гладкой, существует бурное дви-
жение молекул, обусловливающее появление сил поверхностного
натяжения.
Сокращение поверхности, имеющее молекулярную природу, ука-
зывает на наличие свободной энергии или, что то же самое, на необ-
ходимость затраты работы для расширения поверхности, причем
величина этой работы для каждой жидкости вполне определенная.
Обычно поверхности твердых тел загрязнены жировыми плен-
ками, которые в значительной мере изменяют поверхностные
свойства тел. Для увеличения работы адгезии при склеивании
эти пленки необходимо удалять.
На поверхности большинства твердых тел имеется адсорбиро-
ванный слой газов: на металлах адсорбированные пленки дер-
жатся весьма прочно. Адсорбция кислорода на поверхности
некоторых металлов приводит к образованию окисных пленок;
особенно быстро такие пленки, как известно, образуются на алю-
минии и его сплавах.
Газы адсорбируются на твердых телах вследствие взаимодей-
ствия ненасыщенных силовых полей поверхностных атомов твер-
313
дого тела с силовыми полями молекул, подошедших близко к твер-
дой поверхности. В результате этого взаимодействия и закрепле-
ния на поверхности твердого тела частиц газа или жидкости
поверхностная энергия твердого тела в большинстве случаев
уменьшается.
Считают, что у поверхности твердых тел также действуют силы
поверхностного натяжения, хотя надежных методов для его опре-
деления пока не существует. Однако для случая, когда капля
жидкости находится на поверхности металла, можно написать
уравнение Дюпре:
^т.ж = Тт. г Н~ Тж. г Тт.ж?	(12-3)
где WT. ж — работа адгезии между твердым телом и жидкостью;
ут. г — поверхностное натяжение твердого тела в среде газа;
уж-г — поверхностное натяжение жидкости в среде газа;
ут.ж — поверхностное натяжение твердого тела на границе
с жидкостью.
В это уравнение входят два неизвестных ут> г и уТ1 ж, но раз-
ность их (ут. г — ут> ж) может быть найдена измерением угла сма-
чивания 0, который называют также краевым углом.
Проекция поверхностных сил на горизонтальную плоскость
(поверхность твердого тела) выражается уравнением
Тт. г = (?т.ж + ?Ж. r)C0S^’
Подставив его в уравнение (12-3), получим:
И^т.ж — Тж.г (1 "I" cos 9).
Из последнего уравнения следует, что максимальная работа
адгезии будет получена, когда cos 0 = 1, т. е. когда угол 0
Рис. 12-22. Капля жидкости на твер-
дой поверхности.
пулами самой жидкости), равной
равен нулю. В этом случае
жидкость полностью смачи-
вает поверхность твердого
тела, т. е. наблюдается абсо-
лютное смачивание, и вели-
чина адгезии будет опреде-
ляться когезионной прочно-
стью жидкости (т. е. силами
взаимодействия между моле-
2уж. г- Это явление и исполь-
зуется при склеивании > металлов для подготовки поверхности.
Обычно поверхности твердых тел загрязнены жировыми плен-
ками, которые в значительной мере изменяют поверхностные
свойства тел. Для увеличения работы адгезии при склеивании
эти пленки необходимо удалять. Качество обезжиривания оцени-
вают по углу смачивания водой поверхности металла, т. е. по
степени растекания воды. Если угол смачивания будет 90°, то
314
величина работы адгезии равна половине величины когезии.
При 0 = 180° работа адгезии равна нулю. Практически какая-то
адгезия всегда существует, следовательно, угол 0 не может быть
равен 180°.
Все сказанное выше относительно величины работы адгезии
было установлено в условиях статического равновесия, а метод
ее определения называется методом краевого угла. Рассмотренные
теоретические положения изложены в работах И. И. Михалева,
3. Н. Колобовой и В. П. Батизата.1
Материалы соединяемых деталей и клеев можно разделить на
полярные и неполярные, поверхности — на пористые и непори-
стые. Клеи обычно подбирают в зависимости от природы поверх-
ностей, подлежащих склеиванию. Детали из полярных материалов
склеиваются полярными клеями. Если можно, то поверхностям
неполярных материалов придают свойства полярных материалов.
Если этого сделать нельзя, то применяют неполярный раствори-
тель. Если поверхности склеиваемых материалов не пористы,
применяют клеи, не содержащие летучих веществ и не выделяю-
щие их в процессе отвердения. Для увеличения адгезионных
сил при склеивании некоторые неполярные материалы подвергают
термической или химической обработке, чтобы получить на их
поверхности некоторые количества полярных групп. Так посту-
пают, например, при склеивании полиэтилена, фторопласта-4,
некоторых металлов, резины и т. д. Склеивающие вещества должны
не только обеспечивать требуемую механическую прочность соеди-
нения в зависимости от области применения и условий эксплуа-
тации, но и обладать высокими изоляционными свойствами, высокой
эластичностью и влагонепроницаемостью, стабильностью физи-
ческих, химических и механических свойств во времени. Проч-
ность клеевого соединения не должна изменяться в широком тем-
пературном интервале.
Прочность приклеивания увеличивается, если склеиваемые
вещества имеют разветвленные поры, так как проникающий в них
клей, затвердевая, образует как бы корневую систему, улучшаю-
щую условия сцепления. Тонкие пленки клея (порядка 1СН см)
обеспечивают более прочное соединение, чем толстые слои, так
как количество трещин в тонких пленках меньше, а молекулярное
сцепление значительно сильнее. Поэтому толщина пленки клея
при соединении деталей не должна превышать 0,1—0,15 мм.
Процесс склеивания состоит из следующих операций:
а)	подгонка склеиваемых поверхностей;
б)	очистка поверхностей от загрязнений органическими рас-
творителями или механической обработкой;
в)	нанесение тонкого ровного слоя склеивающего вещества
кистью, поливом или пульверизацией;
1 И. И. Михалев, 3. Н. Колобова, В. П. Б а т и з а т,
Технология склеивания металлов, изд-во «Машиностроение», 1965.
31о
00
О)
Склеивающие материалы, применяемые в производстве радиоаппаратуры
Таблица 12-15
Склеива- ющий материал	Состав	Технология процессов склеивания	Свойства склеивающего слоя			Область применения
			Интервал рабочих температур, ° С	Прочность на раз- рыв, к Г/см2	Стойкость к действию влаги, жидкостей	
Бакели- товый лак	Спиртовой ра- створ феноло-фор- мальдегидной смо- лы	Полимеризация сту- пенчатым повышением температуры в пределах от 110 до 150° С. Давле- ние при склеивании 3—5 кГ/см2	-50-4-4-60	80—90	Устойчив к дей- ствию трансфор- маторного масла. Невлагостоек	Склеивание гетинакса, текстолита, электрокар- тона, пластических масс, дерева в любых сочета- ниях
Карби- нольный клей	Карбиноль + пе- рекись бензоила или азотная кис- лота в количестве от 1 до 3% по весу	Полимеризация	при 20±5°С	-60-4-4-70	250	Устойчив к дей- ствию трансформа- торного масла, бен- зина и керосина. Невлагостоек	Универсальный клей, склеивающий материал в любых сочетаниях. Латунные детали склеи- ваются после f блужи- вания сопрягаемых по- верхностей
Клеи БФ, БФ-2	Спиртовые ра- створы фенол-фор- мальдегидной смо- лы с некоторыми добавками, при- дающими клею различные свой- ства	Полимеризация при постепенно повышающей- ся температуре в преде- лах 60—120° С. Давление при склеивании 5— 10 кГ/см2	—604-+80	50—200	Устойчив к дей- ствию масла, бен- зина, керосина, минеральных кис- лот, влаги	Универсальный клей, склеивающий любые ме- таллические и неметал- лические материалы в любых сочетаниях. Ла- тунные детали склеива- ются после облужива- ния сопрягаемых поверх- ностей
	Склеива- ющий материал	Состав	Технология процессов склеивания
	БФ-4		Полимеризация при 90° С. Давление при склеивании 5—8 кГ{см2
	БФ-6		Полимеризация при 60° С. Давление при склеивании 2—4 кГ[см2
	БФ-3 БФ-5		Полимеризация при 100—130° С. Давление при склеивании 0,5— 1,5 кГ)см2
	Полисти- роловый клей	Полистироловая стружка 20%, бен- зол 80% по весу	Склеивание происхо- дит в результате испа- рения бензола. Давле- ние при склеивании 2,5—3 кГ/см2
co	Акрило- вый клей	Стружка орга- нического стекла 2—3%, дихлор- этана 98—97% по весу	Склеивание происхо- дит в результате испа- рения дихлорэтана. Дав- ление при склеивании 2,5—3,0 кГ1см2
			
Продолжение
Свойства склеивающего слоя			Область применения
Интервал рабочих температур °C	Прочность на раз- рыв, кГ/см2	Стойкость к действию влаги, жидкостей	
—60-^4-80	50—140	То же, устойчив в условиях повы- шенных вибраций	То же
-604-+80	То же		Склеивание тканей, целлофана, триацетата целлюлозы, слюды и т. д.
—60-4-4-80	50—70	То же	Склеивание стекла
—504-+60	—-	Устойчив к дей- ствию кислот и щелочей. Влаго- стоек	Склеивание полисти- рола, заклеивание тон- ких проводов катушек индуктивности
-604-4-50 1	110	Устойчив к дей- ствию масел, кис- лот, морской воды	Склеивание органиче- ского стекла
€0 «A			
00	Склеива- • ющий материал	Состав	Технология процессов склеивания
	Термо- преновый клей	Натуральный каучук, обрабо- танный органиче- скими сульфокис- лотами,	10—12% и смесь бензина с бензолом 80—90% по весу в соотно- шении 2:1	Склеивание происхо- дит в результате испа- рения бензина и бензо- ла. Давление при склеи- вании 4—6 кГ]см2 при одновременном нагрева- нии до 170° С. Толщина склеиваемого слоя мо- жет быть доведена до 1—2 мкм
	Эпоксид- ный клей	Эпоксидная смо- ла ЭВ-4, дициан- диамид и напол- нители	Полимеризация при 120—150° С. Давление при склеивании 5— 7 кГ[см2
Продолжение
Свойства склеивающего слоя			
Интервал рабочих температур, ° С	Прочность на раз- рыв, кГ/см2	Стойкость к действию влаги, жидкостей	Область применения
__ 404-+70	50—100	Устойчив к дей- ствию кислот, мор- ской воды. Устой- чив в условиях повышенных виб- раций. Влагостоек	Склеивание резины с металлами. К латуни приклеивание произво- дится после обслужи- вания
—704-+150	60—180	Устойчив к дей- ствию кислот, ще- лочей, влаги	Склеивание металлов и неметаллических ма- териалов в различных сочетаниях. Склеиваю- щий слой дает уплотне- ние (неполную гермети- зацию), может приме- няться в тропических условиях экспуатации
г)	соединение склеиваемых поверхностей и выдержка их для
затвердевания клея при заданных температурном режиме и дав-
лении.
Некоторые клеи и их свойства, а также краткие сведения о тех-
нологии склеивания и области применения приведены в табл. 12-15.
Высокой склеивающей способностью наряду с удовлетворитель-
ными электроизоляционными свойствами обладают феноло-фор-
мальдегидные, глифталевые и карбомидные смолы.
Для соединения деталей аппаратуры, работающей в тяжелых
климатических условиях, незаменим эпоксидный клей. Клей на
основе эпоксидной смолы марки ЭВ-4 состоит из 100 весовых
частей ее порошка, 25—30 весовых частей порошка дициандиамида
и растворителя — этилцеллозольва, количество которого опре-
деляется нужной консистенцией клея.
Полимеризация эпоксидного клея производится при темпера-
туре 120° С в течение 20 ч. Повышение температуры до 150° С
сокращает время выдержки до 3—4 ч. Эпоксидной клей обладает
исключительно высокой адгезией к поверхности различных мате-
риалов, влагостойкостью, механической прочностью в сочетании
с удовлетворительными изоляционными свойствами, неизмен-
ными в интервале температур от —70 до 4-150° С.
Для снижения коэффициента усадки к склеивающим веще-
ствам добавляются наполнители, в качестве которых применяют
мелкодисперсные порошки (просеянные через сито с 10 000 отвер-
стий! см2) слюды и керамики, кварцевая пудра, тальк, окись
цинка, сернистый кальций, сернокислый барий и др. Добавление
цемента к эпоксидной смоле позволяет склеивать керамику и
металл с очень большой прочностью.
Глава
XIII
ТЕХНОЛОГИЯ ОБЪЕМНОГО
МОНТАЖА РАДИОАППАРАТУРЫ
13-1
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О БЛОК-СХЕМАХ,
ПРИНЦИПИАЛЬНЫХ И МОНТАЖНЫХ СХЕМАХ
Чтобы дать наглядное представление о радиотехническом
устройстве, его изображают в виде условных чертежей-схем.
Блок-схема, или, как ее еще называют, скелетная схема,
дает только самое общее представление о радиоаппаратуре, о ее
основных узлах и их функциях. Блок-схема состоит из прямо-
319
угольников (или кругов), которые изображают крупные части
аппарата, иногда имеющие в своем составе несколько каскадов
с электронными приборами. В прямоугольниках делают надписи,
поясняющие назначение каждого блока, или проставляют услов-
ные наименования деталей, характерных для данного блока.
Прямоугольники соединяют линиями, которые показывают, с ка-
кими блоками взаимодействует данный блок.
Типовая блок-схема радиотехнического устройства показана
на рис. 13-1. Блоки, постоянно участвующие в работе изделия,
и постоянно действующую взаимосвязь изображают сплошными
линиями, а блоки специального назначения, периодически уча-
ствующие в работе изделия, и взаимосвязь переменного, харак-
тера — пунктирными линиями. Механическую связь между бло-
ками указывают двойными линиями. В зависимости от сложности
Рис. 13-1. Типовая блок-схема радиотехнического устройства.
радиотехнического устройства и целевого назначения блок-схемы
выделяют в отдельные блоки, различные части конструкции.
Принципиальная электрическая схема
служит для подробного отображения электрических принципов
работы и связей элементов изделия. Схема является исходным
материалом при конструировании, составлении электромонтажных
схем и изучении изделия, а также используется совместно с элек-
тромонтажными схемами при монтаже, регулировке и эксплуа-
тации изделия.
На принципиальной схеме условными обозначениями показы-
вают все элементы, которые определяют принципы электрической
работы изделия и все цепи электрических связей. Элементы, уста-
навливаемые в изделии для удобства мойтажа или по конструк-
тивным соображениям (например, клеммные платы, штепсельные
разъемы, сальники), как правило, на схеме не изображают.
На схеме также не указывают монтажные данные изделия, напри-
мер марки и сечения проводов, номера клемм и клеммных плат
внутреннего монтажа и т. п.
Чтобы упростить чтение принципиальной схемы, иногда
группы отдельных линий сливают в общие линии. Такое слияние
320
выполняют по радиусам. Сливающиеся линии на обоих концах
нумеруют одинаковыми условными порядковыми номерами.
Условные обозначения элементов, совместно решающих в изде-
лии определенные задачи, на схеме группируют в одном месте вне
зависимости от их размещения в изделии (например, группы за-
дающих и принимающих синхронных передач, элементы усили-
тельных, выпрямительных сигнальных устройств). Эти группы
при необходимости выделяют условными очертаниями (штрих-
пунктиром), указав их наименование или обозначение.
Условные обозначения в группах и сами группы на схеме рас-
полагают таким образом, чтобы схему можно было читать после-
довательно, а линии, соединяющие условные обозначения эле-
ментов, имели минимальное число пересечений.
Условным очертанием групп (блоков) придают определенные
размеры (например, одинаковые по высоте и различающиеся по
ширине), чтобы удобно было размещать их рядами, показав в про-
межутках между ними линии электрических связей.
Элементы на схеме изображают в следующих состояниях:
выключатели — в выключенном положении, переключатели —
в выключенном или наиболее характерном для них рабочем поло-
жении, реле, контакторы, электромагниты — в положении при
отсутствии напряжения, контактные приспособления — в ней-
тральном положении, ограничители в положении, соответствую-
щем нормальной работе устройств, контакты, замыкаемые или
размыкаемые механически, в положении при отсутствии механи-
ческих воздействий, реостаты и потенциометры — в наиболее
характерных положениях при нормальных условиях работы
устройств.
Если в элементе имеется несколько различных по назначению
обмоток, изображаемых в условных обозначениях одинаково
(например, обмотки трансформаторов), то на схеме делают над-
писи, указывают напряжения, на которые эти обмотки рассчи-
таны, и указывают номера выводных клемм.
В случае необходимости в характерных точках схем радиотех-
нических устройств изображают условными знаками формы на-
пряжения (импульсов), указывают их величины или вычерчивают
осциллограммы.
Для органов управления и контроля (например, для переклю-
чателей, измерительных приборов, индикаторных ламп, контроль-
ных гнезд, регулируемых сопротивлений) указывают их назначе-
ние или использование в соответствии с надписями, помещенными
на наружных стенках радиоаппаратуры.
В качестве основного способа позиционных обозначений эле-
ментов на схеме приняты буквенные символы с порядковыми
номерами элементов в виде цифрового индекса (рис. 13-2, а).
Для многоприборных (многоблочных) систем порядковые но-
мера элементам присваивают в пределах данного прибора (блока),
указывая после буквенного обозначения элемента номер прибора
11 A. T. Белевцев
321
Рис. 13-2. Примеры обозначений эле-
ментов на принципиальной схеме.
и через тире порядковый номер элемента в данном приборе
(рис. 13-2, б).
Позиционные обозначения элементов проставляют на схеме
около их графических изображений с левой стороны элемента
или над ним.
Линии заземления цепей графически сводят к общей линии
(линии нулевого потенциала «земля»). В сложных схемах с боль-
шим числом линий связей допускается проставлять знаки «кор-
пус» или «земля» около обозначений отдельных элементов. Цепи
накала ламп показывают полностью. Только в сложных схемах
допускается обрывать линии цепей накала, снабжая их стрел-
ками и указаниями о пунктах подключения. В схеме отражают
экранировку проводов, элементов, блоков и приборов.
Линии электрических цепей элементов, выходящие из изде-
лия, на которое составляется схема, обрывают на полях схемы и
снабжают таблицами с ука-
занием данных внешнего мон-
тажа изделия. Для каждой
выходной клеммной платы
или штепсельного разъема
изделия приводят отдельную
таблицу и снабжают ее по-
зиционным обозначением.
На рис. 13-3 показана
часть принципиальной схемы
ультразвуковолнового радио-
приемника. Все условные изо-
бражения элементов обозна-
чены номерами. Пронумеро-
ванные элементы схемы за-
носят в таблицу, называемую
перечнем элементов, где указывают назначение, тип и электри-
ческие данные деталей, входящих в схему. В качестве образца
часть перечня элементов принципиальной схемы, показанной на
рис. 13-3, приведена в табл. 13-1.
Принципиальные схемы не дают сведений о конструктивных
особенностях многих деталей, их расположении на шасси, форме
и размерах шасси и т. п. Поэтому наряду с принципиальными
схемами выполняют полумонтажные и монтажные, которые помо-
гают построить изображенный на принципиальной схеме радио-
аппарат.
Полумонтажная схема дает полное представление
о том, какие детали входят в состав изделия и как они в действи-
тельности соединены одна с другой. Если на принципиальной
схеме взаимосвязь между отдельными элементами схемы изобра-
жена без указания реальных точек подсоединения монтажных
проводов, то на полумонтажной схеме все соединительные про-
вода, колодки с зажимами и прочие места подсоединения монтажа
322
пронумерованы и связаны между собой так, как они связаны
в реальной конструкции.
Таблица 13~1
Перечень элементов принципиальной схемы приемника УКВ
№ детали по схеме	Назначение в схеме	Тип	Номинальная величина	Отклонение от номинала, % i		Рабочее напряже- ние или мощность
16	Лампа свёрхгенератора	2Ж27	—	—.		
17	Лампа усилителя низкой частоты	2Ж27	—	—	—
18	Конденсатор подстроечный	—	2,8—4,5 пф	±10	1000 в
19	Конденсатор блокировоч- ный в цепи экранирующей сетки лампы сверхгенера- ТАИ О	КБГИ	4 700 пф	±20	200 в
20	lUjJd. Сопротивление автомати- ческого напряжения сме- щения на управляющей сетке лампы сверхгенера- тора	ВС-0,25	510 000 ом	±5	0,25 вт
Рис. 13-3. Часть принципиальной схемы приемника УКВ.
Кроме того, на полумонтажных схемах приводят основные
данные о проводах, кабелях, фидерах и шинных соединениях,
служащих для электрического соединения деталей конструкции.
Однако о реальном взаиморасположении отдельных деталей полу-
11*
323
монтажная схема не дает представления. Она является переход-
ной ступенью между принципиальной и монтажной схемами.
Типовая полумонтажная схема показана на рис. 13-4.
Монтажную схему применяют в качестве техноло-
гического документа при монтаже радиоаппаратуры в серийном
и массовом производстве. Монтажные схемы составляют в соот-
ветствии с действительным расположением электрических эле-
ментов и монтажных проводов в изделиях, указывая необходимые
Рис. 13-4. Типовая полумонтаж-
ная схема.
обозначений и линий. Схемы,
сведения о выполнении монтажа.
Изделия на этих схемах показы-
вают со стороны монтажа.
Существуют два способа со-
ставления монтажных схем: кон-
структивный и условный.
При конструктивном способе
все электрические элементы, мон-
тажные провода, жилы кабелей и
кабели изображают упрощенными
очертаниями. Такие схемы не от-
ражают путей прохождения токов
в элементах и применяются сов-
местно с принципиальными элек-
трическими схемами. Конструк-
тивным способом пользуются в
тех случаях, когда необходимо
точно показать взаимное располо-
жение электрических элементов и
монтажных проводов в изделиях.
При условном способе все
электрические элементы, монтаж-
ные провода, жилы кабелей и кабели
изображают с помощью условных
составленные этим способом, пока-
зывают пути прохождения токов в элементах и могут применяться
независимо от принципиальных электрических схем. Условное
отображение взаимного расположения монтажных проводов и
элементов на схеме обеспечивает идентичность электрического
монтажа.
Если в изделии необходимо иметь вполне определенное взаим-
ное расположение монтажных проводов и элементов, то состав-
ляют условным способом специальный конструкторский чертеж
монтажа этого изделия или его части, где указывают конструк-
тивное размещение и крепление электрических элементов, а также
способы укладки, заделки и присоединения проводов к клеммам.
Такой чертеж служит дополнением к монтажной схеме, выполнен-
ной условным способом.
Для обозначения монтажных проводов в схемах принята
порядковая цифровая нумерация двойными номерами. Первый
324
по порядку номер присваивают каждой электрической линии,
имеющей один и тот же потенциал, второй номер — каждому
проводу, принадлежащему одной и той же электрической линии,
например 1-1; 1-2; 1-3 и т. д.; 2-1; 2-2, 2-3 и т. д. (рис. 13-5).
Рис. 13-5. Обозначения проводов на электромонтажных схе-
мах, выполненных условным (а) и конструктивным (б) спо-
собами.
Номера проводов на схеме указывают около обоих концов каж-
дого провода. Короткие провода иногда обозначают только в одном
месте, а короткие перемычки из голого провода или пластин
часто совсем не нумеруют.
Если в каждой элект-
рической линии содержит-
ся лишь по одному про-
воду, то последние обоз-
начают на схеме только
номером линии. Провода,
присоединяемые к одной
Рис. 13-6. Обозначение проводов, подсое-
диняемых к одной клемме, на электромон-
тажной схеме.
клемме, имеют одинако-
вые номера (рис. 13-6).
Жилы кабелей обозна-
чают на электромонтажной
схеме одинарными порядковыми номерами для каждого кабеля,
начиная с первого номера. Номера кабелям присваивают в соот-
ветствии с их нумерацией на общей схеме и схеме соединения в
следующей последовательности: кабели общего назначения, высо-
кочастотные кабели, прочие кабели специального назначения.
325
Номер кабеля вписывают в окружность, размещаемую на
изображенном конце линии кабеля, или же показывают на вы-
носке (для конструктивного способа). Вдоль линии кабеля, рядом
РШМ8х1
Рис. 13-7. Обозначение кабеля и его
жил на схеме, выполненной условным
способом.
с его номером, указывают
марку кабеля, количество и
сечение жил, а также число
занятых жил в кабеле (запи-
сывают в квадратной рамке).
Пример обозначения кабеля
и жил для схемы, выполнен-
ной условным методом, при-
веден на рис. 13-7.
В углу электромонтаж-
ной схемы помещают специ-
фикацию показанных на ней
элементов. Спецификацию размещают над основной надписью и
заполняют снизу вверх. Форма соответствует спецификации сбо-
рочного чертежа.
13-2
ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ
ТРЕБОВАНИЯ К МОНТАУКУ
Для успешного монтажа радиоприбора необходимо ознако-
миться с правилами выполнения монтажных работ, а также их
технологическими особенностями. Необходимо знать, в каких
условиях будет работать данный прибор, чтобы обеспечить удоб-
ство его ремонта при эксплуатации и замены отдельных деталей,
а также проверки работы цепей и блоков.
Любой радиоприбор должен быть изготовлен в соответствии
с требованиями чертежей и технических условий. Разработанный
технологический процесс производства является законом для
исполнителя.
К монтажу радиоприборов предъявляют повышенные требо-
вания, так как от качества монтажа зависит соблюдение заданных
выходных параметров, гарантирующих надежную работу прибора.
Монтаж производят в строгом соответствии с данным техноло-
гическим процессом, соблюдая следующий общий для всех радио-
приборов порядок выполнения монтажа:
1)	монтаж расшивочных панелей, переключателей и других
обособленных узлов (до их установки на шасси прибора);
2)	монтаж перемычек из голого провода;
3)	монтаж одиночных проводов;
4)	установка на шасси заранее смонтированных узлов и мон-
таж проводов, идущих от этих узлов;
5)	укладка жгута на шасси и монтаж его проводов;
6)	монтаж навесных радиодеталей (резисторов, конденсато-
ров и др.).
326
В зависимости от технологической целесообразности можно
частично изменять порядок выполнения монтажа. Обычно для
межузловых, межблочных и межприборных соединений, а также
для релейных и низкочастотных устройств (цепей) используется
мягкий многожильный провод, увязанный в жгуты.
Для навесного монтажа и монтажа на платах с лепестками,
шпильками и пистонами используют луженый или посеребренный
одножильный провод.
При монтаже проводов изоляцию с кабелей (с их концов) уда-
ляют специальным инструментом либо в приспособлении, исклю-
чающем надрез жил или отдельных проволок. Концы наружной
текстильной оплетки проводов предохраняют от разлохмачивания
и сползания.
Экранирующую оплетку монтажных проводов, если ее длина
не превышает 100 мм, присоединяют к корпусу шасси в одной
точке, а при длине ее выше 100 мм — в двух точках, с обоих
концов (кроме случаев, особо оговоренных в чертежах). Такую
оплетку заделывают и подпаивают к ней провод заземления спо-
собом, исключающим повреждение (прожог) изоляции проводов.
Край экранирующей оплетки провода должен отстоять от места
среза изоляции на расстоянии, равном 10—25 мм, в высоковольт-
ных цепях с напряжением 2 000—3 000 в это расстояние должно
быть 20—25 мм.
Нелуженые токоведущие жилы проводов и кабелей перед луже-
нием очищают от окисной пленки.
С контактными лепестками монтажные провода надо соединять
без натяжения, оставляя запас для возможной повторной за-
чистки и соединения (7—10 мм для каждого конца).
Не допускается наращивать провода путем скручивания и
последующей пайки. Их соединяют между собой, а также с выво-
дами навесных радиодеталей только с помощью переходных
(опорных) планок или лепестков.
К одному контактному лепестку присоединяют не более трех
проводов, считая выводы навесных деталей. К контактным лепест-
кам стеклянных герметизированных выводов подключают не более
двух проводов общим сечением не более 1 мм2. Заделанные
в стекло и керамику жесткие выводы радиодеталей в процессе
монтажа не отгибают.
Концы монтажных проводов с многопроволочной жилой,' под-
ключаемые к зажимным контактам, заделывают в кабельные
наконечники.
Облуженные жилы монтажных проводов, закрепляемые в ка-
бельные наконечники, плотно обжимают специальными щипцами
(круглогубцами с выточками в губках по диаметру сечения нако-
нечника). После удаления излишка жилы и пайки на наконечниках
надвигают полихлорвиниловую трубку. Под один зажимный кон-
такт подключают не более трех проводов, армированных кабель-
ными наконечниками. Между кабельным наконечником и изоли-
327
рующей платой, а также под крепящую гайку или головку винта
зажимного контакта прокладывают шайбы.
К лепесткам панелей пальчиковых ламп и другим «плавающим»
лепесткам провода присоединяют, вставив в панели шаблоны,
фиксирующие лепестки в правильном положении.
Монтажные соединения длиной до 30 мм можно выполнять
голым медным проводом.
Голые провода, применяемые при монтаже, должны быть луже-
ные или иметь серебряное покрытие. Наименьшие допустимые
расстояния между голыми проводами и шасси в зависимости от
рабочих напряжений особо указывают в технологических картах.
Ниже приведены типовые значения:
Напряжение, в......................до 127 220 380 500
Наименьшее допустимое расстояние, мм 3	5	7	9
Перемычки из голого провода и выводы навесных радиодеталей
изолируют хлорвиниловыми трубками только в тех случаях,
если возможно замыкание между ними или с соседними токоне-
сущими поверхностями, что должно быть отражено в конструк-
торской документации.
Заземляющие перемычки могут быть выполнены голым прово-
дом любой длины при условии, что они не могут вызвать замы-
кание монтажа.
Не следует применять жесткие провода для присоединения
к контактным лепесткам деталей, которые могут взаимно сме-
щаться при вибрации и ударах, а также любых деталей к плаваю-
щим контактным лепесткам.
Монтажные одиночные провода, а также выводы навесных
электроэлементов в местах присоединения перед пайкой механи-
чески закрепляют.
Соединения проводов между собой, проводов с выводами на-
весных элементов выполняют только с помощью опорных проме-
жуточных контактов (опорных изоляторов, клеммных плат, лепест-
ков и т. п.).
Монтажные провода не должны иметь повреждений изоляции.
Восстанавливать ее с помощью изоляционной ленты или лака
не разрешается.
Не допускается применять монтажные провода с наружной
резиновой изоляцией вблизи посеребренных поверхностей.
Монтажные соединения между контактами, имеющими взаим-
ное перемещение, выполняют из гибкого монтажного провода
с провесом, исключающим их натяжение при наибольшем рас-
стоянии между контактами. Провода не должны лежать на острых
ребрах шасси и кромках отверстий, иначе возможно повреждение
изоляции. Обычно провода имеют запас по длине 20—25 мм для
выполнения повторного закрепления концов при обрыве. Натяги-
вать провода (кроме перемычек из голого провода) при монтаже
нельзя. Радиусы изгиба проводов и кабелей, прокладываемых
328
по месту, берут равными не менеб двукратной величины наруж-
ного диаметра провода.
Чтобы предохранить монтажные провода от повреждения, на
губки пинцета, применяемого для гибки и укладки проводов, наде-
вают отрезки полихлорвиниловых трубок.
Концы проводов закрепляют так, чтобы маркировочные знаки
были обращены наружу. Провода жгута подключают в соответ-
ствии с маркировкой, расцветкой и длиной их концов, Если воз-
никают сомнения в правильности соединений, провода проверяют
и находят нужные концы с помощью пробника. Соединения выпол-
няют только при полной уверенности в их правильности.
Необходимо следить за тем, чтобы зазор между деталями
(например, остеклованными резисторами) и подвижными частями
блоков составлял не менее 5 мм. Монтаж, расположенный в непо-
средственной близости от сильно нагревающихся деталей, выпол-
няют проводами с теплостойкой изоляцией. Хлопчатобумажная
изоляция проводов не должна соприкасаться с неизолированными
элементами монтажа (жилами проводов, контактными лепестками).
Если экранированные провода могут касаться неизолированных
участков схем, то на них надевают изолирующие трубки.
Установку на шасси смонтированных узлов радиоприбора и
монтаж проводов, идущих от этих узлов, следует производить
после полной механической сборки и проверки всех монтируемых
элементов схемы и надежности их механического крепления.
Если при монтаже технологией предусмотрены механические
работы (сверление, нарезание резьбы и т. п.), то должна быть
устранена всякая возможность засорения прибора металличе-
скими стружками и пылью.
В процессе электрического монтажа необходимо принимать
меры против попадания обрезков проводов в радиоприборы, а по
окончании монтажа весь прибор должен быть очищен от остатков
монтажных материалов и пыли.
Очистку производят продувкой очищенным сжатым воздухом
или очисткой его пылесосом.
При наличии в приборах узлов, содержащих шариковые под-
шипники, зубчатые передачи, волноводные тракты, имеющие от-
крытые полости, очистку производят кисточкой или тампоном из
протирочного материала, увлажненного спиртом.
Два или более монтажных провода (в том числе экранирован-
ных) увязывают в жгут. Перед каждым ответвлением проводов от
жгута делают петлю вязки. Узлы ниточных петель жгутов, вязан-
ных на шаблоне, располагают на нижней стороне жгута (обращен-
ной к шасси). Провода цепей питания переменного тока (часто-
той 50 и 400 гц) свивают попарно по всей длине до укладки в жхут.
Жгуты не должны лежать на деталях крепления (гайках, винтах,
скобах) и затруднять доступ к ним.
Все навесные радиодетали, поступающие на монтаж, предвари-
тельно маркируют в соответствии с их схемными обозначениями.
329
13-3
МЕТОДЫ МОНТАЖА РАДИОАППАРАТУРЫ
Существующие в настоящее время методы монтажа радиоэлек-
тронной аппаратуры можно свести к двум основным видам: про-
волочный монтаж и печатный монтаж.
Под монтажом в этом случае понимают соединения между
собой различных элементов данного устройства или аппарата
электропроводными линиями (монтажными проводами).
Различные виды проволочного монтажа, при котором в каче-
стве соединений используют проволочные или монтажные выводы
деталей и специальные соединительные проводники, в настоящее
время занимают значительно меньший объем в современной РЭА.
Радиус изгиба монтажных выводов навесных деталей выби-
рают не меньше удвоенной величины их диаметра (толщины).
Резкие изгибы выводов и изгибы вровень с корпусом детали не
допускаются. Длину выводов навесных резисторов и конден-
саторов от их корпуса до места пайки берут 8—15 мм. Выводы
полупроводниковых приборов изгибают и паяют на расстоянии
не менее 10 мм от их корпуса, обеспечивая достаточный теплоотвод
во избежание перегрева приборов.
Длину обоих выводов радиодеталей после их закрепления
берут по возможности одинаковой.
При монтаже полупроводниковых триодов их базовый контакт
подключают первым. Поляризованные детали (полупроводнико-
вые диоды всех типов ДГ-Ц, электролитические конденсаторы)
монтируют, соблюдая полярность их выводов.
Навесные детали удаляют друг от друга и прочих токонесущих
поверхностей на расстояние не менее чем 2 мм. Если предусмо-
трено покрытие монтажа влагостойким лаком, это расстояние
может быть уменьшено.
В условиях тесного монтажа на детали надевают изолирующие
трубки. Контактные лепестки прецизионных и остеклованных
сопротивлений при монтаже отгибать запрещается.
Навесные детали монтируют так, чтобы надписи номиналов и
маркировки были хорошо видны, а при монтаже на расшивочных
панелях — обращены в одну сторону. Монтажные провода, жгуты
и навесные детали не должны заслонять маркировочные знаки.
Пайка монтажных соединений должна обеспечивать надеж-
ность электрического контакта и необходимую механическую
прочность соединений.
Законченный электромонтаж тщательно очищают от загряз-
нений.
Непрерывное усложнение электронных схем и растущая
потребность в аппаратуре делают навесной монтаж рентабельным
только в мелкосерийном производстве и при изготовлении аппа-
ратуры с высокими мощностями рассеяния, имеющей разнород-
ные, часто нестандартные и тяжелые детали.
330
Проволочный монтаж радиоэлектронной аппаратуры является
весьма трудоемкой операцией. Он поглощает около 60% труда,
затрачиваемого на изготовление изделия в целом.
Попытки частично или полностью механизировать рабочие
операции соединений в электронной аппаратуре с проволочным
монтажом не дали положительных результатов.
Механизировать навесной монтаж удается только с помощью
монтажных автоматов, где соединение проводников осущест-
вляется скручиванием. При этом проводка получается слишком
сложной, и во многих случаях ручной монтаж оказывается зна-
чительно дешевле механизированного.
Методы проволочного монтажа радиоэлектронной аппаратуры
разделяют на проволочный навесной, проволочный колончатый
и проволочный бескаркасный монтаж.
Проволочный навесной монтаж применяют
при изготовлении аппаратуры способом ручной сборки на метал-
лических шасси, каркасах, основаниях и т. п.
Монтаж производят в основном выводами деталей. Монтажный
провод используется только для цепей питания и межблочных
соединений.
Выводы от точек схемы выполняют проводниками такой длины,
которая достаточна для их соединения с другими точками схемы.
Мелкие сопротивления и конденсаторы с проволочными выводами
закрепляются на выводах-лепестках других деталей.
Несмотря на некоторую «архаичность» такого метода, он может
дать в ряде случаев значительное повышение надежности, так как
число переходных контактов при этом способе минимально, он
может дать значительный эффект при мелкосерийном изготовле-
нии аппаратуры повышенной плотности компоновки.
Наибольшая плотность, которая может быть получена при
навесном монтаже, не превышает 300 элементов на 1 дм3.
Проволочный колончатый монтаж был раз-
работан в связи с требованиями современной электроники. Он поз-
воляет значительно увеличить плотность монтажа элементов,
повысить надежность электронной аппаратуры и ее устойчи-
вость к вибрации и ударным нагрузкам.
При колончатом монтаже электрорадиоэлементы монтируются
на двух изоляционных платах, которые жестко крепятся между
собой при помощи двух или большего числа колонок или скоб.
Методом колончатого монтажа могут быть выполнены различ-
ные функциональные узлы и блоки. После сборки и электрических
испытаний узлы, как правило, герметизируют. При использовании
стандартных миниатюрных элементов плотность монтажа в функ-
циональных узлах достигает 4 тыс. элементов в 1 дм3.
Разновидностью колончатого монтажа является и так называе-
мый метод сварных модулей. Он нашел широкое применение при
изготовлении цифровых вычислительных машин, где имеются
десятки идентичных элементов. Используя стандартные сверх-
331
миниатюрные элементы в сварных модулях, можно получить
плотность монтажа до 10 тыс. элементов на 1 дм3.
Проволочный бескаркасный монтаж, по
мнению зарубежных специалистов, является наиболее совершен-
ным видом обычного проволочного монтажа.
К проволочному бескаркасному монтажу можно отнести метод
свертывания узла из плоской в трехмерную конструкцию.
В этом случае узел первоначально монтируется на изоляцион-
ной перфорированной плате с шагом 2—4 мм. В необходимых
местах платы вложены специальные монтажные пистоны.
После выполнения всех необходимых паек узел вынимают
вместе с монтажными пистонами из кондуктора перфорированной
платы и проверяют на функционирование. Затем он сворачивается
в трехмерную конструкцию, еще раз проверяется и заливается
пластмассой.
Получается очень плотно скомпонованная конструкция с высо-
кой механической прочностью.
Этим способом можно добиться получения самых высоких
значений для узлов с проволочным монтажом при относи-
тельно малых затратах и простоте технологического процесса.
Печатный монтаж (или печатная схема). При изготовлении
радиоэлектронной аппаратуры методом печатного монтажа соеди-
нительные проводники наносят на изоляционные основания
(платы). В плату можно вставлять, впаивать или наносить методом
печати активные и пассивные элементы, объединяющиеся в печат-
ную схему.
Печатный монтаж по сравнению с проволочным монтажом обла-
дает рядом преимуществ:
1)	возможность механизированного изготовления печатных схем;
2)	точное воспроизведение печатных схем, а следовательно,
и монтажа аппаратуры;
3)	значительное снижение веса и размеров электронной аппа-
ратуры;
4)	увеличение механической прочности и стабильности пара-
метров аппаратуры;
5)	повышение надежности аппаратуры;
6)	упрощение ремонта и ухода за аппаратурой.
В результате бурного развития техники печатных схем по-
явилась возможность изготовлять методом печати электро- и
радиоэлементы.
Для печатных схем процесс пайки монтажа легко механизи-
ровать методами погружения, волной припоя и др.
Радиоэлектронная аппаратура, выполненная способами печат-
ного монтажа, обладает рядом преимуществ:
лучшая ремонтоспособность аппаратуры;
уменьшение проводного монтажа и числа паяных соединений;
возможность применения широкой унификации и стандарти-
зации функциональных схем;
332
возможность использования микроминиатюрных радиоэлек-
тронных устройств;
возможность применения высокой степени автоматизации про-
изводственных процессов.
В настоящее время насчитывается несколько десятков различ-
ных промышленных способов изготовления печатного монтажа.
Такое разнообразие было вызвано целым рядом причин, основ-
ными из которых являются:
различная степень технологической подготовленности заводов
к внедрению печатного монтажа;
отсутствие достаточного количества фольгированных мате-
риалов;
большое количество требований, предъявляемых к радиоаппа-
ратуре применяемых деталей, и частичное отсутствие унификации
и типоразмеров.
В отечественной и зарубежной практике в настоящее время
наиболее широкое применение получили четыре способа получе-
ния печатных плат: химического травления, гальванического
нанесения, временного основания и комбинированный.
13-4
УПЛОТНЕННЫЙ МОНТАЖ ОБЫЧНЫХ
(НАВЕСНЫХ) ЭЛЕМЕНТОВ
Разработчики радиоэлектронной аппаратуры изыскивают раз-
личные методы конструирования с применением существующих
малогабаритных элементов. Обычно эти методы предусматривают
модульный метод конструирования и разработку схем, в которых
отсутствуют крупногабаритные элементы.
Модульный метод конструирования означает, что основой кон-
струкции устройства является некоторая стандартная по разме-
рам, способу сборки и монтажа элементарная конструктивная
ячейка — модуль х.
Наряду с этим ведется непрерывное усовершенствование мало-
габаритных элементов с целью уменьшить их размеры, повысить
надежность и обеспечить возможность использования различных
методов сборки.
Существует несколько конструктивных видов модулей на
обычных малогабаритных элементах, особенный интерес пред-
ставляют плоские объемные модули.
Плоские модули. Эти модули чаще всего выполняют на пе-
чатных платах унифицированных размеров. Площадь платы
зависит не только от размеров навесных элементов, устанавливае-
мых на плате, но и от степени совершенства технологии печатного
монтажа. Высота плоских модулей целиком определяется раз-
1 О принципах модульного конструирования применительно к микро-
миниатюризации радиоэлектронной аппаратуры см. ниже (гл. XVI).
333
мерами ^элементов, причем зачастую один какой-нибудь элемент
определяет высоту всего модуля или даже блока, если модули
собирают в плоскую конструкцию.
Широкое внедрение печатного монтажа и полупроводниковых
приборов послужило основой для поисков новых методов кон-
струирования электронной аппаратуры, пригодных как для про-
мышленного (массового) производства, так и для лабораторного
изготовления экспериментальных моделей.
Обычно печатные схемы почти точно воспроизводят рисунок
монтажных схем, которые служат для них моделями.
На ранней стадии развития модульного конструирования были
приняты международные стандартные модули, собранные на
основной плате со стандартными отверстиями для выводов эле-
ментов, имеющими диаметр 1,3 мм. Исследования показали, что
рациональное конструирование при использовании таких стан-
дартных плат основано на выборе формы соединительных прово-
дов, на решении вопроса об оптимальном размещении элементов.
Конструирование начинают с размещения более крупных элемен-
тов, затем производят монтаж элементов меньших размеров и,
наконец, наиболее гибких элементов и соединительных проводов.
При рациональном размещении элементов могут быть получены
достаточно компактные схемы.
Проводились исследования по использованию вычислительных
машин для решения задач выбора оптимального варианта разме-
щения элементов на стандартной плате. Оказалось, что такое
решение возможно, но использование современных вычислитель-
ных машин потребовало бы составления слишком длинных про-
грамм, что пока нецелесообразно. Однако дальнейшее развитие
вычислительной техники, без сомнения, сделает этот метод кон-
струирования как технически, так и экономически перспектив-
ным.
Широкое внедрение стандартных элементов, а в области при-
менения печатных схем — универсальных плат нового типа зна-
чительно упростит и удешевит конструирование электронной
аппаратуры как на стадий изготовления экспериментального
образца, так и в процессе их серийного производства.
Объемные модули. Среди ряда конструкций объемных моду-
лей наибольший интерес представляют те, в которых элементы
устанавливаются вертикально вплотную друг к другу и каким-
либо способом соединяются в плоскости расположения выводов.
Эти конструкции позволяют получить наибольшую плотность
монтажа при создании модулей и блоков, состоящих из однотип-
ных элементов с осевыми выводами (например, диодные и рези-
сторные матрицы и пр.).
Применяют несколько вариантов конструктивного выполнения
таких модулей. В одном из вариантов элементы располагают между
двумя печатныМй платами и соединяют с ними при помощи пайки.
Спаянный и проверенный модуль заливают компаундом, что при-
334
дает ему механическую прочность и позволяет обойтись без допол-
нительных креплений.
Разновидностью этой конструкции являются сварные модули.
Метод конструирования электронной аппаратуры с применением
сварных модулей позволяет уменьшить размеры и вес электрон-
ного оборудования на 75% и более даже при использовании обыч-
ных элементов.
Новый метод хорошо подходит для конструирования цифровых
вычислительных машин, где имеются десятки идентичных эле-
ментов, в каждом из которых используются транзисторы, диоды,
резисторы и конденсаторы. Предполагают, что он может найти
широкое применение также для изготовления авиационной элек-
тронной аппаратуры, когда элементы монтируют между двумя
печатными панелями так, что получается как бы трехслойная
конструкция.
Процесс изготовления сварных модулей заключается в сле-
дующем. Транзисторы приклеивают друг к другу торцами так,
чтобы их выводы были направлены в противоположные стороны.
Затем вместе с резисторами и конденсаторами их помещают между
двумя тонкими лентами из майлара с отверстиями для выводов.
Эти ленты служат как бы оправой для монтажа подобно печат-
ным платам (отличие состоит в том, что ленты не несут соедини-
тельных проводников). Для выполнения необходимых соединений
между элементами внутри каждого из них к соответствующим
выводам приваривают тонкие никелевые ленты.
Таким образом собирают стержень, состоящий из ряда эле-
ментов, еще не соединенных между собой. Выводы элементов,
которые не должны больше иметь каких-либо других соединений,
обрезают заподлицо с поверхностью никелевых лент. Чтобы
изолировать внутренние соединения элементов, на стержень
накладывают другую майларовую ленту с отверстиями для пропу-
скания оставшихся выводов. Соединения между элементами
производят с помощью двух майларовых лент, на каждой из
которых нанесена сетка или матрица из никелевых проводников:
вдоль ленты с одной ее стороны и поперек — с другой. В опреде-
ленных местах ленты в соответствии с требуемыми соединениями
между элементами делают отверстия для выводов, что позволяет
сваривать продольные и поперечные проводники между собой и
с выводами элементов. Конфигурация матрицы определяется
функцией, выполняемой логическим стержнем (модулем). Те про-
водники матрицы, которые не должны быть соединены для выпол-
нения определенной логической функции, обрезают и удаляют.
После того как выполнены соединения между элементами,
модуль, представляющий собой основную составную часть циф-
ровой вычислительной машины, в принципе готов. Входные и
выходные соединения логического стержня обеспечиваются про-
дольными проводниками матрицы, которые выводят на соедини-
тельную колодку, имеющуюся на одном или обоих концах стержня.
335
В таком состоянии модуль готов к герметизации. Модули, заклю-
ченные в герметизированные корпуса, объединяют в блоки, из
которых и создается вычислительная машина.
В лаборатории контрольно-измерительных приборов Масса-
чусетского технологического института разработан метод состав-
ления программ для цифровой вычислительной машины модели
IBM-650, которая выдает информацию об оптимальном размеще-
нии элементов и их соединений в логические стержни. Полученная
с помощью ЦВМ схема оптимального размещения элементов может
быть сфотографирована, уменьшена и применена для печатания
монтажной схемы матричных соединений на майларовой ленте.
Используя при этом методе конструирования стандартные
сверхминиатюрные элементы, можно достигнуть плотности мон-
тажа по крайней мере 5 000 элементов на 1 дм3. Высокая плотность
монтажа достигается не только для незначительного числа отдель-
ных модулей, но и для всего оборудования, так как прямоуголь-
ная форма сварных стержней обеспечивает максимальное исполь-
зование объема.
Модуль, заключенный в герметизированный корпус, обладает
исключительно большой механической прочностью. Матрицы, сва-
ренные никелевой проволокой, ленты в двух плоскостях и тесно
примыкающие к ним в третьей плоскости элементы действуют
подобно армирующим стальным прутьям в железобетоне и обра-
зуют исключительно компактную, легкую конструкцию, имеющую
большую прочность. При сборке группы стержней в общий блок
прочность конструкции еще больше повышается.
Для иллюстрации прочности сварной модульной конструкции
можно сказать, что она продолжала работать без нарушения
выходных характеристик в условиях вибрации — 50 g или сину-
соидальных колебаниях частотой 75—2 000 гц в течение 3 мин,
причем процесс испытания периодически Повторялся в течение
12 ч: удар — с ускорением 150 g в течение 11 мсек полуволной
синусоидального колебания или 1000 g в течение 0,5 мсек им-
пульсом.
Применение сварки вместо пайки, по-видимому, улучшит
общую надежность аппаратуры. Испытания, проведенные к на-
стоящему времени, подтверждают это предположение, но для
определения наиболее оптимальных значений напряжения раз-
ряда, длительности импульса сварочного тока и формы электрода
требуется дальнейшая экспериментальная работа.
Технологический процесс при сварке значительно проще, чем
при пайке, при этом не нужно высокой квалификации исполни-
теля. Кроме того, дефекты сварки обычно значительно легче
обнаружить при осмотре, чем плохие соединения при пайке.
Так как нагрев при сварке происходит в течение очень короткого
времени, опасность повреждения чувствительных к воздействию
температуры элементов, например транзисторов и диодов, зна-
чительно уменьшается. Это позволяет производить соединения
336
таких элементов в непосредственной близости к их корпусам, т. е.
уменьшить длину выводов, а следовательно, сэкономить объем и
снизить общий вес аппаратуры.
Замена поврежденных элементов сварного модуля, заключен-
ного в герметичный кожух, невозможна. При выходе из строя
хотя бы одного из элементов приходится заменять весь модуль.
Даже до заключения сварного модуля в кожух довольно трудно
заменить поврежденный элемент после установки и сварки матрич-
ной ленты. Поэтому элементы до монтажа подвергают тщатель-
ным испытаниям.
Рис. 13-8. Принципиальная схема диодной матрицы.
В качестве примера 1 конструкции вертикального модуля рас-
смотрим диодную матрицу, которая предназначена для преобра-
зования четырех разрядов двоичного кода в один разряд десятич-
ного.
Принципиальная электрическая схема матрицы показана на
рис. 13-8. Каждой десятичной цифре соответствует определенная
комбинация напряжений на четырех парах входных шин. Выбор
десятичной цифры определяется появлением нулевого потенциала
на соответствующей выходной шине. В это время на всех осталь-
ных девяти выходных шинах имеется положительное напряжение.
В отличие от обычного двоичного кода, имеющего значащие числа
первых четырех разрядов 1—2—4—8, матрица преобразует двоич-
ный код со значащими числами 1—2—3—6, что позволяет исполь-
1 Заимствован из книги С. X. Азарха и Е. А. Фрида «Микроминиатюри-
зация радиоэлектронной аппаратуры», Госэнергоиздат, 1963.
337
зовать меньше диодов. Как видно из схемы, матрица состоит из
28 диодов, 10 резисторов и должна иметь четыре пары входных
шин, 10 выходных и шину нулевого потенциала. В матрице
используются диоды типа Д9Ж диаметром 3 и длиной 9 мм и
резисторы типа МЛТ-0,25 диаметром 2,5 и длиной 7 мм.
Рис. 13-9. Схема расположения элементов матрицы.
Вся схема может быть выполнена в виде объемного модуля.
Диоды и резисторы располагаются вертикально в четыре ряда
в шахматном порядке между двумя печатными платами. Схема
расположения элементов модуля показана на рис. 13-9. Она вы-
брана с таким расчетом, чтобы
а* Вх1 Вх2 1
<j>	а 9
а*Вх*б а9 Вхц.
7* 2* 3* 4* 5* 6* 7* 8* 99 70*
42
Рис. 13-10. Конструкция модуля.
схема печатного монтажа на обеих
платах была возможно проще. Мо-
дуль сконструирован так, что
входными шинами и шинами ну-
левого потенциала являются вы-
воды самих элементов. Выходные
шины расположены параллельно
элементам и присоединены к пе-
чатному монтажу на верхней плате.
Конструкция модуля показа-
на на рис. 13-10. Модуль залит
компаундом (контур заливки по-
казан пунктиром), так что образо-
вался прямоугольный монолитный
блок размерами 42x12x15 мм. В
объеме около 77,5 см3 размещено
38 обычных элементов и получена
плотность монтажа около пяти
элементов на 1 см3. Выводы модуля расположены в определенном
порядке, что облегчает его коммутацию с другими узлами устрой-
ства.
Разработан метод плотного монтажа радиоэлектронной аппара-
туры с помощью сварных сотовых модулей. При этом исполь-
зуют литые металлические или пластмассовые корпуса блоков
с отверстиями гнездами, выполненными при отливе или высвер-
ливанием, куда вставляют элементы схемы. Диаметр каждого
отверстия соответствует размерам устанавливаемого элемента. Вы-
338
воды элементов соединяют сваркой. После окончания монтажа и
испытания схемы блок герметизируют.
При отливке корпуса блока в нем предусматривают канавки
для укладки соединительных проводов, чтобы предотвратить
короткое замыкание между ними и не увеличивать общие раз-
меры блока.
В сотовых блоках можно применить элементы и нецилиндриче-
ской формы; для этого в блоках должны быть сделаны отверстия
соответствующей формы. Сварные сотовые блоки можно собирать
из интегральных микроэлектронных схем.
Хотя ни сварной монтаж, ни сотовая конструкция не являются
сами по себе новшеством, их объединение, как полагают, облегчит
решение многих проблем изготовления сварных схем и повысит
их надежность. В частности, новый метод обладает рядом пре-
имуществ по сравнению с методом так называемого сварного мон-
тажа («слоистого»), когда для крепления элементов используют
тонкие ленты фибры. При слоистом сварном монтаже заменить
вышедший из строя элемент после сборки и герметизации блока
очень трудно. В сотовых сварных блоках такая замена произ-
водится довольно просто. Если для герметизации такого блока
используется вулканизированная кремнийорганическая смола
с низкой температурой плавления, то доступ к поврежденному
элементу может быть легко открыт, например, с помощью перо-
чинного ножа.
При слоистом сварном монтаже соединения между лентами
производят после установки всех элементов. При этом из-за
большого количества выводов велика вероятность ошибки соеди-
нений. В сотовых блоках подсоединение элемента производится
тотчас же после его установки в соответствующее гнездо блока:
это уменьшает ошибки монтажа и улучшает доступ сварочных
электродов к местам соединений.
В конструкции слоистого типа расстояние между соседними
элементами, которое определяет величину электрической емкости
между ними, зависит от расположения осевых выводов каждого
элемента, а оно подвержено значительным вариациям. В сотовой
конструкции размещение элементов в каждом блоке можно произ-
вести с большой точностью, так как оно определяется расположе-
нием гнезд, заранее высверленных или полученных при литье
корпуса.
Герметизация сварных блоков слоистой конструкции может
привести к появлению вредных механических напряжений в эле-
ментах. Это напряжения трудно обнаружить, в результате чего
элементы быстро выходят из строя. В сотовой конструкции герме-
тизацию в основном осуществляют до установки элементов в гнезда
блока. При окончательной герметизации производят лишь заливку
двух концов гнезда, благодаря чему не возникает механических
напряжений и количество пустот сводится к минимуму.
339
13-5
МЕХАНИЗАЦИЯ И АВТОМАТИЗАЦИЯ
ЗАГОТОВИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОМОНТАЖНЫХ ОПЕРАЦИЙ
Подготовка монтажных проводов
Способ заготовки монтажных проводов зависит от размеров
производства и марки провода.
Резка монтажного провода. Монтажные провода, в том числе
экранированные, разрезают на специальных автоматах, ножницами
гильотинного типа, монтажными ножницами или кусачками. Дли-
на заготовляемых проводов, перемычек, кабелей и изолирующих
трубок должна соответствовать размерам, указанным в технологи-
ческой карте или в таблице заготовок. Сращивать провода и кабели
из отдельных отрезков не допускается.
Рис. 13-11. Приспособление для резки монтажных проводов.
а — механизм зажима; б — схема работы.
При ручном способе заготовки длину проводов определяют
по образцам или линейкой с делением. Длинные монтажные про-
вода для межблочных кабелей режут на специальном приспосо-
блении, отмеряющем необходимую длину провода, или вручную
вытягиванием провода из бухты на требуемую длину, отмеренную
заранее.
В радиотехнической промышленности успешно применяют при-
способление (рис. 13-11) для резки монтажных проводов с поли-
хлорвиниловой изоляцией длиной от 30 до 200 ~мм. Приспособле-
ние устанавливается на станину токарного станка и приводится
в движение от шпинделя последнего. Оно может быть быстро смон-
тировано и снято. Производительность приспособления определя-
ется числом оборотов шпинделя станка (за один оборот шпинделя
отрезается один кусок провода). Наиболее целесообразен режим
120 оборотов шпинделя в минуту.
В трехкулачковый патрон (рис. 13-11, а) зажимают хвостовик/,
который с помощью шарнирного сцепления вращает вал 2. На
340
вал плотно насажены ведущий диск 3 с полукруглой накатанной
канавкой для протягивания провода, кулачковый диск 4 и диск 7
с лимбом, по которому устанавливается длина отрезаемого провода.
При вывернутых винтах 6 втулка Р, на которую насажены кулач-
ковый диск 5 и диск 8 с риской, свободно сидит на валу 2.
На левом конце коромысла 17 (рис. 13-11, б) установлен ролик
19, который постоянно прижимается к дискам пружиной 18. Пра-
левый конец коромысла шарнирно соединен с ножом 16. Нижнее
коромысло 17 тягой 13 соединено с верхним коромыслом 12, на
левом конце которого насажен прижимной ролик 11 с резиновым
ободом. Ролики 10 служат для правки провода; для предотвраще-
ния изгиба при резке провод пропускают через трубку 14.
При движении ролика 19 по ободу дисков 4 и 5 на участке с
малым радиусом ролик 11, прижимая провод к диску 3, протяги-
вает его и подает через трубку к плите 15. В это время нож 16 нахо-
дится в крайнем нижнем положении. С переходом ролика 19
на участок с большим радиусом ролик 11 отходит от диска 3.
Нож отрезает кусок провода и остается в крайнем верхнем поло-
жении.
Длину отрезаемого провода устанавливают по лимбу диска 7,
поворачивая диск 8 при ослабленных винтах 6.
Удаление изоляции с концов монтажного провода. При отсут-
ствии специальных указаний в технологической карте изоляцию
с концов монтажных проводов снимают на участке длиной 7—
10 мм. При удалении изоляции ножами или ланцетами могут быть
подрезаны или повреждены токопроводящие жилы провода. По-
этому для снятия изоляции применяют специальные автоматы и
приспособления.
Способ удаления изоляции зависит от ее состава. С проводов
марок МГВ, МГВЛ, МГВСЛ, ТМ-200, ПМВ, БПВЛ, МЦСЛ с плас-
тикатовым или хлорвиниловым слоем, прилегающим к жиле,
изоляцию снимают на автомате одновременно с отмеркой и резкой.
Исполнительными механизмами такого автомата управляет кула-
чок, профиль которого состоит из трех одинаковых кривых.
При повороте кулачка на 120° завершается один цикл работы.
За полный оборот распределительного кулачка автомат выдает
три мерные заготовки длиной 50—800 мм. Провод подается на
заданную длину зачистки изоляции (от 15 до 70 мм) автоматически.
Две пары вращающихся ножей прорезают изоляцию на установ-
ленную глубину с обоих концов отрезанного провода.
Сматываясь с катушки 9 (рис. 13-12), монтажный провод через
притормаживающие устройства 10 и 11 проходит между выпрям-
ляющими роликами 12. Диск 7 и подпружиненный ролик 8 по-
дают провод к зажимам 6 и 24. Кулачок 1 управляет зажимами с
помощью упоров 17 и 21. Муфта 15, периодически приводимая во
вращение от кулачка, поворачивает подающий диск 7. Величину
подачи провода регулируют рукояткой 13 и отсчитывают по
шкале 14.
341
После фиксации провода зажимами две пары вращающихся
ножей 3 и 4, укрепленных на головке и приводимых в движение
зубчатыми колесами 2 и 5, прорезают изоляцию до токонесущей
жилы. Нож 20, получая возвратно-поступательное движение от
кулачка 1 через механизм 19, отсекает провод. Количество полу-
ченных заготовок регистрируется счетчиком 18. При перемещении
рам 23 и 22 изоляция снимается на участках между ножами 3 и 20',
4 и 20. При дальнейшем движении нижней рамы упор 16 откры-
вает зажим 24, и готовый провод выталкивается в приемный лоток.
Рис. 13-12. Головка автомата для резки и зачистки монтаж-
ных проводов.
Циклограмма работы автомата показана на рис. 13-13. Произ-
водительность его 1 200 заготовок в час. С проводов марок МГВ,
МГВЛ, МГВСЛ, БПВЛ, ПВЛ, ПМВ изоляцию снимают на при-
способлении с ножным приводом (рис. 13-14).
Провода марок МГВ, МГВЛ, БПВЛ, ПМВ, ПМОВ, ПМВГ,
МГШВ, МП Л, МОГ очищают от изоляции электрообжигом в при-
способлении закрытого типа с соленоидным приводом (рис. 13-15, а)
или электрощипцами (рис. 13-15, б).
При пользовании приспособлением конец провода вводят в
отверстие 2 (рис. 13-15, а) до упора. Длину зачищаемого от изо-
ляции участка провода регулируют винтом 4. Соленоид 1, управ-
ляемый ножной педалью 6, сближает раскаленные нити, на кото-
рые от трансформатора 5 подается напряжение 0,5 в. Обжиг про-
изводится в закрытой полости, вентилируемой через отверстие 3,
к которому присоединен шланг вытяжного вентилятора.
342
С одиночных проводов марок МГВ, МГВ Л, МГВСЛ, БПВЛ,
БПТ, ПБЛ, ПМВ, МЦСЛ, ЛПЛ, МОГ, ТМ-200 изоляцию снимают
щипцами (рис. 13-16). С проводов с комбинированной изоляцией
марок МЦСЛ, ПМВГ, ЛПЛ, МГШВ, МОГ сначала снимают по-
мощью автомата (рис. 13-12) наружные слои изоляции, ? затем
удаляют внутренний слой электрообжигом, Нельзя подвергать
Механизмы автомата
и их элементы
Угол поворота
кулачкового вала
Механизм
подачи провода
Подача Остановка
Зажимы
Закрыты 90° дтк_
Открыты^ —
1ыты
98*
Прорезные ножи
Прорезка""
изоляции
Раздви- Уу
> нуты
Отрезка
Оста-
новка
Раздви-
нуты
Отрезной нож
Исходное
3 положение
Исход-
ч ное
поло-
жение
Механизм
салазок
Исходное
положение
Выталкивание
провода
Рис. 13-13. Циклограмма работы автомата для резки
и зачистки монтажных проводов.
электрообжигу наружные слои изоляции проводов БПТ, МЦСЛ,
МТВСЛ и ТМ-200 с оплеткой и обмоткой из стекловолокна или
фторопласта.
Удаление концов изоляции, а также заделку экранирующей
оплетки у проводов, предназначенных для междублочных кабелей,
выполняют до вязки проводов в жгут оплетки.
Одной из трудоемких работ по подготовке проводов под пайку
является операция снятия изоляции. В изделиях радиоаппаратуры
имеются десятки паяных соединений, большое количество моточ-
ных изделий, где применяют провода ПЭМ, ПЭЛ, ПЭВ, ПЭТ,
ПЭВНХ и др.
843
В практике монтажных работ изоляцию с проводов снимают
самыми различными способами: механической зачисткой, хими-
ческим способом, обжигом изоляции в пламени или разогретой
электрической спиралью.
В условиях индивидуального производства, как правило, уда-
ление изоляции производят механическим способом (зачисткой
наждачной шкуркой, лезвием ножа) и другими способами.
Химический способ основан на размягчении изоляции в раз-
личных кислотах и щелочах с последующим удалением изоляции
механическим способом.
Рис. 13-14. Приспособление с ножным приводом для снятия
изоляции с концов монтажных проводов.
1 — ползун; 2 — ножи; 3 — прижимы.
При тепловом способе изоляцию сжигают в пламени горелки
с последующим быстрым охлаждением в спирте.
При тепловом способе могут быть частые пережоги провода,
в результате чего получается окисная пленка, которую приходится
снимать механическим способом. Механический способ ^имеет ряд
недостатков, за счет которых снижаются прочностные характерис-
тики проводов (скручивание, уменьшение диаметра).
Провода малых диаметров 0,02—0,05 мм механическим спосо-
бом обрабатывать нельзя.
Химический способ очень длителен и вреден для здоровья
рабочих.
С целью предотвращения окисления провода при тепловом
способе изоляции применяют нейтральные газы. Этот способ полу-
чил широкое применение при серийном производстве радиоаппара-
туры, так как полностью предотвращено окисление проводов.
Установки для снятия изоляции рассчитаны на стабильную
температуру, в результате чего не может быть пережога провода.
344
Рис. 13-15. Приспособление с соленоидным
приводом (а) и щипцы (б) для электрообжи-
га изоляции.
Широкое применение в промышленности получил обжиг изо-
ляции в расплавленных солях. Для обжига применяют соли, кото-
рые имеют температуру плавления, не превышающую температуру
отжига проводов. Например, хлористый калий имеет температуру
плавления 768° С.
Участки провода, подлежащие зачистке, опускают в расплав-
ленную соль и выдерживают в течение 1—2 сек, после этого провод
быстро погружают в
жидкость, растворяю-
щую соль, и охлаждают
в ней 1—2 сек, после
чего протирают вето-
шью. Отсутствие пере-
грева в этом случае не
вызывает изменение
структуры материала
провода. Наличие кор-
ки соли на проводе в
момент переноса его в
охлаждающую жид-
кость, в которой раство-
ряется соль, защищает
его от оксиления. Про-
вода после зачистки в
соляной ванне хорошо
облуживаются и пая-
ются.
Снятие окисной плен-
ки с токонесущей жи-
лы. Жилы монтажных
проводов, не имеющие
конструктивного оло-
вянного покрытия (про-
вода ЛПЛ, ЛПРГС и
др.), защищают от окис-
ной пленки с помощью
13-17. Конец провода со снятой изоляцией через отверстие в ко-
жухе осторожно, чтобы но повредить изоляцию, вводят между
вращающимися стальными щетками. После удаления окисной
пленки жилы провода скру швают.
Заделка концов изоляц. п. Способ заделки изоляции опреде-
ляется маркой применяемого провода. Концы текстильной оплетки
проводов для предохранения от разлохмачивания и сползания
обычно закрепляют нитроклеем или надевают на них отрезки поли-
хлорвиниловых либо линоксиновых трубок. Нитроклей наносят
на участок провода длиной 8—10 мм (рис. 13-18, а), а трубки такой
же длины надевают на конец оплетки (рис. 13-18, б). Оплетку
проводов БПВЛ, МГВЛ и МГВСЛ предварительно сдвигают на
пт лтособления, изображенного на
345
3—5 мм от места среза полихлорвиниловой изоляции и ее избыток
разгоняют вдоль провода (рис. 13—19).
В исключительных случаях (из-за значительной трудоемкости
этой операции) для закрепления текстильной оплетки используют
оклетневку хлопчатобумажными
Рис. 13-16. Щипцы для снятия изоля-
ции с концов монтажных проводов.
1 — угольник; 2 — верхний нож; 3 — ниж-
ний нож; 4 — ручка; 5 — прижим.
нитками № 20 (рис. 13-20).
Изоляцию закрепляют на
участке провода длиной 5—
7 мм.
Лужение оголенных жил
проводов. Оголенные жилы
проводов на участке длиной
5—8 мм лудят горячим спо-
собом, погружая на 1—2 сек
в ванну с расплавленным при-
поем ПОС-40. Чтобы удалить
излишек припоя, провод
встряхивают и затем проти-
рают мягкой тряпкой. Перед
лужением жилки провода
скручивают.
Можно лудить одновре-
менно концы нескольких про-
водов, предварительно подравняв их легким постукиванием о
поверхность стола. Погружая в припой, провода держат строго
вертикально. При лужении концов провода применяются бескис-
лотные флюсы. Концы оди-
ночных проводов лудят с по-
мощью электропаяльника.
Заделка концов экранирую-
щей оплетки. Экранирующую
оплетку монтажных прово-
дов, если не исключено ее соп-
рикосновение с контактными
лепестками деталей, заклю-
чают в полихлорвиниловую
трубку, которую надевают до
заделки концов экранирую-
щей оплетки. Оплетку за-
крепляют так, чтобы ее кон-
цы можно было подключать
Рис. 13-17. П тспособление для удале-
ния окисной л ленки с жил монтаж-
i с проводов.
к корпусу.
Изоляцию на концах экранированного провода снимают и за-
крепляют после заделки экранирующей оплетки (рис. 13-21, а).
Концы текстильной оплетки экранированных проводов БПВЛЭ,
МГВЭЛ и МГВСЛЭ срезают ножницами на 3—5 мм от места среза
полихлорвиниловой изоляции (рис. 13-21, б). Экранирующую
оплетку проводов срезают монтажными ножницами. Край оплетки
сдвигают, разрезают на 20 мм от края вдоль провода и обрезают
346
вокруг так, чтобы разрез был ровным, без торчащих жилок. Пайку
на экранирующей оплетке выполняют осторожно, чтобы не повре-
дить изоляцию провода. Продолжительность пайки не более
3—5 сек.
Рис. 13-18. Закрепление изоля-
ции провода нитроклеем (а) и
надеванием отрезка полихлорви-
ниловой трубки (б).
7-10
3-5
Рис. 13-19. Закрепление нитро-
клеем текстильной оплетки прово-
дов БЦВЛ, МГВЛ, МГВСЛ.
Рис. 13-20. Закрепление изоля-
ции провода нитками (оклетнев-
ка).
1 — изоляция; 2 — нитки.
Концы экранирующей оплетки проводов МГВЭ, МГВЛЭ,
МГВЛЭ, БПВЛЭ, БПТЭ, МЦСЛЭ и др. заделывают одним из
четырех способов:
1.	Протаскивают провод через отверстие, сделанное в оплетке,'
и вытягивают свободный конец оплетки. Для проводов МГВЭ при-
меняют только такой способ заделки экранирующей оплетки.
Рис. 13-21. Разделка конца экранированного провода.
а — вид после заделки экранирующей оплетки; б — вид по
срезанной текстильной оплетке; 1 — жила провода; 2 — изо-
ляция; 3 — экранирующая оплетка; 4 — текстильная оплетка.
Предварительно конец оплетки расширяют (сдвигают), как это
показано на рис. 13-22, а. Отверстие в оплетке делают на рассто
янии 20 мм от конца провода, с тем чтобы после снятия изоляции
347
конец оплетки находился на расстоянии 8—10 мм от оголенной
жилы. Свободный конец оплетки осторожно вытягивают свайкой
(рис. 13-22, б и в). При таком способе заделки оплетка по длине
равна заготовке провода и в процессе заделки не требуется допол-
нительной подрезки и закрепления.
Свободный конец экранирующей оплетки в дальнейшем исполь-
зуют для подключения к корпусному лепестку. Если длина конца
оплетки для этого недостаточна, к нему подпаивают отрезок голого
провода ММ диаметром 0,5—0,8 мм (рис. 13-23), конец которого
длиной 4—6 мм вводят внутрь оплетки с ее торца. На конец оплет-
ки и подпаянный отрезок
провода надевают линоксино-
вую или полихлорвиниловую
трубку.
2.	У края полихлорвини-
ловой трубки 6 (рис. 13-24, а),
Рис. 13-23. Удлинение заземляю-
щего конца экранирующей оп-
летки.
Рис. 13-22. Способ заделки концов эк-
ранирующей оплетки.
а — конец экранирующей оплетки в сдвину-
том положении; б — конец экранирующей оп-
летки в вытянутом положении; в — конец эк-
ранирующей оплетки в натянутом положении.
надеваемой на оплетку 5, делают клинообразный вырез, в этом месте
к оплетке подпаивают припоем ПОС-40 распушенный конец прово-
да 4 марки МГВ длиной 40—50 мм сечением 0,35 мм\ Место пайки
и конец экранирующей оплетки со сдвинутым концом текстиль-
ной оплетки 3 (внутри текстильной оплетки находится жила 1
с изоляцией 2) закрепляют ниткой 7 (№ 20) и покрывают нитро-
клеем.
3.	На конец оплетки 5 (рис. 13-24, б) в направлении от сере-
дины провода с жилой 1 и изоляцией 2 плотно накладывают 2—3
витка голого луженого провода ММ диаметром 0,5 мм. Один ко-
нец его длиной 40—50 мм остается свободным, а другой после
удаления излишка прижимают монтажными плоскогубцами к
оплетке. Затем витки провода и конец экранирующей оплетки
запаивают припоем ПОК-56 (температура плавления 124° С).
В случае применения припоев ПОС-40 и ПОС-61 между текстильной
348
и экранирующей оплетками в месте пайки прокладывают кабель-
ную бумагу или лакоткань, на свободный конец голого провода
надевают линоксиновую
трубку 6 длиной 30—40 мм,
диаметром 0,5—0,8 мм и
место пайки плотно закры-
вают отрезком изолирую-
щей трубки длиной 15—
20 мм.
4.	Концы экранирую-
щей оплетки 1 коротких
проводов (рис. 13-25, а) вме-
сте со срезанным концом
текстильной оплетки 3 за-
крепляют ниткой 2 (№ 20)
и покрывают нитроклеем.
К середине экранирующей
оплетки припоем ПОК-56
подпаивают распушенный
конец провода 4 марки
МГВ сечением 0,35 мм\
длиной 40—50 мм (рис.
13-25, б). На экранирован-
ный провод надевают по-
лихлорвиниловую трубку
5. Свободный конец под-
паянного провода пропу-
скают через предваритель-
но сделанную в середине
трубки поперечную про-
резь длиной 4—5 мм и вы-
таскивают наружу.
Подготовка кабелей
Резка высокочастотных
кабелей РК производится
ножницами гильотинного
типа. Длину отрезка ка-
беля отмеряют линейкой
с делениями или поль-
зуются для этого образ-
цом заготовки. Изоляцию
и экранирующую оплетку
с концов кабеля РК сни-
мают уступообразно на
полуавтомате или монтаж-
ными ножницами и элек-
Рис. 13-24. Заделка концов экранирующей
оплетки монтажного провода.
а — многожильный провод для соединения оп-
летки с корпусом; б — одножильный провод для
соединения оплетки с корпусом.
Рис. 13-25. Заделка конца экранирующей
оплетки короткого монтажного провода (а)
и припайка провода к экранирующей оп-
летке (б).
349
троножом. При этом надо не повредить не только токопрово-
дящую жилу, но и внутреннюю изоляцию и экранирующую оп-
летку. Размеры кабелей зависят от типа разъема и должны
соответствовать данным эскиза технологической карты или чер-
тежа.
Концы наружной текстильной оплетки кабелей РК-44 и РК-45
закрепляют нитками № 00 и покрывают нитроклеем. Окисную
пленку оголенных концов
токопроводящей жилы ка-
белей РК соскабливают
шабером или шлифоваль-
ной шкуркой средней зер-
нистости. Зачищенную жи-
лу облуживают на 5—7 мм
от конца припоем ПОС-40,
как и провода.
Концы экранирующей
оплетки кабелей РК при
необходимости облужива-
ют припоем ПОК-56 с по-
мощью электропаяльника.
Если для этой цели при-
меняют припои ПОС-40
или ПОС-61, т. е. увели-
чивают диаметр конца эк-
ранирующей оплетки при
его подпайке к разъему,
то между внутренней изо-
ляцией кабеля и экранирующей оплеткой прокладывают кабель-
ную бумагу, электроизоляционный картон или надевают линок-
синовую трубку.
Подготовка выводов радиодеталей
Выводы навесных радиодеталей (конденсаторов, резисторовидр.)
перед монтажом выпрямляют и укорачивают на приспособлении
или кусачками до требуемой длины согласно образцу и указаниям
в технологической карте. Ленточные выводы радиодеталей для
удобства подключения к контактным лепесткам обжимают в
трубку (рис. 13-26, а) или сужают продольным срезом. Для обжа-
тия выводов в трубку в основании губок кусачек или плоскогуб-
цев высверливают отверстие (рис. 13-26, б).
Окисную пленку и краску с выводов радиодеталей зачищают
шабером или шлифовальной шкуркой. Зачищенные выводы на рас-
стоянии 8 мм от корпуса облуживают припоем ПОС-40. Если
необходимо об лудить вывод на меньшую длину, применяют пин-
цет-теплоотвод с медными насадками на губках (рис. 13-27).
350
Рис. 13-27. Лужение вы-
вода резистора в ван-
не.
а) б)
Рис. 13-28. Гибка выводов ра-
диодеталей.
а — с помощью шаблона; б — кру-
глогубцами.
Выводы радиодеталей изгибают по образцу с помощью шаблона
(рис. 13-28, а) или круглогубцами (рис. 13-28, б) на расстоянии
не менее 2 мм от корпуса детали.
13-6
ЗАГОТОВКА ЖГУТОВ
Монтажные провода, прокладываемые в одном направлении,
увязывают в общий жгут хлопчатобумажной ниткой № 00, льня-
ной ниткой № 9, 5/5. Нитку предварительно покрывают на специ-
альном приспособлении воском.
Маркировка монтажных проводов для жгутов. Концы проводов
жгутов обычно маркируют. Для маркировки используется один
из следующих способов:
различная расцветка изоляции проводов;
окраска или нумерация полихлорвиниловых трубок, приме-
няемых для закрепления концов изоляции. Трубки нумеруют на
автомате в специальных штампах или надписывают от руки мар-
кировочными чернилами;
наклейка на концы проводов (по их окружности, в 1,5—2 обо-
рота) липкой цветной или нумерованной полихлорвиниловой
ленты;
нанесение меток разноцветными нитроэмалями;
применение съемных бирок, надеваемых на концы проводов
при вязке жгута и удаляемых после подпайки проводов к кон-
тактам;
наклейка на концы изоляции нумерованных бирок из тонкой
бумаги, отпечатанных типографским способом. Бирки наклеива-
ют клеем БФ-6 и покрывают бесцветным цапон-лаком.
Обработка жгута. Обработку жгута и подготовку его чертежа
эскиза выполняют в стадии проектирования конструкции прибора
или при подготовке серийного производства. В серийном произ-
водстве монтажные жгуты изготовляют на шаблонах.
Жгут обрабатывают следующим образом. На полностью собран-
ном и подготовленном для монтажа шасси согласно монтажной
351
схеме и таблице монтажных соединений аккуратно раскладывают
провода, намеченные к вязке в жгут. Концы проводов при закреп-
лении на контактных лепестках от изоляции не зачищают. При
цветной маркировке проводов концы проводов, подключенных
к одним и тем же контактным лепесткам, должны иметь маркиров-
ку одного цвета.
Раскладку делают так, чтобы жгут не лежал на крепежных
деталях (гайках, винтах, скобах) и не затруднял доступа к ним,
чтобы изоляция проводов жгута не касалась контактных лепестков
близко расположенных деталей. Изоляцию проводов защищают
от повреждения в местах прохода жгута через отверстия в шасси
и экранах, а также на ребрах жесткости и других острых вы-
ступах с помощью полихлорвиниловых трубок, прокладок или
специальных резиновых втулок (пистонов).
Рис. 13-29. Вязка проводов в жгут (а), закрепление (б) и срав-
нивание (в) нитки на жгуте.
Раскладку начинают с коротких проводов и заканчивают наи-
более длинными для того, чтобы последние образовали лицевую
сторону жгута. Экранированные провода, не заключенные по
всей длине в полихлорвиниловую трубку, помещают в середине
жгута. Если техническими условиями в жгуте предусмотрены
запасные провода, то их укладывают с самого верха на наибольшую
длину жгута. Сечение таких проводов обычно равно наибольшему
сечению проводов в жгуте. Запасные провода имеют различную
расцветку изоляции: провода с одинаковой расцветкой не должны
располагаться рядом.
При укладке каждого провода измеряют его длину; это удобно
делать до закрепления второго конца провода. При этом оставляют
20—25 мм длины провода на закрепление концов и такой же запас
на повторное закрепление их в случае обрывов. Результаты изме-
рения записывают в таблицу монтажных соединений.
Пример вязки жгута с ответвлением показан на рис. 13-29.
Провода, собранные в аккуратный жгут, увязывают крепкой хлоп-
чатобумажной ниткой с помощью изогнутой иглы. Петли вяжут с
натяжением через равные интервалы (не более 25 мм) и в местах
ответвления проводов (рис. 13-29, а). Начало и конец нитки за-
крепляют (рис. 13-29, б). При сращивании концы нитки завязы-
вают, как показано на рис. 13-29, в.
352
Внутренний радиус изгиба жгута берут не меньше двукратной
величины наибольшего наружного диаметра провода, входящего
в жгут.
По окончании вязки жгута в приборе концы проводов осво-
бождают от закрепления на контактных лепестках деталей. Жгут
извлекают из прибора и выправляют
на ровной поверхности, придавая
ему необходимую конфигурацию.
Если ветви жгута расположены в
разных плоскостях, их отгибают на
90° в плоскость основной части жгу-
та в сторону скручивания проводов
в местах изгибов. Ветви отгибают в
сторону опорной стенки или панели
(рис. 13-30).
Выправив жгут, его накладывают
на лист чертежной бумаги лицевой
стороной вниз и тщательно обводят
карандашом контуры его ветвей.
Рис. 13-30. Способ развертки
объемного жгута в плоскость.
Места и направления выхода прово-
дов из жгута, их длину и маркировку концов обозначают, как
показано на рис. 13-31.
Полученный эскиз жгута подправляют с помощью линейки.
Концы проводов жгута группируют так, чтобы на будущем шаблоне
Рис. 13-31. Обозначение жгу-
та и ответвляемых проводов
на эскизе и шаблоне (жирны-
ми точками обозначены места
шпилек на шаблоне).
ченным на нем эскизом
было наименьшее количество шпилек.
Для этого разрешается незначительно
изменить места выхода некоторых
проводов (соответственно следует из-
менить их длину). Эскиз жгута ис-
пользуют при изготовлении шаблона,
а также при составлении операцион-
ной технологической карты заготов-
ки жгута.
В полном соответствии с эскизом
жгута вычерчивают и изготовляют
опытный шаблон, который при обра-
ботке жгута может иметь простейп/ую
конструкцию (лист фанеры с начер-
жгута и вбитыми в нужных местах
шпильками, рис. 13-32). На изготовленном шаблоне расклады-
вают и вяжут опытный жгут. Концы проводов отрезают по кон-
цевым поперечным меткам (рис. 13-31), маркируют одним оборо-
том вокруг шпилек.
Провода раскладывают на шаблоне в порядке, обратном упомя-
нутому выше, т. е. начинают с запасных и длинных рабочих про-
водов и заканчивают самыми короткими. Обратное изображение
жгута на шаблоне лицевой стороной вниз и порядок раскладки
проводов необходимы для придания жгуту более аккуратного вида:
12 А. Т. Белевцев
353
все узлы, сделанные на жгу!е при вязке ниткой, будут незаметны
после укладки жгута в радиоприбор.
После этого опытный жгут укладывают на шасси прибора и
проверяют правильность его конфигурации, расположение мест
выхода проводов и их длину. При этом исправляют все допущенные
неточности (практически почти неизбежные) и вносят необходимые
исправления в эскиз жгута и таблицу монтажных соединений.
По исправленному эскизу
жгута изготовляют рабочий
шаблон.
Для заготовки жгутов ре-
комендуется применять шаб-
лоны с зажимами вместо шпи-
лек и световой сигнализацией,
указывающей места подклю-
чения вторых концов всех
проводов и при необходимо-
Рис. 13-32. Шаблон для раскладки
жгутов.
сти — направление укладки проводов. Применение таких шаб-
лонов исключает ошибки в раскладке проводов и необходимость во
вспомогательной .документации.
Раскладка и вязка внутриблочных жгутов. Внутриблочные
монтажные жгуты раскладывают и вяжут с соблюдением всех
приведенных выше правил. В жгутах не допускаются сплетения
проводов, за исключением случаев, особо оговоренных в технологи-
ческой карте. Перекрещивания проводов возможны только в местах
их выхода из жгута и при крестообразном расположении ветвей.
Для раскладки жгутов используют заготовленные провода
с зачищенными и заделанными концами, а также провода из бухт
(мотков). При раскладке и вязке жгутов следят за тем, чтобы не
Рис. 13-33. Челнок для вязки жгу-
тов.
повредить изоляцию проводов и
не надломить их оголенные кон-
цы. Жгут обвязывают ниткой
посредством металлического чел-
нока (рис. 13-33) или изогнутой
иглы.
При укладке жгута в прибор
концы всех проводов аккуратно
разводят пинцетом в направлениях расположения контактных
лепестков, к которым они должны подключаться. Пропуская ветви
жгута и отдельные провода через отверстия резиновых втулок
(пистонов), соблюдают осторожность, чтобы не повредить заделку
концов изоляции и маркировку.
Участки жгута длиной менее 150 мм достаточно надежно удер-
живаются ответвляемыми проводами, которые соединяют с контакт-
ными лепестками. Участки жгута без ответвлений, длина которых
превышает 150 мм, а также коаксиальные кабели РК крепят к
шасси металлическими скобами, выгнутыми по форме сечения
жгута или кабеля (рис, 13-34). В месте крепления жгут оборачи-
354
вают прокладкой из электроизоляционного картона или полихлор-
винилового пластиката, ширина которой на 3—5 мм больше ши-
рины скобы, а толщина не менее 0,5 мм.
Раскладка и вязка жгутов междублочных кабелей. Раскладку
и вязку жгутов междублочных кабелей производят так, чтобы
взаимное расположение проводов
в жгуте оставалось неизменным
по всей длине. Для этой цели ис-
пользуют неподвижную гребенку 2
(рис. 13-35), представляющую со-
бой металлическую пластину с
отверстиями, количество и рас-
положение которых соответствуют
числу и положению контактов на-
ибольшего штепсельного разъема.
Провода 5, сматываемые со стой-
ки 4 и пропущенные через отвер-
стия гребенки, увязывают в жгут
Рис. 13-34. Крепление жгута к
шасси.
1 — жгут; 2 — стенка шасси» 3 — про-
кладка; 4 — скоба.
по мере протягивания всего пуч-
ка через неподвижно закрепленную гребенку (или отодвигания
гребенки от закрепленных концов проводов). Затем с помощью
приспособления 1 провода, собранные в пучок, отрезают.
Иногда при раскладке и вязке жгутов междублочных кабелей
неизменность взаимного расположения проводов достигается путем
сильного натяжения провода при его наматывании на стойки,
одинакового расположения витков
Рис. 13-35. Вязка жгутов междублочных
кабелей с помощью приспособления с не-
подвижной гребенкой.
проводов на обеих стойках
(рис. 13-36) и аккуратной
вязкой. Этот способ приме-
няют для вязки жгутов,
состоящих из проводов од-
ной марки и сечения и
взятых из одной бухты.
Жгуты междублочных ка-
белей вяжут льняной во-
щеной ниткой с помощью
челнока (рис. 13-33). Пет-
ли накладывают через при-
близительно равные интер-
валы (около 50 мм).
Для жгутов междублоч-
ных кабелей, состоящих
из четырнадцати и менее проводов, применяют готовые много-
жильные кабели в пластикатовой оболочке марки КМВ, состоя-
щие из проводов МГШВ с разноцветной изоляцией.
В соответствии с указаниями в чертежах и технологических
картах концы жгутов междублочных кабелей иногда обматывают
киперной лентой. Ленту наматывают с натяжением; каждый по-
следующий виток должен перекрывать половину ширины предыду-
12*
365
щего (рис. 13-37). Один конец ленты (а) пропускают между прово-
дами на другую сторону жгута, подтягивают вдоль жгута до упора
в начале его обвязки ниткой, загибают по направлению обмотки
Вид А
Рис. 13-36. Изготовление жгутов между-
блочных кабелей.
и подкладывают под пер-
вый виток ленты. Второй
конец ленты по окончании
обмотки отрезают и за-
крепляют льняной ниткой,
сделав из последней оклет-
невку конца обмотки. Пос-
ле этого киперную ленту
пропитывают клеем БФ-6.
Жгуты междублочных
кабелей заключают в за-
щитную металлическую оп-
летку. В зависимости от длины жгутов выполняют эту операцию
либо непосредственным проталкиванием жгута в плетенку вруч-
ную, либо протаскивают
13-38). При ручном протал-
кивании конец и торец
жгута обматывают изоля-
ционной лентой или заклю-
чают в металлическую оп-
летку соответствующего
диаметра с последующей
плотной обтяжкой по жгу-
ту.
Приспособление для
его с помощью приспособления (рис.
Начало вязки
а
Рис. 13-37. Обмотка жгута киперной лен-
той.
протаскивания жгута че-
рез оплетку состоит из металлического стержня 1 и прикреплен-
ного к нему отрезка оплетки 2 соответствующего диаметра (рис.
l-e- W0-500-*4-*-300- WO-
Рис. 13-38. Приспособление для протягивания междублоч-
, ных кабелей через оплетку.
13-38), которую предварительно расширяют, а надев на конец
жгута, плотно обтягивают.
13-7
СПОСОБЫ ЗАКРЕПЛЕНИЯ КОНЦОВ ПРОВОДОВ
И ЗАДЕЛКИ ВЫВОДОВ РАДИОДЕТАЛЕЙ
При монтаже жилы проводов и выводов навесных радиодеталей
перед пайкой механически закрепляют (рис. 13-39). Для этого их
продевают в паечное отверстие контактного лепестка и отгибают
356
либо загибают вокруг лепестка на пол-оборота или на полный
оборот пинцетом и монтажными плоскогубцами. Излишек жилы
или вывода удаляют кусачками. На бесконтактных расшивочных
панелях жилы проводов и
показано на рис. 13-40.
При этом концы проводов
скручивают, излишек об-
кусыв ают кус ачк ами.
Паять незакрепленные
концы (встык и внахлест-
ку) нельзя. Только в виде
исключения при наличии
соответствующего указа-
ния в технологической кар-
те допускается предвари-
тельная подпайка выводов
радиодеталей, подбирае-
выводов радиодеталей крепят, как
Рис. 13-39. Закрепление жил проводов и
выводов радиодеталей в паечных отвер-
стиях лепестков.
а — одиночного провода; б — двух и более про-
водов.
Рис. 13-40. Закре-
пление проводов и
выводов радиоде-
талей на бескон-
тактных расши-
вочных панелях.
мых в процессе подгонки,
помеченных на схемах звездочкой, без механического закрепле-
ния, однако при обязательном условии последующей пайки с меха-
ническим закреплением выводов по окончании подбора деталей.
На контактах штепсельных и высокочастотных разъемов монтаж
выполняют без предварительного механиче-
ского закрепления концов.
Контактные лепестки ламповых панелей пе-
ред монтажом отгибают наружу примерно под
углом 45°.
Расстояние от места закрепления жилы до
среза изоляции монтажного провода должно
быть не более 1—1,5 мм.
Примеры заделки выводов высокоточных об-
моток с применением пайки и сварки приведе-
ны ниже.
На рис. 13-41, а показан каркас 1 проволоч-
ного потенциометра с обмоткой 2 из эмалиро-
ванного провода. Обмотка имеет два крайних
вывода 4 и один средний 5. Заделку крайних
выводов такого типа каркаса с обмоткой выпол-
няют так. Сначала отматывают лишние с кар-
каса, выдержав размер 1Г. Затем укладывают
подкладку 3 (рис. 13-41, б) под крайние витки обмотки по разме-
рам Z2, указанным в чертеже, и удаляют технологическую под-
кладку, находящуюся между участками 12 и Z4.
На участке Z2 зачищают витки, снимая эмалевую изоляцию
шабером и специальным ножом. Подложив под зачищенные витки
пластину 7 и обогнув ее по виткам, укладывают токоподвод 5,
как показано на рис. 13-41, в, и пропаивают пластину, токоподвод
и зачищенные витки припоем. Затем удаляют подкладку 3 и под-
357
кладывают под места пайки со стороны рабочей части обмотки
кабельную бумагу, поставив ее на клее БФ-2, как показано на
рис. 13-41, а. Кабельную бумагу подрезают так, чтобы ее ширина
Рис. 13-41. Последовательность заделки выводов карка-
са с обмоткой из эмалированной проволоки.
была на 3 мм меньше высоты каркаса. Выводы отрезают по раз-
меру, указанному в чертеже.
Средние выводы заделывают, подняв средний виток по размеру
и подложив под него подкладку 8 (рис. 13-41, д). Виток зачищают
от эмалевой изоляции шабером и измеряют сопротивление обмотки
с помощью измерительного моста. Если измеренное сопротивление
358
больше или меньше заданного значения (с установленным допус-
ком), то его подгоняют, изменяя длину обмотки (в пределах до-
пуска по длине), учитывая сопротивление добавленных или сня-
тых витков. После этого припаивают виток к латунной пластине Р,
как показано на рис. 13-41, д.
Рис. 13-42. Последовательность заделки выводов
потенциометра с обмоткой, состоящей из участков
эмалированной и голой проволоки.
1 — каркас; 2 — участки обмотки из эмалированной про-
волоки; з — участки обмотки из голой проволоки; 4 —
крайний вывод на участке из эмалированной проволоки;
5 — средний вывод от витка на участке из эмалирован-
ной проволоки; 6 — краткий вывод на участке из голой
проволоки; 7 — средний вывод на участке из голой прово-
локи; 8 — место пайки концов эмалированной проволоки
на участках из голой проволоки; 9 — место замыкания
витков на участках из голой проволоки; 10, 13 — техноло-
гическая прокладка; 11, 14 — пластина; 12 — токоподвод.
Заменив подкладку 8 (рис. 13-41, д) подкладкой 10, ставят
ее на клей БФ-2.
На рис. 13-42, а показан другой тип каркаса с обмоткой,
состоящей из участков эмалированного и голого провода.
359
Концы проводов на границах участков обмотки соединяют сле-
дующим образом. Сначала зачищают концы эмалированного про-
вода 2, затем припаивают концы голого 3 и эмалированного про-
водов к участкам обмотки из голого провода, как показано на
рис. 13-42, б, и пропаивают участок обмотки из голого провода
по ребру каркаса (рис. 13-42, в). Перед заделкой крайних выводов
на обмотке из голого провода сматывают лишние витки по размеру
1г и подкладывают под витки технологическую подкладку 10
(рис. 13-42, г). Подложив под витки пластину 11 и обогнув ее по
а)
Рис. 13-43. Последовательность заделки каркаса с
обмоткой из голого провода с замкнутым и холостым
участками.
1 — каркас» 2 — обмотка- з — вывод крайний; 4 — место за-
мыкания витков участка обмотки; 5 — место пайки концов
соседних участков обмотки.
виткам, подложив токоподвод 12, как показано на рис. 13-42, О,
пропаивают пластину, токоподвод и витки. После этого удаляют
технологическую подкладку.
Для того чтобы заделать средний вывод на обмотке из голого
провода, подкладывают под витки технологическую подкладку 13
(рис, 13-42, е), затем подкладывают под витки пластину 14 и,
обогнув ее по виткам, подкладывают токоподвод и пропаивают
витки, пластину и токоподвод припоем, как показано на
рис. 13-42, ж. После этого удаляют технологическую подкладку.
На рис. 13-43, а показан третий тип каркаса с обмоткой из
голого провода с замкнутым и холостым (без обмотки) участками.
Заделка и изолирование обмоток такого типа производится в
следующей последовательности.
Сначала отмечают крайние витки обмотки по размерам, ука-
занным в чертеже, и подкладывают технологические прокладки под
отмеченные витки, смотав лишние витки. Крайний вывод обмотки
360
заделывают по вышеописанному способу для обмоток второго
типа; крайний виток, примыкающий к холостому участку, припа-
ивают к самой обмотке. Затем, отметив размер 12, указанный в
чертеже, разрезают в этом месте проволоку, отматывают два витка
с холостого участка каркаса и концы участков обмоток припаивают
к самим обмоткам, как показано на рис. 13-43, б. Под припаянные
к обмотке витки кладут подкладку 2, как показано на рис.
13-43, б, и, наконец, пропаивают участки обмотки 1.
13-8
ТЕХНИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ МОНТАЖА
Электрический монтаж изделия, законченный полностью или
частично (в зависимости от его конструктивных и технологических
особенностей), подвергают техническому контролю по показа
телям, определяющим эксплуатационную надежность и внешний
вид изделия. Качество монтажа проверяют на основании техно-
логических карт контроля или описания контрольных операций
в технологических картах монтажа, а также технических условий
на монтаж прибора, электрокалибровочных карт сопротивлений
и образцов.
Монтаж контролируют после таких операций, как подготовка
проводов кабелей и выводов радиодеталей, заготовка жгутов,
а также монтаж узлов и прибора в целом. При внешнем осмотре
заготовленных монтажных проводов и кабелей проверяют марку,
сечение, длину, способ и качество заделки концов, маркировку,
отсутствие надрезов жил и качество их лужения, отсутствие
повреждений и загрязнений изоляции.
Размеры проверяют, сравнивая их с размерами образцов, или
посредством специальных калибров (мерок), линейки или рулетки
с делениями. Путем внешнего осмотра и сравнения с образцами
проверяют тип, номинальное значение, маркировку, длину, форму
изгиба и качество лужения выводов, отсутствие царапин, сколов,
трещин корпуса и повреждения надписей, резких изгибов и над-
ломов выводов навесных радиодеталей, подготовленных к монтажу.
При внешнем осмотре проверяют раскладку проводов, (в сом-
нительных случаях используют пробник) аккуратность, плотность
и правильность вязки ниткой заготовленных жгутов. Механическую
прочность соединений проверяют, осторожно и легко натягивая
пинцетом, на губки которого надеты полихлорвиниловые трубки,
провод или вывод радиодетали в направлении его продольной оси.
При проверке монтажных соединений обращают внимание
на соблюдение следующих условий:
все соединения выполняются с предварительным (перед пайкой)
механическим закреплением подключаемых концов на контактных
лепестках;
пайка должна быть «скелетной» (под припоем должен быть ви-
ден контур подключенного конца), сквозной и двусторонней, щели
361
и промежутки между подключенными концами и лепестком запол-
нены припоем, место спая — без пор, трещин, вздутий, наплывов
и остатков флюса с блестящей поверхностью;
изоляция проводов и заделка ее концов не должны иметь по-
вреждений; не допускаются оплавления полихлорвиниловых тру-
бок на перемычках из голого провода;
трещины стеклянных выводных изоляторов герметизированных
деталей не допускаются; соединения контактных лепестков с вывод-
ными стержнями таких деталей не должны быть нарушены;
выводы резисторов и других элементов в схеме закрепляют на
контактных лепестках без натяжения, т. е. с небольшим изгибом;
монтаж должен быть очищен от брызг припоя, остатков флюса,
отходов монтажных материалов;
монтажные провода должны быть аккуратно выправлены и уло-
жены на шасси;
шаблон пальчиковой лампы должен легко вставляться в лампо-
вые панели, на лепестках которых произведен монтаж.
Правильность монтажа перемычек, одиночных проводов, на-
весных радиодеталей и маркированных проводов жгутов прове-
ряют при внешнем осмотре. Если нарушена или отсутствует марки-
ровка проводов или возникают сомнения в правильности подклю-
чения обоих концов провода, производят контроль пробником.
Смонтированные навесные радиодетали проверяют внешним ос-
мотром, сравнивая с образцами, а в особо оговоренных случаях —
омметром или измерителем емкости.
Правильность монтажа междублочных кабелей проверяют с
помощью полуавтоматической установки или поочередным под-
ключением щупа пробника к контактам (ШР) штепсельного разъ-
ема кабеля, имеющим одинаковую нумерацию. Правильность
монтажа блоков контролируют посредством полуавтоматической
установки или поочередной проверкой омметром всех электриче-
ских цепей.
Все контрольные операции выполняют тщательно, аккуратно
и осторожно, чтобы в процессе проверки не ухудшить качество
монтажа, случайно нарушив расположение его элементов, умень-
шив зазор между неизолированными частями монтажа или соеди-
нив их друг с другом.
Пайки хорошего качества контролер помечает цветным про-
зрачным цапон-лаком, который он наносит на место спая в виде
небольшого аккуратного мазка специальной трубкой (типа чер-
тежной) или мягкой кисточкой № 3. Места пайки выводов навес-
ных радиодеталей, которые подбирают при регулировке прибора,
помечают цапон-лаком только после их вторичной проверки по
окончании регулировки прибора, механического закрепления
и перепайки выводов.
После проверки качества пайки на контактах ШР контролер
надвигает полихлорвиниловые трубки на места паек до упора
в колодку ШР. При обнаружении дефектов в монтаже заполняют
352
дефектную ведомость и изделие передают для исправления мастеру
соответствующего производственного участка цеха.
Проверке подвергают химический состав каждой партии при-
поя.
Химический состав припоя должен соответствовать
ГОСТ 1499-54. Качествокаждойпартиифлюсапроверяютнарабочем
месте в процессе пайки. Флюс должен способствовать равномер-
ному и прочному соединению припоя с основным металлом, быть
бескислотным и не содержать посторонних примесей. Во всех
деталях и узлах, поступающих из других цехов, контролируют
качество подготовки поверхности контактов под пайку.
13-9
ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ
ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ МОНТАЖА
При выполнении монтажных работ необходимо строго соблюдать основ-
ные правила техники безопасности.
Наиболее опасно поражение электрическим током. Необходимо знать,
что действие тока на организм человека зависит от силы тока, частоты, на-
пряжения, продолжительности воздействия, пути прохождения тока и инди-
видуальных особенностей организма человека.
Чем выше сила тока, тем больше опасность поражения (ток 0,1 а и выше,
как правило, является смертельным для человека). Чем больше напряжение,
тем меньше сопротивление кожи и больше опасность поражения. Относитель-
но безопасным является напряжение не выше 40 в. Более высокие напряжения,
особенно в том числе широко используемые промышленные напряжения
220 и 380 в, могут вызвать смертельное поражение.
Опасность поражения током увеличивается с уменьшением частоты тока
(наиболее опасны для человека токи промышленной частоты) и с увеличением
времени воздействия тока на человека. Это объясняется тем, что сопротивле-
ние человеческой кожи, в известной степени предохраняющей человека от
поражения током, понижается при длительном его воздействии. Токи вы-
сокой частоты (50 кгц и выше) не смертельны, но могут причинить сильные
ожоги.
Вытаскивая шнур со штепсельной вилкой из сетевой розетки, следует
держаться за корпус вилки, а не за шнур, иначе можно выдернуть не вилку,
а один из проводов. Это может привести к короткому замыканию сети или
попаданию человека под опасное напряжение.
Работая с установками сверхвысоких частот (СВЧ), люди могут подверг-
нуться действию электромагнитного поля, излучаемого генераторами (маг-
нитронами, клистронами и др.). Наиболее интенсивно излучают электромаг-
нитные волны антенны, открытые концы волноводных трактов и катоды мощ-
ных генераторных ламп. Кроме того, энергия электромагнитных волн может
излучаться в местах соединения отдельных элементов трактов (фланцы, бук-
сы), через открытые фланцы направленных ответвителей, резонаторов и т. п.
Систематическое облучение человека электромагнитными волнами СВЧ
оказывает неблагоприятное воздействие на его организм. Степень воздействия
зависит от длительности и интенсивности облучения. Во избежание несчаст-
ных случаев и предупреждения неблагоприятного воздействия на людей
электромагнитного поля СВЧ необходимо:
тщательно изучить схему блока или прибора и определить расположение
всех элементов, находящихся под высоким напряжением;
заземлить металлические корпуса и шасси блоков аппаратуры и изме-
рительных приборов;
363
проверить исправность источников питания, наличие соответствующих
предохранителей и выключателей;
работая с высоким напряжением, положить под ноги резиновый коврик;
после выключения аппаратуры, выдвинутой из кожуха, разрядить кон-
денсаторы специальным разрядником;
генераторы СВЧ включать на поглощающие нагрузки (за исключением
антенных измерений). Необходимо устанавливать минимальную мощность
генератора, достаточную для работы аппаратуры;
проверить плотность и надежность соединения в высокочастотных трак-
тах;
соблюдать особую осторожность при испытании электрической прочности
элементов тракта.
Запрещается:
проверять на ощупь наличие напряжения и нагрев токоведущих частей
схемы;
применять для соединения блоков и приборов провода с поврежденной
изоляцией;
производить пайку и монтаж в схеме приборов, находящихся под на-
пряжением;
измерять напряжение и токи неизолированными штекерами, щупами,
проводами;
подключать блоки и приборы к работающей аппаратуре;
заменять предохранители во включенной аппаратуре;
работать на высоковольтных установках без специальных резиновых
перчаток и изолированного инструмента;
смотреть в открытый конец волновода при любом уровне мощности;'
исправлять высокочастотный тракт, когда в него поступает энергия СВЧ;'
нарушать экранировку установок СВЧ;
направлять высокочастотное излучение за пределы выделенного сектора.
На рабочем месте во время работы не должно быть посторонних материа-
лов, инструментов и деталей, так как это снижает производительность
труда и приводит к травмам рук монтажника.
Жидкости, применяемые для промывания паек (спирт, растворитель,
скипидар), следует хранить в посуде, хорошо закрывающейся пробками. Что-
бы сократить до минимума испарение, посуду открывают только в момент
пользования жидкостью. Запрещается промывать пайки бензином, так как
это может привести к пожару.
При работе с паяльником следует беречь руки от ожогов, особенно при
пользовании большим паяльником мощностью 200—300 вт, применяемым
для пайки крупных деталей (например, экранов, кожухов, фильтров, транс-
форматоров). Чтобы предохранить руки от ожога, в этих случаях детали дер-
жат сложенной в несколько слоев тряпкой. Мелкие детали и голые провода
при пайке поддерживают пинцетом или плоскогубцами.
Особенно следует опасаться разбрызгивания расплавленного припоя.
Это может произойти, если паяльник сорвется с какого-либо вывода, послед-
ний спружинит и далеко отбросит мелкие частички расплавленного припоя.
В таких случаях следует беречь глаза, так как мельчайшие частицы горячего
припоя, попадая на глазное яблоко, могут вызвать серьезное заболе-
вание глаз.
Очень осторожно надо залуживать концы проводов и выводов деталей
при использовании ванночки с расплавленным оловом. Ванночка должна сто-
ять устойчиво, а перед включением в сеть для расплавления припоя ее необ-
ходимо ставить на большой противень из стали или латуни с бортами шири-
ной 10—15 мм по краям. Такой противень предохранит расплавленный при-
пой от растекания по столу, если ванночка случайно опрокинется. Проти-
вень с ванночкой нельзя переносить до тех пор, пока припой не застынет.
При зачистке изоляции проводов способом обжигания от сгорающей изо-
ляции выделяется большое количество дыма, имеющего неприятный и тяже-
лый запах. Поэтому при обжиге большого количества проводов следует поль-
зоваться вытяжным шкафом с хорошей вентиляцией. Обжигать изоляцию
364
небольшого количества проводов в летнее время монтажник обязан у откры-
того окна, а зимой — по окончании работы включить вытяжной вентилятор
или хорошо проветрить помещение.
Во время пайки и промывки неостывших паек выделяются пары кани-
фоли, растворителя, спирта, а из расплавленного припоя — особенно вред-
ные для здоровья работающего пары олова и свинца. Все это загрязняет
воздух в помещении, где производится работа. Такое помещение надо как
можно чаще проветривать. Для этого обычно устанавливают вытяжной вен-
тилятор, а если по каким-либо причинам его нет, то открывают окна пли
форточки.
Следует применять надежный и удобный в работе инструмент. Деревян-
ные или пластмассовые ручки отверток, напильников, молотков, ножовок не
должны иметь трещин. Ручка даже с небольшой трещиной во время работы
может расколоться, и хвост инструмента сильно поранит руку. Если молоток
при ударе соскочит, он может поранить работающего или его соседа.
Глава
XIV
ТЕХНОЛОГИЯ ПЕЧАТНОГО МОНТАЖА
14-1
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Операции оборки, монтажа и регулировки современной радио-
аппаратуры, где электрические соединения функциональных де-
талей и узлов (индуктивностей, емкостей, резисторов и др.)
выполнены монтажными проводами, очень трудоемки. Достаточно
сказать, что общая сумма затрат на перечисленные виды работ
составляет от 60 до 70% всех прямых производственных расходов
на радиоприбор.
Объясняется это тем, что сборочные монтажные и регулировоч-
ные работы еще слабо механизированы, причем их выполнение
связано с применением высококвалифицированного ручного труда,
а рабочие приемы, представляющие собой совокупность сложных
и разнообразных движений и не подчиняющиеся каким-либо
определенным закономерностям, невозможно воспроизвести кине-
матическими системами.
Отсюда следует, что конструкции радиоаппаратуры с объем-
ным монтажом исключают выполнение сборочных, монтажных
и регулировочных операций машинами-автоматами. Внедрение
прогрессивной технологии, позволяющей резко увеличить выпуск
радиоаппаратов, возможно лишь при условии коренного изменения
конструкций, в первую очередь монтажных схем, а также отдель-
ных деталей, узлов и радиоприборов в целом.
Это изменение конструкций должно быть рассчитано на широ-
кое использование специализированных механизмов, полуавтома-
тов, автоматов и автоматических линий.
365
К таким принципиально новым конструкциям относятся пе-
чатные схемы, производство которых допускает широкую механи-
зацию и автоматизацию технологических процессов.
Конструктивная особенность печатных схем заключается в том,
что элементы монтажа представляют собой тонкие слои электро-
проводящего материала, закрепленные на поверхности плат из
электроизоляционных материалов.
Применение печатных схем не только снижает трудоемкость
монтажно-сборочных и регулировочных работ и дает возможность
резко увеличить выпуск радиоаппаратуры, но и позволяет сократить
габаритные размеры и вес радиоаппаратуры, уменьшить количе-
ство ошибок при монтаже и число контрольных испытаний, кото-
рые необходимы при обычных методах изготовления аппаратуры,
снизить себестоимость изделий. Печатные схемы способствуют
стандартизации радиоаппаратуры и ее элементов.
Переворот в производстве электронной радиоаппаратуры, вы-
разившийся в переходе от металлических шасси с «паутиной» про-
водов к конструкциям, состоящим из панелей с печатными схе-
мами, выдвигает ряд новых проблем перед инженерами-конструкто-
рами и технологами.
Прежде чем перейти к их рассмотрению, укажем термины, упот-
ребляемые в технике печатных схем.
Печатный проводник — участок металлизированного Слоя,
нанесенного на изоляционное основание, эквивалентный Обычному монтаж-
ному проводу.
Печатный элемент — сопротивление, емкость, индуктивность
и т. п., нанесенный на изоляционное основание в виде металлического или
другого покрытия.
Печатный монтаж — система печатных проводников, обеспе-
чивающая электрическое соединение элементов схемы.
Печатная схема — совокупность печатного монтажа и печатных
элементов, расположенная на изоляционном основании и прошедшая все
станции изготовления.
Печатный блок, узел — совокупность печатного монтажа или
печатной схемы с навесными электрорадиоэлементами, установленными и за-
крепленными на изоляционном основании, прошедшая все стадии изготовле-
ния.
Печатная плата — изоляционное основание С печатным монта-
жом или печатной схемой.
Координатная сетка — прямоугольная сетка, состоящая
из параллельных равноотстоящих линий, условно или фактически нане-
сенная на чертеж печатной платы для определения расположения отвер-
стий.
Шаг координатной сетки — расстояние между двумя бли-
жайшими параллельными линиями координатной сетки.
Узел сетки — точка пересечения двух взаимно перпендикулярных
линий координатной сетки.
База сетки — узел сетки, принимаемый за точку начала отсчета,
как правило, это левое нижнее монтажное отверстие печатной платы.
Заготовка — основание для печатной платы из металлизирован-
ного или неметаллизированного электроизоляционного материала, подго-
товленного любым способом к нанесению печатного монтажа или печатной
схемы.
366
Плакированное обнование (плакированная за-
готовка)— электроизоляционный материал с металлическим покрытием,
нанесенным любым способом, подготовленный для нанесения изображения пе-
чатной схемы.
Фольга основания — металлическое покрытие, нанесенное лю-
бым способом на заготовку.
Толщина платы — толщина печатной платы с нанесенным печат-
ным монтажом или печатной схемой.
Монтажная площадка — металлизированный участок, окру-
жающий или примыкающий к монтажному отверстию, имеющий электри-
ческий контакт с печатным проводником и обеспечивающий возможность
электрического соединения навесных электро- и радиоэлементов схемы cz пе-
чатным монтажом.
Переходное соединение — средство, обеспечивающее элек-
трический контакт между различными слоями или сторонами печатной платы.
Контакт соединения — средство, обеспечивающее электри-
ческий контакт между различными слоями или сторонами печатной платы.
Контакт соединителя — концы печатных проводников, вы-
ходящих на край платы таким образом, чтобы плата являлась штепсельной
частью для подсоединения к краевому соединителю (разъему).
Металлизированное отверстие — отверстие в печатной
плате, на стенки которого нанесен слой металла, служащее в качестве мон-
тажного отверстия или переходного соединения.
Технологический проводник — вспомогательный печат-
ный проводник, обеспечивающий электрическое соединение отдельных печат-
ных проводников в процессе изготовления, впоследствии удаляется.
Перемычка (фалыцдеталь) — отрезок обычного монтажного про-
вода, соединяющий два печатных проводника между собой в тех случаях,
когда они пересекаются с третьим печатным проводником.
Базовое отверстие (фиксирующее отверстие) — отверстие
или углубление, расположенное на печатной плате, предназначенное для
точной установки платы в процессе сборки.
Ориентирующий паз — паз на краю печатной платы, обеспе-
чивающий определенное положение платы в процессе сборки или установки.
Прорези — прерывание больших проводящих площадей, вызывае-
мое электрическими, конструктивными или технологическими требованиями.
Покрытие печатной платы — процесс химического, элек-
трохимического или любого другого способа осаждения металла, полупровод-
ника или диэлектрика на всю или часть печатной платы.
Групповая пайка — способ одновременного электрического
и механического соединения всех навесных элементов на печатной плате
путем одновременного воздействия припоя на все монтажные площадки.
Маркировка — буквенные, цифровые и символические обозначе-
ния на печатной плате, нанесенные любым способом с целью указания но-
мера навесного или печатного элемента, его расположения и т. д.
Подрезка монтажной площадки — уменьшение пло-
щадки отрезанием по хорде с целью увеличения расстояния между монтаж-
ной площадкой и токоведущими элементами схемы.
Пробельный участок — место, на котором на готовой пе-
чатной плате отсутствует металлизация.
Разрешающая способность способа печати опре-
деляется допустимым числом линий на миллиметр, причем за «линию» услов-
но принимается минимально допустимая ширина печатного проводника или
равная ей минимальная ширина зазора между проводниками.
Оригинал печатной схемы (фотооригинал) — изображе-
ние печатной схемы, выполненное в масштабе и предназначенное для репро-
дукции.
Негатив печатной схемы — фотографическое изображение
в масштабе 1:1, полученное путем фотосъемки с оригинала печатной схемы
с заданной степенью точности и предназначенное либо для непосредственного
367
изготовления печатной платы, либо для изготовления технологической
оснастки.
Сличение — процесс, обеспечивающий проверку соответствия пе-
чатного рисунка координатной сетке.
Прочность на отрыв- сила, перпендикулярная плоскости
печатной платы, необходимая для отделения монтажной площадки или пе-
чатного проводника от основания; измеряется в кг/см2.
Изгиб (коробление) — вид искажения формы прямоугольной плоско-
параллельной платы с цилиндрическим или сферическим искривлением ее,
при котором все четыре угла платы находятся в одной плоскости.
Скручивание — вид искажения формы прямоугольной плос-
копараллельной платы, при котором три угла платы находятся в одной пло-
скости, а четвертый угол смещен относительно нее.
Подтравливание — уменьшение поперечного сечения печат-
ного проводника к основанию.
Наплыв — увеличение ширины печатного проводника по сравнению
с заданной, вызываемое нанесением металлического покрытия.
Отклонение — величина искажения краев изображения печатной
схемы от заданного чертежом.
Смещение — отклонение одного или более печатных проводников
или их части от заданного расположения; отклонение относительно друг дру-
га двусторонней печатной схемы или отклонение слоев печатной схемы отно-
сительно друг друга при двух или более слоях.
Многослойная печатная плата (М П П) — несколько
склеенных печатных слоев, где системы печатных проводников имеют элек-
трическое соединение по слоям.
Многослойный печатный узел — многослойная печат-
ная плата с навесными элементами, которые имеют электрический контакт
с многослойной печатной платой.
Лицевая сторона МПП — внешняя поверхность платы, на
которой нанесена маркировка платы и ее номер.
Переходное отверстие — металлизированное отверстие, пред-
назначенное для соединения печатного монтажа различных слоев в единую
схему.
Слой пайки — сторона платы, обратная лицевой стороне, на кото-
рой производится распайка выводов навесных элементов.
Технологическое отверстие — отверстие в многослойной
печатной плате, а также в отдельном печатном слое, предназначенное для
обеспечения конструктивно-технологических требований в процессе изго-
товления многослойной платы.
Базовое отверстие — отверстие в многослойной плате или
в отдельном печатном слое, относительно которого координируются все
элементы печатных схем. За базовое отверстие рекомендуется принимать
одно из технологических отверстий.
Навесные элементы — микромодули различных конструкций,
электро- и радиоэлементы, устанавливаемые на печатной плате,
Особенности печатного монтажа. Печатный монтаж обладает
рядом существенных особенностей, позволяющих успешно решать
задачу механизации производства, но одновременно предъявляю-
щих определенные требования к конструкции.
К таким особенностям относятся:
а)	плоскостное расположение печатных проводников на плате,
что не позволяет осуществлять переход с одной ленты на другую
без перемычек, переходных колодок или разъемов;
б)	использование при изготовлении печатных плат одинаковых
или однородных приспособлений;
368
в)	введение в конструкцию необходимой для механизации
производства системы расположения отверстий в печатной плате—
координатной сетки;
г)	установка навесных элементов и крепление их выводов толь-
ко путем пропускания их в отверстия;
д)	одновременная запайка выводов всех установленных на пе-
чатной плате элементов;
е)	определенная последовательность сборочно-монтажных ра-
бот, размещение навесных радиоэлементов на плате и предвари-
тельное механическое закрепление их, запайка выводов навесных
элементов, установка прочих деталей с механическим креплением
(стоек, резьбовых втулок и т. д.).
Кроме указанных особенностей, необходимо знать основные
нормы и требования к конструированию печатных плат и методы
их изготовления.
Электрические и физико-механические свойства печатных про-
водников и предъявляемые к ним требования. Печатные провод-
ники характеризуются в основном двумя параметрами: электри-
ческим сопротивлением и прочностью сцепления проводника с
основанием.
Плоские проводники выдерживают высокую токовую нагрузку.
Благодаря пластинчатой форме токопроводящих линий достигается
значительно лучшее отношение поверхности к сечению, чем у круг-
лой проволоки. Вследствие увеличения теплоизлучающей поверх-
ности — при условии одинаковой температуры фольги и прово-
локи — в фольге могут протекать большие токи, или же при усло-
вии одинаковой силы тока размеры фольгированного проводника
могут быть уменьшены по сравнению с проволочным проводни-
ком. Отсюда очевидна экономия материала, места, веса и зат-
рат.
Уменьшение веса и объема по сравнению с проволочным монта-
жом может достигать 60%.
Усредненные значения омического сопротивления печатных
проводников шириной 1,5 мм и толщиной 50 мк в различных клима-
тических условиях приведены в табл. 14-1.
Из таблицы видно, что проводники, полученные электролити-
ческим осаждением металла, имеют величину сопротивления в
3 раза больше, чем проводники из фольги. Сопротивление провод-
ников, защищенных лаком, не изменяется после пребывания в
течение 30 суток в условиях 95—98% влажности.
Ввиду сильно развитой поверхности, обеспечивающей хороший
теплообмен между проводником и диэлектрическим основанием,
а также окружающей средой, печатные проводники допускают
значительно большие удельные плотности тока по сравнению
с проволочными. Токи сгорания проводников приведены в
табл. 14-2.
При всех методах получения печатного монтажа в целях
упрощения расчетов плотность тока для печатного проводника
369
Таблица 14-1
Сопротивление печатных проводников в различных
климатических условиях
Условия испытаний	Электрическое сопротивление, ом/м	
	Электро- литиче- ская медь	Электро- литиче- ская лис- товая фо- льга
Нормальные условия (после покрытия лаком) ....	1,016	0,306
Температура +40° С при относительной влажности		
96—98% в течение 48 ч		1,099	0,326
Температура —60° С в течение 2 ч		0,662	0,196
Температура 4-32° С при относительной влажности 95—98% в течение 30 суток (после выдержки в нор-		
мальных условиях в течение 24 ч)		1,016	0,306
Температура 4-50° С в течение 10 ч .........	1,15	0,341
Температура -|-100о С в течение 2 ч		1,27	0,385
рекомендуется 20 а!мм 2. Прочность сцепления печатного провод-
ника не менее 25—30 кг/см 2.
Благодаря малой массе и развитой поверхности печатного
проводника, полученного любым методом, сила сцепления его с
основанием оказывается достаточной, чтобы выдержать воздей-
Таблица 14-2
Ток мгновенного сгорания1 печатных проводников
Проводник	Сечение, мм2	Сопротив- ление, ом/м	Ток мгно- венного сгорания, а
Объемный медный		0,07	0,25	15
Печатный из электролитической медной фо- льги 		0,075	о,з	60
Печатный из меди, электролитически осаж- денной на плату 		0,075	1	25
1 Под током мгновенного сгорания подразумевается постоянная величина тока,
сжигающего проводник, нанесенный на изоляционное основанйе, в течение 1—2 сек
после замыкания цепи.
ствующие ца проводник знакопеременные механические пере-
грузки до 40 g в диапазоне частот от 4 до 200 гц.
Вследствие небольшой толщины печатные проводники имеют
незначительный поверхностный эффект. Емкость между провод-
370
никами также мала и постоянна для всех изделий одного типа.
Применение заземленной проволоки значительно снижает ее.
Механические свойства печатных проводников достаточно
высоки.
При нагревании схемы не возникает осложнений вследствие
различных коэффициентов линейного расширения изоляционного
основания и проводника или при нанесении токопроводящих линий
на гибкую подложку (складные схемы). Отсутствуют пористость и
инородные включения, благодаря чему исключается опасность
обрывов при изготовлении очень узких проводников.
Печатные проводники хорошо соединяются с навесными эле-
ментами схемы пайкой и сваркой.
Наличие больших фольгированных участков позволяет пре-
дохранить изоляционную плату от воздействия влаги, защищает
основание от местных перегревов (хорошее распределение и отвод
тепла), оказывает экранирующее действие при заземлении участ-
ков фольги, не используемых в качестве токопроводящих элемен-
тов.
Независимо от способа нанесения к печатным проводникам
предъявляются следующие требования:
а)	слой металла должен обладать удельной проводимостью,
близкой по величине к удельной проводимости медных проводов;
б)	площадь поперечного сечения и площадь поверхности пе-
чатных проводников должны соответствовать заданным по усло-
виям работы схемы плотности токов и рабочим частотам, а также
допустимому падению напряжения на отдельных участках. Мини-
мальная ширина проводников определяется технологическими
возможностями изготовления и прочностью их сцепления с ос-
нованием;
в)	сила сцепления печатного проводника с поверхностью осно-
вания не должна изменяться при температурах от —60 до +260° С
(максимальная температура нагрева при механизированной пайке
печатного монтажа).
Сила сцепления проводников схемы с основанием при различ-
ных методах изготовления печатных плат приведена в табл. 14-3.
Таблица 14-3
Прочность сцепления печатных проводников
с основанием
Метод изготовления печатных плат	- Усилие при отрыве, кГ/см2
Химический Электрохимический Комбинированный (позитивный, не- гативный)	20 10 15
371
Проверка на прочность сцепления печатных проводников с
основанием производится на разрывной машине.
Для проверки усилия на отрыв к печатному проводнику при-
паивают наконечник из латуни, равный ширине проводника
или меньше на 0,2 мм. Пайку производят низкотемпературными
припоями с температурой 60—80° С. Наконечник должен быть
строго перпендикулярным к основанию платы.
Печатные проводники надрезаются на расстоянии 5—6 мм от
наконечника и отгибаются в сторону наконечника. Расчет проч-
ности сцепления производить по формуле
сг = у, кГ/см2,
где Р — усилие при отрыве, кГ\
F — площадь припаянной поверхности.
Материалы для печатных плат. В зависимости от варианта
технологического процесса изготовления печатного монтажа при-
меняется либо обычный диэлектрик, на который затем наносят
металлизированную схему, либо диэлектрик, покрытый сплошным
слоем металла («фольгированный» диэлектрик), с которого затем
стравливают лишний металл.
В обоих случаях предъявляемые к диэлектрику требования
заключаются в следующем. Материал должен иметь:
а)	минимальную диэлектрическую проницаемость, чтобы не
создавать значительных паразитных емкостей между печатными
проводниками; диэлектрическая проницаемость должна быть не
более 6;
б)	малый тангенс угла диэлектрических потерь в рабочем
диапазоне частот, что особенно важно для высокоомных цепей;
тангенс угла потерь должен быть не более 0,07 на частоте 1 Мец;
в)	удельное поверхностное и объемное сопротивление изоляции
не менее 108 ом и 109 ом •см;
г)	электрическую прочность не менее 15 кв/ммл,
д)	достаточную нагревостойкость, чтобы допускать пайку по-
гружением при температуре 240—260° С в течение 10—15 сек;
е)	стабильные электрические параметры в интервале рабочих
температур от —60 до +120° С. При температуре 32 zb 2° С и от-
носительной влажности 95—98% стабильные электрические пара-
метры должны сохраняться в течение 30 суток;
ж)	стабильные электрические, физико-химические и механи-
ческие свойства в процессе технологической обработки;
з)	достаточную механическую прочность и хорошую обрабаты-
ваемость сверлением, штамповкой, фрезерованием;
и)	однородную по цвету и без посторонних включений поверх-
ность.
Чаще всего для изготовления печатных плат применяют элек-
тротехнический гетинакс марки ЭВ СТУ 36-14-04-62. Этот материал
нельзя считать высококачественным по электрическим свойствам,
372
йо ой легко обрабатывается, дешев и обеспечивает нормальную
работу схем на частотах до 30 Мгц и даже выше (импульсные
усилители промежуточной частоты).
Толщину гетинаксовых печатных плат рекомендуется брать не
более 2 мм, что позволяет обрабатывать их посредством штамповки.
Гетинакс толщиной 3 и 4 мм применяется при значительных меха-
нических нагрузках обычно для плат площадью более 400 см2.
Кроме того, применяются фольгированные гетинакс и стекло-
текстолит марок: ГФ-1, ГФ-1-П, ГФ-2-П, ГФ-1-Н, ГФ-2-Н, СФ-1,
СФ-2, МРТУ 16-509-001-64; ГОСТ 10316-62.
Низкочастотные фольгированные диэлектрики. НФ Д-1801 и
и НФД-180-2 (одно- и двусторонний) выпускаются толщиной
0,8—3 мм, обладают повышенной термостойкостью и рекомендуют-
ся для работы при температуре от —60 до +180° С.
Фольгированный диэлектрик гальваностойкий (ФДГ) применя-
ется при изготовлении плат, где медные проводники покрываются
другими металлами: родием, палладием, серебром, предназначен
для работы в интервале температур —60----[-150° С.
Фольгированный диэлектрик (НФДФ-8) (низкочастотный) ре-
комендуется для изготовления печатных плат, имеющих слож-
ную конфигурацию, работающих в интервале температур
—60 - +70° С.
Применение термопластичного наполнителя (капрона) дает воз-
можность формовать диэлектрик в нужную конфигурацию при
температуре +80° С. Можно использовать также другие электро-
изоляционные материалы (керамику, стекло, пресспорошок и т. д.).
Применение порошковых пластмасс для печатных плат ограни-
чивается рядом трудностей, основная из них заключается в необ-
ходимости изготовления сложных пресс-форм, которые приходится
заменять при каждом изменении конструкции платы. Полистирол
неприменим при пайке погружением из-за малой теплостойкости,
но является хорошим материалом для печатных схем, работающих
на сверхвысоких частотах. Наиболее перспективным является
применение для печатных плат фторопласта-4 (тефлона), но при-
менение его ограничено сложностью прочной склейки тефлона с ме-
таллом. Освоение выпуска фольгированного тефлона может устра-
нить этот недостаток.
14-2
ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ КОНСТРУКЦИЙ
ПЕЧАТНЫХ УЗЛОВ И ПЛАТ
Основное преимущество печатных схем — возможность при-
менять прогрессивные технологические процессы, открывающие
возможность автоматизации и механизации сборки и монтажа ра-
диоаппаратуры,— требует грамотного с точки зрения технологич-
ности проектирования.
373
Существует несколько способов изготовления печатного мон-
тажа, каждый из которых предъявляет к конструкции определен-
ные технологические требования, поэтому для правильного реше-
ния технологических вопросов при проектировании радиоприбо-
ров необходимо учитывать технологию изготовления печатных
схем. Часто конструктор создает миниатюрный узел или прибор
малого веса, но нетехнологичный, т. е. вызывающий большие труд-
ности в производстве, что повышает его себестоимость.
То же самое влечет за собой неграмотное применение печат-
ных схем в конструкции аппаратуры. Так, печатные проводники,
по которым проходит ток 0,1 а, можно запроектировать с неболь-
шим сечением и шириной 0,1—0,2 мм, но напечатать, протравить
или нанести металл, сохранив этот размер, технологически невоз-
можно, что вынуждает делать такие проводники значительно более
широкими.
Различные способы изготовления печатных схем по-разному
отражаются на их конструкции. Например, при изготовлении
печатных проводников электрохимическим методом должны быть
предусмотрены технологические проводники, соединяющие весь
монтаж накоротко для отложения металла на всех участках, и
намечены пути разъединения схемы в нужных местах. Это требует
или дополнительных технологических отверстий на плате, или
каких-либо других мер, которые могут повлиять на конструкцию
платы.
Рассматриваемые ниже технологические требования относятся
к печатному монтажу, выполняемому методом травления фольги
электрохимическим способом.
Таблица 14-4
Величина тока, вызывающего нагрев проводников
до 60 и 100° С, в зависимости от размеров сечения
отложенного металла
Размеры сечения проводника		Сила тока (ва), вызыва- ющего нагрев до	
Ширина, мм	Толщина, мк	60° С	|	100° С	
0.5 i;o 1,5	10	5,2 5,6 6,5	5,8 6,5 7,6
0,5 1,0 1,0	20	6,0 7,0 8,0	7,0 8,2 10,0
Ширина проводника. Ширина печатного проводника зависит от
плотности тока, допустимого падения напряжения, требуемой
механической прочности и технологических возможностей его
изготовления. Неправильно выбранное сечение проводника вызы-
374
вает его перегрев, что может нарушить соединение металла про-
водника с основанием и вызвать разрыв проводника.
Данные о температуре нагрева, размерах поперечного сечения
и величине протекающего тока приведены в табл. 14-4 и 14-5.
Таблица 14-5
Рекомендуемая величина тока в зависимости
от размеров печатного проводника
Ширина провод- ника, мм	Сила тока (а) при толщине проводника	
	10 мк	20 мк
0,5	1,0	1,6
1,0	1,5	2,0
1,5	2,0	2,5
2,0	—	3,0
♦ При температуре окружающей среды 20±5° G.
Допустимые максимальные токи в печатных проводниках, как
видно из приведенных данных, больше, чем в навесных проводни-
ках круглого сечения. Так, печатный проводник из фольги шири-
ной 1 мм и толщиной 0,05 мм благодаря хорошей теплоотдаче и
относительно большой поверхности можно нагрузить током 3—5 а,
тогда как круглый провод с равной площадью сечения — только
0,5 а (при норме 10 а на 1 мм 2).
Электрическое сопротивление печатных проводников постоян-
ному току несколько больше, чем у проводов круглого сечения,
из-за неровных краев проводников и повышенного удельного со-
противления медной фольги и меди, отложенной электрохимиче-
ским способом. Сопротивление 1 м медного печатного проводника
толщиной 0,05 мм, полученного из фольги, в зависимости от шири-
ны проводника следующее:
0,5	1,0 2,0 3,0
0,025 0,05 0,10 0,15
1,0	0,5 0,25 0,18
Ширина, мм ............................
Сечение, мм2...........................
Сопротивление 1 м, ом ...........
Сопротивление 1 м медного проводника шириной 1 мм, изго-
товленного электрохимическим способом, в зависимости от толщи-
ны наращенной меди следующее:
Толщина, мк......................... 10	20 30
Сопротивление 1 м, ом.............. 3,5	2,0 1,5
При проектировании печатных проводников необходимо учи-
тывать потери напряжения, которые могут нарушить нормальную
работу прибора, поэтому следует производить расчет потерь
напряжения, в первую очередь для накальных цепей, пользуясь
875
приведенными выше значениями сопротивления проводников.
Через проводник из фольги шириной 1 мм, сопротивление которого
равно 0,5 ом/м, можно пропустить ток 6 а, что вызывает его на-
грев на 52° С. При длине,проводника 200 мм потеря напряжения
составит 0,5 в, что может вывести лампы из нормального режима.
Это обстоятельство не позволяет полностью использовать одно
из преимуществ печатных проводников — большие допустимые
2
з
Рис. 14-1. Расположение
печатных проводников, пе-
ремычек и навесных дета-
лей.
1 — перемычка; 2 и з — навес-
ные детали.
плотности тока.
Минимальная ширина проводника зависит от технологических
возможностей. Один из наиболее совершенных — офсетный способ
печатания с применением плоских би-
металлических форм-клише позволяет
получить минимальную ширину печат-
ного проводника из фольги 0,3 мм, а
из отложенной электрохимическим спо-
собом меди — 0,4—0,5 мм. Однако эко-
номически целесообразно при офсетной
печати делать проводники шириной не
менее 1 мм.
При применении других типов форм-
клише ширину проводника лучше уве-
личивать до 1,5 мм.
К увеличению ширины проводников
вынуждают и трудности получения пе-
чатных проводников с ровными края-
ми.
Толщина проводника. Толщина пе-
чатного травленого проводника зави-
сит от толщины выпускаемой фольги.
В настоящее время у нас применяется
фольга толщиной 0,05 мм*, за рубежом фольгу для этих целей вы-
пускают толщиной от 0,038 до 0,076 мм.
При электрическом осаждении делать толщину проводника
больше, чем 0,03 мм, нецелесообразно, так как чем толще провод-
ник, тем больше времени требуется для его наращивания. Кроме
того с увеличением толщины проводника сила сцепления его с ос-
нованием уменьшается. Так, проводник толщиной 0,1 мм имеет
настолько слабое сцепление, что трудно обеспечить достаточную
механическую прочность соединения.
Зазоры между печатными проводниками. Зазоры между пе-
чатными проводниками, полученными различными способами,
назначают в зависимости от рабочего напряжения (табл; 14-6).
Минимальный допустимый зазор между краями проводников из
технологических соображений должен быть принят 0,5—0,8 мм.
Минимальный возможный зазор (однако экономически невыгодный)
0,3—0,4 мм.
Зазор А между проводниками у мест паек (рис. 14-1) во всех
случаях должен быть не менее 0,5 мм, чтобы избежать замыкания
376
припоем рядом расположенных токопроводящих линий при пайке
погружением.
Расположение печатных проводников. Плоскостное располо-
жение печатных проводников и деталей требует тщательно проду-
манного размещения их на основании. Проводники должны быть
короткими, особенно в сеточных и анодных цепях, без резких
переходов от широкой части к узкой. Изменение направления
проводника должно быть по возможности плавным, с внутренним
радиусом закругления R на углах не менее 2 мм (рис. 14-1).
Резкие переходы проводника от широкой части к узкой и
острые углы снижают механическую прочность сцепления фольги
или наращенной меди с основанием, что при механической обра-
ботке платы или при нагреве во время пайки может привести к от-
слаиванию проводника. По той же причине проводники из фольги
должны быть расположены на расстоянии не менее толщины платы
от края ребер и больших отверстий платы.
Таблица 14-6
Минимальная величина зазора между проводниками
в зависимости от рабочего напряжения при
различных методах изготовления плат
печатного монтажа
Расстояние между проводни- ками, мм	Рабочее напряжение, в		
	Химический метод	Комбиниро- ванный метод	Электрохими- ческий метод
0,3	50	50	
0,5	100	100	50
0,8	175	175	125
1,0	250	250	200
2,5	500	500	400
Примечание. Для цепей с напряжением выше
500 в расстояние между проводниками увеличивается по 1 мм
на каждые 100 в.
При изготовлении печатной схемы методом травления участки
фольги, не используемые как проводники, желательно оставлять
на плате, соединяя их между собой и с заземленными частями
прибора. Однако следует избегать кольцеобразного расположения
их вокруг высокочастотных узлов (например, катушек индуктив-
ности), так как получающийся короткозамкнутый виток ухудшает
их параметры.
Для предотвращения вспучивания и отслаивания фольги от
основания из-за выделяющихся газов во время нагрева всей платы
при пайке в проводниках шириной более 5 мм делают сплошные
щелевидные прорези или вытравливают небольшие участки фольги
(рис. 14-2).
377
Из экономических и технологических соображений (экономия
фольги, травящих растворов и удобство установки деталей) про-
водники, получаемые методом травления, желательно размещать
на одной стороне платы. Перекрещивание проводников можно
осуществлять проволочными перемычками 1 или навесными дета-
лями 2 и 3 (рис. 14-1), распо-
ложенными на стороне платы,
не имеющей печатных провод-
ников. Проволочные перемыч-
ки, вставленные в специаль-
но предусмотренные отвер-
стия, припаивают к печатным
проводникам одновременно с
выводами навесных деталей
погружением в расплавлен-
ный припой.
При расположении про-
Рис. 14-2. Щелевидные прорези и вы- водников на обеих сторонах
травленные участки в фольге. платы переход токопроводя-
щих линий с одной стороны
на другую осуществляется пустотелыми заклепками (пистонами)
или отрезками монтажного провода через специальные отверстия
в плате. Вставленные в отверстия заклепки развальцовывают, а
концы отрезков провода изгибают, как показано на рис. 14-3.
Для получения надежной пайки весьма желательно пистоны
и провода, а также соприкасающиеся поверхности печатных про-
водников предварительно облуживать.
Рис. 14-3. Соединение печатных про*
водников, расположенных на про-
тивоположных сторонах платы с по-
мощью пистона и монтажного про-
вода.
1 — плата; 2 — пистон-заклепка; 3 — пе-
чатные проводники; 4 — монтажный про-
вод; 5 — припой.
Рис. 14-4. Соединение рас-
положенных на противопо-
ложных сторонах платы пе-
чатных проводников, полу-
ченных электрохимическим
способом.
1 — печатный проводник; 2 —
плата.
Изготовление печатных проводников электрохимическим ме-
тодом на обеих сторонах платы и их переход с одной стороны на
другую не представляет технологических затруднений. Переход
токопроводящих линий с одной стороны платы на другую осуще-
ствляется отложением металла на стенки специальных отверстий
одновременно с нанесением проводников (рис. 14-4).
378
При изготовлении печатного монтажа электрохимическим мето-
дом все проводники должны быть соединены между собой, поэтому
на плате необходимо располагать дополнительные технологические
проводники, которые позволяют без дополнительных сложных
приспособлений подвести ток ко всем участкам схемы. Для умень-
шения сопротивления и отложения более равномерного слоя метал-
ла на всех участках схемы ширина технологических проводников
должна быть как можно больйте. Для той же цели к рабочим про-
водникам длиной более 250 мм подводятся в нескольких точках
дополнительные технологические перемычки, которые после
наращивания рабочих проводников удаляют или разрывают.
Иногда удаление технологических проводников осуществляют
штамповкой; разрыв их происходит при вырубании отверстий.
Эту операцию можно производить также сверлением, зенкованием
и обрезанием края платы, куда выведены эти технологические
проводники.
В некоторых случаях вместо технологических проводников
применяют гибкий контакт в виде листа, закрывающего полностью
одну сторону платы. После отложения металла на открытую сторо-
ну лист переносят на противоположную сторону с уже нанесен-
ными проводниками.
На краю платы предусматривают широкую металлизированную
площадку размерами не менее 15 х 15 мм для контактирования
зажима (подвески) при наращивании металла проводником.
При изготовлении печатных схем комбинированным способом
(негативным, позитивным), который является перспективным по
сравнению с химическим и электрохимическим методами, печат-
ные проводники схемы получают методом травления фольги, а
металлизацию монтажных отверстий проводят электрохимическим
способом.
В отверстиях образуется своеобразная пустотелая металличес-
кая заклепка, которая электрически и механически соединяет
контактные площадки обеих сторон платы (при двустороннем мон-
таже).
Гальванически осажденный в отверстиях металл служит надеж-
ным электрическим контактом и силовым элементом для крепле-
ния радиодеталей.
Металлизировать отверстия можно до вытравливания рисунка
схемы (позитивный способ). Этот способ является весьма перспек-
тивным, так как растворы и электролиты не действуют на поверх-
ность диэлектрика, так как он закрыт фольгой.
Единственным недостатком позитивного способа является то,
что после сверления и металлизации отверстий на токоведущую
часть печатной платы наносят слой серебра для защиты ее от
травления.
Операцию травления в большинстве случаев ведут в растворе
персульфата аммония, вследствие чего этот метод неприемлем
для серийного производства.
379
При металлизации отверстий после вытравливания рисунка
схемы (негативный способ) значительно ухудшается сцепление
фольги с диэлектриком, при металлизации отверстий требуется
контактирование разобщенных проводников схемы, растворы и
электролиты при этом воздействуют на обнаженный диэлектрик,
ухудшая его диэлектрические свойства.
Несмотря на имеющиеся недостатки негативного способа, его
широко применяют как в мелкосерийном, так и в серийном
производстве.
Негативный способ изготовления печатных плат ведут по сле-
дующей технологии:
1)	нарезка заготовок и сверление фиксирующих отверстий;
2)	копирование схемы;
3)	проявление и тепловое дубление;
4)	травление в растворе хлорного железа;
5)	нанесение защитного слоя лака;
6)	сверление и зенкование отверстий;
7)	сенсибилизация в растворе хлористого олова и активирова-
ние в растворе хлористого палладия;
8)	химическая металлизация;
9)	электрохимическое меднение;
10)	покрытие сплавом РОЗЭ;
11)	покрытие флюсом.
Технологический процесс изготовления печатного монтажа
негативным способом заключается в следующем.
Вытравливание проводников схемы проводят обычным фото-
химическим способом, декапируют в серной кислоте, промывают,
лакируют лаком ХСЛ для предохранения проводников от повреж-
дения в процессе сверления и зенкования монтажных отверстий.
Проводят подготовку плат по стандартной методике: обезжири-
вание — промывка, сенсибилизация — промывка, активация —
промывка, сушка. Производят химическое меднение в растворе:
медь сернокислая.......................... 700	г
натрий едкий ................... 100	г
глицерин........................100	г
формалин (33%)..................15—20	мл
Промывают, удаляют лаковую пленку, декапируют и в специаль-
ном приспособлении производят электрохимическое меднение в
растворе состава:
Си (BF4)2 ................ 230—250 г/л
HBF4 ...................... 18-20	г/л
вода .....................до 1000 мл
После тщательной отмывки печатные проводники и металлизи-
рованные отверстия покрывают сплавом ПОСВ50 и производят
покрытие флюсом ПлП.
Технологический процесс получения печатных плат позитив-
ным способом в отличие от рассмотренных заключается в следую-
380
щем: для вытравливания схемы вместо раствора хлорного железа
используют раствор персульфата аммония, в котором серебро
не разрушается.
Эмульсия состоит из поливинилового спирта, двухромового
аммония и этилового спирта. Печатное изображение на плате
получают контактным способом с диапозитива. Полученное изо-
бражение окрашивают в растворе металвиалетового красителя,
проявляют в теплой воде и задубливают в 6 %-ном растворе хро-
мового ангидрида в течение 1 мин.
Для того чтобы придать эмульсионному слою химическую стой-
кость, печатные платы подвергают термообработке в термостате
или сушильном шкафу при температуре 105—110° С в течение 60—
80 мин.
Декапирование проводников в растворах азотнокислого желе-
за, соляной и серной кислоты недостаточно, поэтому перед дека-
пированием проводят крацевание.
Крацевание ведут на крацовочных станках с латунными щет-
ками (толщина проволоки 0,1— 0,3ш), применяя при этом 5%-ный
раствор кальцинированной соды.
Декапированные проводники печатных плат покрывают лаком
АВ-4 из пульверизатора или окунанием для того, чтобы предо-
хранить проводники схемы от контактного осаждения благородных
металлов при их химическом активировании и для защиты эмуль-
сионной пленки от разрушения в щелочной среде раствора хими-
ческого меднения.
После механической обработки (сверления) проводят тщатель-
ный контроль, обдувку сжатым воздухом, обезжиривание венской
известью и сенсибилизацию в 10 %-ном растворе двухлористого
олова в течение 2—3 мин, отмывают и активируют в растворе хло-
ристого палладия, соляной кислоты и дистиллированной воды в те-
чение 1—2 мин при температуре 18—25 °C.
Химическое меднение монтажных отверстий производят в раст-
воре медного купороса, едкого натра, глицерина, аммиака, форма-
лина в течение 15—20 мин при температуре 18—25° С. После хими-
ческого меднения удаляют лаковую пленку от платы и проводят
гальваническое меднение.
При интенсивном перемешивании в электролите плотность тока
5—10 а!дм 2, состав электролита:
медь кремнефтористоводородная;
кремнефтористоводородная кислота.
Гальваническое серебрение проводят при плотности тока 0,3—
0,4 а/дм 2 и температуре 18—25° С в электролите следующего
состава:
серебро...............................15—20	г/л
калий................................50—70	г/л
роданистый калий....................18—100	г/л
углекислый калий...................... 8—10	г/л
381
После серебрения проводников и монтажных отверстий произ-
водят раздубливание эмульсии и вытравливание фольги. Раздуб-
ливание производят в растворе щавелевой кислоты и хлористого
составе персульфата аммония
300 г, сернистого железа 1 г
и воды 1 л, промывают и ос-
ветляют серебро в растворе
мела 100 г и аммония 25%-но-
го 1 л.
Общие требования к пе-
чатным платам. Обычно пе-
чатные платы имеют форму
квадрата или прямоугольни-
ка. Размеры платы не долж-
ны превышать 240x 360 мм.
при повышенной плотности
Рис. 14-5. Расположение отверстий на
печатной плате.
а — правильное; б — неправильное.
монтажа — 120 х 180 мм. так
как платы больших размеров непрочны, неудобны для обработ-
ки, коробятся в процессе получения печатного монтажа и пай-
ки погружением.
Основные размеры плат устанавливаются на шаг координат-
ной сетки, диаметр и расположение отверстий под выводы электро-
и радиоэлементов и толщину плат.
Шаг основной координатной сетки в двух взаимно перпендику-
лярных направлениях должен быть 3 мм. Для особо малогабарит-
ной аппаратуры допускается
применять вспомогательную ко-
ординатную сетку с шагом 1 мм.
Центры отверстий под выво-
ды многоконтактных электро- и
радиоэлементов (реле, разъемов,
ламповых панелей), которые в
силу конструктивных особенно-
стей не могут попасть в узлы
координатной сетки, распола-
гаются согласно размерам, ука-
занным в нормалях или чертежах
Рис. 14-6. Расположение отверстий
под выводы многоконтактных навес-
ных элементов.
а — правильное; б — неправильное.
на эти элементы или детали.
Центры отверстий под выводы элементов находятся в точках пе-
ресечения линии координатной сетки (рис. 14-5). При этом центр
отверстия, принятого за основное, располагается в узле сетки, а
центр одного из остальных отверстий — на одной из вертикальных
или горизонтальных линий координатной сетки (рис. 14-6).
Диаметры отверстий под выводы радиоэлементов на платах с
печатным монтажом выбираются в зависимости от размеров выво-
дов и метода изготовления печатных плат.
При электрохимическом методе изготовления печатных
плат металлизированные отверстия выбираются исходя
382
ИЗ условий!
<£ = <£ВЬ1В + 0,5 ММ.
Диаметры зенковок при этом выбираются из условий:
<4енк = ^ + (0,5 ч-0,7) мм.
При комбинированном методе (негативном и позитивном) из-
готовления печатных плат металлизированные отверстия размером
более 1 мм выбираются, как и для электрохимического метода.
Отверстия 1 мм и меньше выбираются в зависимости от толщины
плат и размеров выводов радиоэлементов.
При выборе диаметров металлизированных отверстий раз-
меры их округляют, придерживаясь следующего ряда: 0,5;
0,8; 1,0; 1,3; 1,5; 1,8; 2,0; 2,4.
Допуски отклонения диамет-
ров неметаллизированных от-
верстий от номинальных разме-
ров должны выполняться в пре-
делах:
Рис. 14-7. Сетчатое экранирование
проводников.
+0,10 мм для отверстий до 1 мм\
+0,12 мм для отверстий до 2,5 мм\
+0,2 мм для отверстий зенковок.
Зенковка отверстий выпол-
няется под углом 70°.
Экранирование проводников
должно быть не сплошным, а
сетчатым (рис. 14-7). Щелевид-
ные вырезы в экране распола-
гают под углом 45—60°.
Вокруг крепежных, проход-
ных и технологических отвер-
стий в экране делают кольцевые вырезы шириной 1—1,5 мм. Если
в зону экрана попадают отверстия под выводы навесных радио-
деталей, то на экране на расстоянии 1 мм от кромки отверстия
выполняют полукольцевой вырез шириной 1—1,5 мм. При этом
ширина металлизированной перемычки должна быть не более
1,5—2 мм. Иногда вокруг отверстий допускаются полукольцевые
вырезы или кольцевые секторы (рис. 14-8).
На печатной плате обычно предусматриваются не менее двух
технологических отверстий и «ключ», обеспечивающий установку
платы только в одном положении.
Общие требования к печатным узлам. Конструкция печатного
узла разрабатывается с учетом особенностей печатного монтажа
и методов изготовления плат.
Печатный узел может быть одноплатным (рис. 14-9, а), меж-
платным (рис. 14-9, б) или сборным, состоящим из двух, трех и т. д.
одноплатных печатных узлов (рис. 14-9, в\
383
Навесные элементы устанавливают на плате таким образом,
чтобы можно было выполнить пайку погружением, исключив воз-
действие припоя на эти элементы. Поэтому независимо от назначе-
ния и габаритных размеров все элемен-
ты в одноплатной конструкции распо-
лагаются с одной стороны платы (рис.
14-9, а), а в межплатной конструкции —
между платами в вертикальном положе-
нии (рис. 14-9, б). В межплатных кон-
струкциях недопустимо размещение на-
весных деталей на внешних сторонах
плат и введение третьей платы.
Навесные радиоэлементы рекомен-
дуется размещать на плате рядами, в
определенном порядке (рис. 14-10, а).
Иногда допускаются некоторые от-
ступления от этого требования (рис.
исключено расположение деталей под
7
7
2
Рис. 14-8. Вырезы вокруг
отверстий в экране.
1 — отверстия под пайку’ 2 —
проходные технологические от-
верстия.
14-10, б), но совершенно
различными углами друг к другу (рис. 14-10, в). Условная ось,
проходящая через точки крепления
двухвыводных навесных элементов,
должна быть параллельна основно-
му направлению наибольших меха-
нических нагрузок, воздействующих
на изделие.
Рис. 14-9. Конструкции печатных
узлов.
в)
Рис. 14-10. Расположение на-
весных элементов на плате.
а — одноплатный; б —• межплатный!
в — сборный.
а — желательное; б — допустимое;
в — недопустимое.
Выводы навесных элементов крепят в отверстиях платы. В.
каждом отверстии должен размещаться вывод только одного на-
весного элемента (рис. 14-11).
384
Ч......|-| [Ч Ь|
а)
Рис. 14-11. Крепление вы-
водов навесных элементов.
а — правильное; б — непра-
вильное.
Элементы и узлы с большим количеством выводов (малогабарит-
ные трансформаторы, разъемы и т. д.) закрепляют на плате в зави-
симости от их конструктивного оформления и механической проч-
ности платы. Примеры крепления ма-
логабаритных трансформаторов приве-
дены на рис. 14-12.
Тяжелые или специальные элементы
устанавливают с помощью держателей
(рис. 14-13), предотвращающих полом-
ку выводов при воздействии механиче-
ских нагрузок. Элементы, детали и узлы
значительного веса и больших габаритов
(например, силовые трансформаторы)
размещают вне платы (рис. 14-14) и
присоединяют к последней перемычками
из монтажного провода или специальны-
ми гребенками, впаиваемыми в плату
способом групповой пайки.
Конструкция каждого узла должна предусматривать свободный
доступ к любому элементу и детали печатной схемы и легкую за-
мену их в процессе настройки и эксплуатации.
Во избежание замыкания печатного проводника на корпус
прибора плата изолируется от шасси. Заземление осуществляет-
ся посредством перемычек и лепестков, впаянных в монтаж-
Рис. 14-12. Крепление на плате малогаба-
ритных трансформаторов.
ные отверстия и контакти-
рующих с шасси прибо-
ра. Непосредственный кон-
такт печатного проводника
с шасси не допускается.
Для перехода с одной
платы на другую приме-
няются переходные эле-
менты-разъемы, переход-
ные колодки, устанавли-
ваемые так же, как и на-
весные радиоэлементы (рис.
14-15). При надлежащем
закреплении двух взаимно
перпендикулярных плат
переходы могут выполнять-
ся с помощью «шипов», как
показано на рис. 14-16.
Использование навесных радиоэлементов в качестве переход-
ных в сборных П и Г-образных конструкциях не рекомендуется.
После окончательной сборки печатный узел покрывают лаком.
Оформление чертежей. Чертеж печатной платы (рис. 14-17) дол-
жен содержать:
а) габаритные размеры платы;
13 А. Т. Белевцев
385
б)	размеры ширины печатного проводника, обязательно ука-
зываются проводники шириной до 1 мм включительно, ширина же
Рис. 14-13. Крепление по-
тенциометра на плате с по-
мощью держателя.
1 — держатель; 2 — выводы.
прочих проводников выдержива-
ется по координатной сетке;
Рис. 14-14. Размещение
крупногабаритного элемен-
та.
Рис. 14-15. Переходные элементы.
в)	расстояние между проводниками, обязательно указываются
расстояния менее 1,5 мм\
г)	маркировку отверстий и схемных обозначений элементов со
стороны их установки. В обычных одноплатных конструкциях
маркируются отверстия под элементы с гибкими выводами и под
переходные элементы (проволочные перемычки, штепсельные разъ-
386
емы, переходные колодки), в межплатных конструкциях марки-
руются все отверстия печатной платы.
Кроме того, в технических тре-
бованиях начертежах указываются:
шаг координатной сетки (до-
пуск на параллельность линий
координатной сетки ± 0,1 мм);
Рис. 14-16. Переход с помощью «шипов».
1 — шасси; 2 — плата; з — проводник; 4 — место пайки.
допуски на ширину проводников
+0,2 мм, а в остальных +0,5 мм);
(обычно в узких местах
допустимые отклонения от
ников (обычно +1 мм);
чертежа в расположении провод-1
Рис. 14-17. Пример оформления чертежа печатной платы (без координат-
ной сетки).
способ маркировки отверстий (чаще всего цифры располагаются
симметрично осям отверстий и выполняются белой маркировочной
краской или травлением).
13*	387
В качестве базы при обработке принимается одно или два не-
металлизированных крепежных отверстия или край платы. При
отсутствии крепежных отверстий обработку ведут от технологи-
ческих отверстий, которые могут выполняться как на самой плате
так и вне платы.
Использование в качестве базы металлизированных отвер-
стий не допускается.
Межцентровые расстояния между базовыми отверстиями и
любыми другими отверстиями, не требующими специальных
допусков, выполняются с точностью ±0,1 мм. Остальные указан-
ные без допусков размеры выполняются по 7-му классу точ-
ности*
На чертеже печатного урла (рис. 14-18) изображаются печат-
ная плата с навесными элементами, переходными элементами
Рис. 14-18. Пример оформления чертежа печатного узла.
1 — диод; 2 и 3 — конденсаторы; 4 — трансформатор; 5 — транзистор; 6 — плата;
7 — контакт.
(перемычками, переходными колодками и т. п.) и элементами,
закрепляемыми механическим путём (развальцовкой, заклепками
и пр.), с последующей опайкой. Все навесные элементы должны
иметь маркировку согласно принципиальной схеме. Монтажные
проводники указываются в угловой спецификации на чертеже.
Кроме того, в технических требованиях должны быть указаны
способы пайки выводов элементов, защиты печатного узла лаком
и марка последнего.
Технологические требования к навесным деталям. Возмож-
ность применения автоматизации и механизации сборки при ис-
пользовании печатных схем во многом зависит от конструкции
выводов навесных деталей.
Навесные детали с боковыми выводами прямоугольного сече-
ния весьма трудно подготовить и установить на печатные платы с
помощью сборочных машин. Такие выводы невозможно выправить
и изогнуть по заданной форме с помощью несложных по конструк-
ции сборочных машин, а существующий большой разброс допусков
388
на расстояние между выводами затрудняет установку деталей на
плате. Бункеризация и транспортировка подобных деталей по на-
правляющим машин из-за несимметричности выводов почти невоз-
можны. Кроме того, для надежной пайки прямоугольных выводов
в плате необходимо пробивать прямоугольные или овальные
отверстия, что усложняет инструмент для этой операции.
Производить сборку таких деталей на платах, выполненных по
координатной сетке, невозможно, аак как расстояния между выво-
дами деталей разных типов и номиналов различны и не кратны
ДРУГ другу.
С технологической точки зрения проволочный вывод круглого
сечения наиболее целесообразен; его легко выправить и изогнуть,
это позволяет выправлять, обрезать и изгибать выводы на относи-
тельно простых сборочных машинах. Круглое отверстие в плате
для крепления такого вывода проще выполнять. Транспорти-
ровка и набор в кассеты таких деталей или приклеивание к лип-
ким лентам, как это делают за рубежом, не вызывают трудностей.
Обычно круглые выводы делают диаметром 0,8 и 1 мм, облуженные
или посеребренные.
Если круглые выводы конструктивно невыполнимы, то делают
выводы прямоугольного сечения. Они должны быть жесткими,
минимальной длины, и расстояние между ними должно быть под-
чинено определенной системе, отвечающей требованиям расположе-
ния отверстий на плате по координатной сетке. Допуски на разме-
ры между выводами не должны превышать ±0,4 мм.
Некоторые зарубежные фирмы изготавливают переменные ре-
зисторы, селеновые выпрямители, узлы с катушками индуктив-
ности и другие навесные детали с плоскими жесткими выводами
конусной формы, что позволяет временно закреплять детали без
подгибки.
Проектирование сложных по форме навесных деталей для
печатных схем должно удовлетворять требованиям автоматизации
процессов сборки и максимально использовать преимущества пе-
чатных схем. Так, крепление крупных деталей на плате может
производиться не только путем пайки и токоведущим выводом, но
и с помощью специальных отростков от корпусов, которые припа-
иваются или к отдельным участкам фольги, или к общему заземлен-
ному широкому проводнику. Эти детали и узлы должны иметь тех-
нологические выступы или желоба, позволяющие легко осуществить
их транспортировку по направляющим сборочных машин с ориен-
тацией деталей в определенном положении для правильной уста-
новки их на плате.
При разработке электро- и радиоэлементов, крепежных и уста-
новочных деталей, применяемых в аппаратуре с печатным мон-
тажом, внешнее конструктивное оформление их должно обеспе-
чивать простоту и удобство механизированной и автоматизирован-
ной сборки. Все элементы должны быть приспособлены для уста-
новки их на печатные платы, отверстия в которых расположены
389
по координатной сетке с шагом 3 мм. Следует применять малогаба-
ритные радиоэлементы, они должны быть простой геометрической
формы, желательно цилиндрической. Допуски на размеры корпуса
элемента должны быть не более zb 0,25 мм.
Полярные радиоэлементы, а также элементы с тремя или более
выводами снабжают «ключом» для ориентировки их при установке
на печатную плату сборочной машиной.
Рис. 14-19. Расположение
навесных элементов на пла-
те.
Рис. 14-20. Крепление навесных элементов с
круглыми осевыми выводами в узлах меж-
платной конструкции.
Обжать или
обрезать до
размера 1-1,2 мм
СМ
навесных
радиаль-
Рис. 14-21. Подготовка
элементов с плоскими
ными выводами для крепления в
узлах межплатной конструкции.
А-А
Малогабаритные радиоэлементы должны иметь осевые выводы.
Радиальные выводы применять не рекомендуется.
Для широковещательной аппаратуры, работающей без воздей-
ствия механических нагрузок, допускается крепление крупно-
габаритных узлов (контуров, тран-
сформаторов, дросселей) с помощью
защелкивающихся зажимов или
крепежных лапок с последующей
пайкой.
Радиоэлементы должны посту-
пать на сборку в таре, обеспечи-
вающей сохранение прямолинейно-
сти выводов при транспортировке,
а также удобной для установки
элементов на плату с помощью
автоматического укладчика (на-
пример, лента с резисторами, свер-
нутая в рулон).
Способы установки навесных
элементов на печатные платы. Пе-
элементов, а также перемычки из
монтажного провода закрепляют в отверстиях платы, чтобы они
не выпадали в процессе транспортировки и групповой пайки.
Элементы крепят, пропуская выводы в отверстия и подгибая
их под платой в любом направлении. Длину подогнутого участка
вывода делают не менеее 0,6 мм, а место изгиба вывода — не
ближе 2 мм от корпуса элемента. Длина вывода от корпуса радио-
ред пайкой выводы навесных
390
а)
элемента до места пайки должна соответствовать указаниям ГОСТ
или ТУ на этот элемент.
Расстояние между корпусом или выводами элемента и краями
платы предусматривают не менее 2 мм (рис. 14-19), между корпу-
сами соседних элементов или узлов — не менее 0,5 мм, а от края
корпуса радиоэлемента до центров отверстий под выводы других
радиоэлементов, расположенных перпендикулярно, не менее 1 мм.
В печатных узлах межплатной конструкции навесные элементы
располагают между двумя платами вертикально. Элементы с круг-
лыми осевыми выводами (типа
резисторов МЛТ) крепятся в
них путем изгибания одного из
выводов (рис. 14-20), а радио-
элементы с плоскими радиаль-
ными выводами (типа резисто-
ров ВС) — с помощью неизбеж-
ного или необрезанного участка
вывода или изгиба вывода (рис.
14-21).
Обжатый вывод закрепляют
в отверстии путем развертыва-
ния его при обрезке.
В печатаных узлах одно-
платной или сборной конструк-
ции навесные элементы распо-
лагаются параллельно поверх-
ности платы без зазора или с
зазором между корпусом эле-
мента и платой, равным 2—Змм.
Для предохранения регулировочных элементов (например, кон-
турных катушек индуктивности) от воздействия лака при лаки-
ровании погружением их корпуса должны быть приподняты
над поверхностью платы на 3—5 мм, а открытые контакты пе-
реходных колодок, реле, монтажных стоек — на 5—10 мм.
Навесные элементы с круглыми осевыми выводами, как и эле-
менты с плоскими радиальными выводами в указанных печатных
узлах конструкции, крепятся путем изгиба выводов (рис. 14-22).
б)
Рис. 14-22. Крепление навесных эле-
ментов в узлах одноплатной конст-
рукции.
а — с осевыми выводами; б — с радиаль-
ными выводами.
14-3
КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ
Процесс изготовления печатных плат состоит из операций, с помощью
которых создается токопроводящее покрытие на изоляционном основании
в соответствии с заданным рисунком печатного монтажа. Методы изготовле-
ния печатных плат классифицируют по способам создания токопроводящего
покрытия и способам нанесения изображения печатных проводников.
Способы создания токопроводящих покрытий. Существуют следующие
способы создания токопроводящих покрытий:
391
электрохимический — тонкий слой металла (1—2 мк), нане-
сенный способом химического осаждения, наращивают до требуемой толщины
в электролитической ванне;
электролитический с переносом — проводники пред-
варительно осаждаются электролитическим способом на специальную ме-
таллическую матрицу с последующим переносом их на изоляционное основа-
ние;
фольгирование — лист медной электролитической фольги при-
клеивается к изоляционному основанию с одной или двух сторон;
вжигание — соединения серебра, содержащегося в пасте, нанесен-
ной на поверхность изоляционного основания, при обжиге восстанавливаются
в металлическое серебро, сцепляющееся с основанием;
шоопирование — расплавленный металл разбрызгивается на
изоляционное основание с помощью воздушного пистолета;
вакуумное распыление (вариант — катодное распыление)—
металлическая пленка наносится на изоляционное основание путем распы-
ления металла в вакууме изогнутой либо под воздействием электрического
поля;
запрессовка металлических порошков — порошок
металла вдавливается в изоляционное основание нагретым штампом.
Способы нанесения изображения печатных проводников. Изображение
печатных проводников на изоляционном основании получают с помощью
трафаретов. К трафаретам относятся фотодиапозитив или негатив, офсетная
печатная форма, сетка с изображением проводников, пресс-форма, штамп,
шаблон и т. д.
Соответственно этому существуют следующие способы нанесения изо-
бражения:
фотографический — копирование контактным способом изо-
бражения проводников с фотодиапозитива или негатива на основание, покры-
тое светочувствительной эмульсией;
офсетный — нанесение позитивного или негативного изображения
проводников на основание защитной краской с помощью печатной формы;
сеточнографический — нанесение позитивного или нега-
тивного изображения проводников на основание защитной краской через
сетчатый трафарет;
прессование — создание с помощью пресс-формы позитивного
рельефного изображения проводников на плате в виде канавок;
штамповка — вырубка проводников из листа фольги, наложен-
ного на изоляционное основание, специальным штампом;
тиснение — нанесение на основание кислотостойких пленок пози-
тивного или негативного изображения проводников с помощью нагретой мат-
рицы и пленочной краски (фолии);
ксерографический — фотографирование позитивного или не-
гативного изображения печатных проводников методом проекции на пластину
с полупроводящим слоем, заряженным до заданного потенциала. Скрытое
электростатическое изображение проявляется с помощью заряженных пиг-
ментированных порошков, переносится на основание с помощью промежу-
точной подложки и оплавляется;
гравирование — создание с помощью специального инструмента
позитивного рельефного изображения проводников в виде канавок;
рисование — нанесение изображения проводников на фольгиро-
ванное изоляционное основание кислотостойкими красками вручную с по-
мощью кисти или плакатного пера;
нанесение защитной краски через шаблон;
Методы изготовления печатных плат. Сочетание определенного способа
создания проводящего покрытия с тем или иным способом нанесения изобра-
жения проводников определяет изготовление печатных плат (рис. 14-23).
В специфических случаях, например для получения печатных плат на хруп-
ких основаниях, могут применяться комбинированные методы, состоящие
из трех и более основных технологических процессов, в частности метод элек-
392
трохимического осаждения с последующим травлением по рисованному тра-
фарету, метод шоопирования с последующим травлением по фототрафарету
и др.
Комбинированные методы могут иметь чрезвычайно большое количество
вариантов, поэтому в приведенной схеме они не рассматриваются.
Способ
создания
проводящих,
покрытии
Метод изготовления
печатных форм_________
Фотоэлектрохими ческий
Офсетнозлектрохимическии
Способ нанесения изо-
бражения печатных
проводников
Электро-	^еточноэлектрохими ческ ий
химиче- — --------------------!—	““
ское
осаждение
Офсетный
сеточнографическид
Прессоэлектрохимический	Н*-Ч	прессование
Электрохимический с тиснением 1 Тиснение
----------— р^-Ч ксерографический
--------------------— t гравирование
"^ГТраверноэл^кгпрохимичес2<ий_
Фольгиро-
вание
Электро-
литическое
осаждение
с
переносом
Фотохими чес к uh
Офсетнохимическии
Сеточнохимическии
Фотоперенос
Офсетоперенос ~
Сеточный перенос
Г^~Ч Фотографический
I Офсетный ~
)—t—I Сеточнографичес^шГ
Фотографический.
Офсетный
Г^—Тбёточнографический
Ь*—I	Штамповка
—I	тиснение
ъ^Ч Ксерографический
т^Ч	Рисование
Сжигание
токопро-
водящих
красок
^1^^о1р^ическийс_ '^хсиханиемУ^~~^сё'точнографиЧескиа
— — Z —	—I	Прессование
~	_7 27 ~~~ ~ TLTLTTTH5—Г Гравирование
Сжигание"пп~шаблона	I—-—1 Шаблон
Шоопиро-
вание
Шоопирование _пс_шаб£ону_
Прессование
Гравирование
Шаблон
Вакуумное
распыление
___________________________Н-Ч~Фотографический
	{“ксерографический
“Рарп^е7ше~по~и}аблднц~~ Т*^Ч Шаблон
Запрес-
совка ме-
таллических
порошков
2
Прессование
3
Рис. 14-23. Способы нанесения изображения печатных проводни-
ков и создания токопроводящих покрытий при различных ме-
тодах изготовления печатных плат.
1 — методы, применяемые в производстве; 2 — методы, - находящиеся в
разработке; з — возможные методы.
Наибольшее применение в промышленности находят фотоэлектрохими-
ческий, офсетноэлектрохимический, сеточноэлектрохимический методы, фо-
топеренос, офсетоперенос, сеточный перенос, фотохимический, офсетнохи-
мический, сеточнохимический методы.
Сводка основных методов изготовления печатных плат и их характери-
стики приведены в табл. 14-7.
393
394
Таблица 14-7
Методы изготовления печатных плат
Метод	Сущность метода	Преимущества	Недостатки	Разрешающая способность, ММ	Точность, мм	Минимальные размеры, мм		Минимальная прочность сцеп- ления, кг/см2	Область применения
						провод- ников	проме- жутков		
Фото- электро- химиче- ский	Изображение ко- пируется с диапо- зитива на изоля- ционное основание, покрытое свето- чувствительным слоем В плате пробива- ются отверстия,ко- торые металлизи- руются одновремен- но со схемой сна- чала химическим, затем электролити- ческим способами	Одновременная металлизация пе- реходных отвер- стий Металл расхо- дуется только на печатные провод- ники Не требует сло- жного оборудова- ния Быстрота нала- живания произ- водства	Длительность процесса изготов- ления печатных плат Изоляционное основание подвер- гается воздейст- вию химических реагентов	0,5	±0,15	0,8	0,8	10	Серийное и опыт- ное производство при большой но- менклатуре слож- ных двухсторон- них печатных плат
Офсетно- электро- химиче- ский	С негативной пе- чатной формы изображение печа- тается кислостой- кой краской оф- сетным способом на изоляционное основание с про-	Одновременная металлизация от- верстий Быстрота вос- произведения изо- бражений Металл расходу- ется только на пе-	Длительность процесса изготов- ления печатных плат Затруднено из- менение рисунка схемы Необходимость	1	±0,2	1,1	1	10	Серийное произ- водство при малой номенклатуре двусторонних пе- чатных плат
Метод	Сущность метода	Преимущества
битыми отверстия-
ми
Незащищенные
участки металли-
зируются химиче-
ческим и электро-
литическими спо-
собами
чатные проводни-
ки и элементы
I
395
Сеточно-
электро-
химиче-
ский
Изоляционное
основание с отвер-
стиями металлизи-
руется химиче-
ским способом
Через сетчатый
трафарет печата-
ется кислотостой-
кой краской нега-
тивное изображе-
ние печатного мон-
тажа
Одновременная
металлизация пе-
реходных отвер-
стий
Быстрота воспро-
изведения изобра-
жений
Продолжение табл. 14-7
Недостатки	Разрешающая способность, мм	Точность, мм	Минимальные размеры, мм		Минимальная прочность сцеп- ления, кг/см-	Область применения
			провод- ников	проме- жутков		
технологических проводников для металлизации Трудность под- бора кислото-ще- лочестойких элек- троизоляционных красок Изоляционное основание подвер- гается воздейст- вию химических реагентов Меньшая точ- ность и разреша- j ющая способность 1 по сравнению с фото электро хими- ческим методом Затруднено из- менение рисунка схемы Изоляционное основание подвер- гается воздейст-	1,5*	±0,3*	1,2*	1,3*	10	Крупносерийное производство при малой номенклату- ре простых дву- сторонних печат- ных плат
396
Метод	Сущность метода	Преимущества
Фотопе- ренос	Н е защищенные участки металли- зируются электро- литически После снятия краски химически осажденный ме- талл удаляется травлением Изображение пе- чатного монтажа копируется с диа- позитива на сталь- ную матрицу, по- крытую светочув- ствительным слоем После обжига мат- рицы на незащи- щенные участки электролитически наносится медь. Полученные мед- ные проводники переносятся под давлением на изо-	Исключено воз- действие химиче- ский реагентов на изоляционное ос- нование Высокая проч- ность сцепления проводников с ос- нованием Не требует слож- ного оборудования Быстрота нала- живания произ- водства Большая точ- ность и разреша-
Продолжение табл. 14-7
	Разрешающая способность, мм	Точность, мм	Минимальные размеры, мм		Минимальная прочность сцеп- ления, кг/см2	Область применения
Недостатки			провод- ников	проме- жутков		
вию химических реагентов Длительность процесса изготов- ления печатных плат Меньшая ско- рость воспроизве- дения изображе- ний по сравнению с сеточным пере- носом Отсутствие ме- таллизации в от- верстиях	0,5	±0,2	0,8	0,8	—	Серийное и опыт- ное производство при большой но- менклатуре одно- сторонних печат- ных плат
397
Метод	Сущность метода	Преимущества
Офсето- перенос	ляционное основа- ние, покрытое клеевой пленкой, которая затем под- вергается полиме- ризации С печатной фор- мы на металличе- ческую матрицу печатается кисло- тостойкой краской негативное изобра- жение печатного монтажа. На неза- щищенные участки матрицы наносит- ся медь электроли- тически Полученные мед- ные проводники переносятся под давлением на изо- ляционное основа- ние, покрытое кле- евой пленкой, ко-	ющая способность по сравнению с сеточным перено- сом . Исключено воз- действие химиче- ских реагентов на изоляционное ос- нование Высокая проч- ность сцепления проводников с ос- нованием Металл расходу- ется только на проводники
Продолжение табл. 14-7
Недостатки	Разрешающая способность, мм	‘ Точность, мм	Минимальные размеры, мм		Минимальная прочность сцеп- ления, кг/см-	Область применения
			провод- ников 		проме- жутков		
Длительность процесса изготов- ления плат Затруднено из- менение рисунка схемы Отсутствие ме- таллизации в отверстиях	1	±0,2	1,3	1,3	—	Крупносерийное производство при малой номенкла- туре односторон- них печатных плат
398
Метод	Сущность метода	Преимущества
Сеточный перенос	торая затем под- вергается полиме- ризации На металличе- скую матрицу че- рез сетчатый тра- фарет печатается кислотостойкой краской негатив- ное изображение печатного монта- жа. На участки, не защищенные краской, электро- литически нано- сится медь. По- лученные медные проводники пере- носятся под дав- лением на изоля- ционное основание, покрытое клеевой пленкой, которая затем подвергает- ся полимеризации	Исключено воз- действие химиче- ских реагентов на изоляционное ос- нование Высокая проч- ность сцепления проводников с ос- нованием Металл расходу- ется только на проводники
Продолжение табл. 14-7
Недостатки	Разрешающая способность, мм	Точность, мм	Минимальные размеры, мм		МинималЙкая прочность сцеп- ления, кг/см2	Область применения
			провод- ников	проме- жутков		
Длительность процесса изготов- ления плат Затруднено из- менение рисунка схемы Отсутствие ме- таллизации в отверстиях	1	±0,3*	1,2*	1,3*	—	Крупносерийное производство при номенклатуре од- носторонних пе- чатных плат
Продолжение табл. 14-7
399
Метод	Сущность метода	Преимущества	Недостатки	Разрешающая способность, мм	Точность, мм	Минимальные размеры, мм		Минимальная прочность сцеп- ления, кг/см2	Область применения
						провод- ников	проме- жутков		
Фотохи- мический	Изображение ко- пируется с нега- тива на фольгиро- ванный диэлект- рик, покрытый светочувствитель- ным слоем Светочувстви- тельный слой ду- бится, незащищен- ные участки фоль- ги удаляются хи- мическим травле- нием	Наивысшая точ- ность и разреша- ющая способность Не требует Слож- ного оборудования Быстрота нала- живания произ- водства, легкий переход от одной схемы к другой	Отсутствие ме- таллизации в отверстиях Меньшая ско- рость воспроизве- дения по сравне- нию с офсетно- и сеточно-химичес- ким методами Непроизводитель- ный расход метал- ла при травлении Изоляционное основание подвер- гается воздей- ствию химических реагентов	0,2	+ 0,05	0,6	0,2		Серийное и опыт- ное производство при большой но- менклатуре слож- ных односторон- них печатных плат
Офсетно- химиче- ский	С позитивной пе- чатной формы изо- бражение печата- ется кислостойкой краской офсетным способом на фоль- гированный ди- электрик. Металл с незащищенных участков удаляет-	Высокая произ- водительность	Отсутствие ме- таллизации в отверстиях. Плос- кость заготовок должна быть абсо- лютно ровной. За- труднено измене- ние рисунка схе- мы. Непроизводи- тельный расход	0,5	+0,2	1	1		Крупносерийное производство при ограниченной но- менклатуре одно- сторонних печат- ных плат
Продолжение табл. 14-7
400
Метод	Сущность метода	Преимущества	Недостатки	Разрешающая способность, ММ	Точность, ЛШ	Минимальные размеры, мм		Минимальная прочность сцеп- ления, кг/см2	Область применения
						провод- ников	проме- жутков		
Сеточно- химиче- ский	с я химическим травлением Через сетчатый трафарет на фоль- гированный ди- электрик печатает- ся кислотостойкой краской позитив- ное изображение печатного монта- жа. Металл с не- защищенных уча- стков удаляется химическим травлением	Максимальная производитель- ность по сравне- нию с остальными методами	металла при трав- лении. Изоляци- онное основание подвергается воз- действию химичес- ких реагентов Отсутствие ме- таллизации в отверстиях. За- труднено измене- ние рисунка схе- мы. Непроизводи- тельный расход металла при тра- влении. Меньшая точность и разре- шающая способ- ность по сравне- нию с фотохими- ческим методом. Изоляционное ос- нование подверга- ется воздействию химических реа- гентов	1*	±0,2*	1,1*	1,2*	—	Крупносерийное производство при малой номенкла- туре односторон- них несложных печатных плат
* При применении сетчатого трафарета с пигментной бумагой разрешающая способность, точность метода и допустимая ширина пр овод-
ник ов и промежутков между ними аналогичны параметрам при офсетном способе нанесения изображений.
14-4
СОЗДАНИЕ ТОКОПРОВОДЯЩИХ ПОКРЫТИЙ
Наибольшее распространение получили электрохимический ме-
тод создания токопроводящих покрытий, травление фольгирован-
ного диэлектрика, метод переноса, а также метод вжигания се-
ребра в керамику.
Метод электрохимического осаждения металла. Типовой техно-
логический процесс получения печатной схемы электрохимическим
способом состоит в основном из следующих операций: заготовка
платы, гидропескоструйная обработка ее, печатание схемы, обра-
ботка растворами двухлористого олова и азотнокислого серебра
с промежуточной промывкой, химическое меднение, снятие краски,
электролитическое меднение, промывка водой, сушка. Возможно
покрытие проводников припоем ПОСВ-50, никелем или серебром.
Рассмотрим технологическую последовательность изготовле-
ния печатных плат этим методом при использовании в качестве
основания листового гетинакса или другого листового изоляцион-
ного материала.
Листы разрезают на полосы, из которых вырубают основания
требуемой формы. Для лучшего сцепления с проводниками осно-
вание подвергают пескоструйной обработке кварцевым песком
(диаметр зерен 0,1—0,2 мм),-а затем обдувают сжатым воздухом
для удаления пыли и приставших песчинок.
На одну или обе стороны обработанных оснований наносят
кислото- и щелочеупорной краской негативный рисунок схемы,
т. е. покрывают краской те участки поверхности, на которые не
должен при дальнейшей обработке осаждаться металл.
В условиях массового производства нанесение краски осу-
ществляется способом офсетной печати. Печатание производят
на плоскопечатном офсетном станке типографской краской с по-
мощью клише. Такие станки применяются в типографиях для
опробования изготовленных клише и для печатания небольших
партий полиграфических изделий.
Станок (рис. 14-24) состоит из станины 1 с двумя направляю-
щими, по которым движется каретка 6 с вращающимся бараба-
ном 8. Между направляющими укреплены два стола 2 и 4, на одном
из которых устанавливается форма клише 3, а на другом заго-
товка-плата 5. На барабан натянута специальная офсетная ре-
зина 9, с помощью которой краска с формы переносится на плату.
Краска переходит с клише 3 на резину 7, а с нее на плату 5. Воз-
вратно-поступательное движение каретки и вращательное движе-
ние барабана строго согласованы, так что резина 9 при этих пере-
мещениях не скользит по изделию и форме, а прокатывается, не
размазывая краски рисунка.
Форма клише, таким образом, является оригиналом, с которого
производится печать. Для изготовления формы-клише на ватмане
вычерчивают в увеличенном масштабе изображение печатного
401
Рис. 14-24. Плоскопечатный ста-
нок для офсетной печати.
монтажа. Затем это изображение фотографируют с уменьшением
до необходимого для печати размера. В зависимости от способа
изготовления печатного монтажа и формы-клише изготовляют не-
гатив или диапозитив и уже с помощью этого отпечатка фотохи-
мическим способом приготовляют форму-клише.
Для печати применяют цинкографские клише с рельефным
изображением,, плоские формы, металлическая поверхность ко-
торых после специальной химической обработки приобретает спо-
собность воспринимать краску только на необходимых участках,
образуя тем самым нужный рисунок, и биметаллйческие формы.
Для изготовления последних на основной металл — медь — галь-
ваническим способом в соответствии с требуемым рисунком нара-
щивается другой металл — никель;
после химической обработки кра-
ска пристает только к меди, обра-
зуя на форме определенный рису-
нок \
Биметаллические формы позво-
ляют получать более тонкие ли-
нии с ровными краями. Стойкость
этих форм благодаря значитель-
ной твердости никеля выше, чем
цинкографских и плоских форм-
клише; они выдерживают до
300 тыс. оттисков, в то время как
с плоских форм можно получить
до 50 тыс. оттисков.
После нанесения рисунка схе-
мы краску припудривают порош-
кообразной канифолью и тальком
и сплавляют в печи при тем-
пературе 100—110° С. Канифоль наносят для улучшения кисло-
тостойкости напечатанного рисунка (это делается также при фото-
способе). Усиление краски смолистыми материалами необходимо,
чтобы предотвратить протравливание фольги или наращивание
металла в ненужных местах.
Простота технологического процесса и высокая производитель-
ность при офсетном печатании рисунка позволяют применять его
для серийного и массового производства печатных плат.
Основания с высушенным слоем защитной краски обрабатывают
в водном 10 %-ном растворе двухлористого олова, погружая в него
на 1—2 мин. При этом участки поверхности, не защищенные крас-
кой, подвергаются интенсивному воздействию двухлористого
олова, что улучшает сцепление с основанием слоя серебра, хими-
чески осаждаемого при следующей операции. Ионы двухвалент-
1 Способы изготовления этих форм-клише описаны в полиграфической
литературе.
402
лого олова восстанавливают соли серебра. Последние образуют
большое количество центров кристаллизации, что способствует
последующему равномерному отложению серебра контактным спо-
собом. После обработки в растворе основания тщательно промы-
вают проточной водой. Затем они поступают в ванну с 1%-ным
раствором азотнокислого серебра, где их выдерживают в тече-
ние 1—2 мин, после чего высушивают в струе воздуха, нагретого
до 50-60° С.
Следующий за этим процесс химического меднения основан на
восстановлении металлической меди из водного раствора солей
при воздействии восстановителей. Медь находится в водном раст-
воре в виде комплексного соединения — купринта меди Си(ОН)2 +
+ 2NaOH Na2[Cu(OH)4], В качестве восстановителя приме-
няется 40%-ный водный раствор формалина.
После химического меднения защитную краску, которой были
покрыты все места основания, свободные от электропроводящих
элементов схемы, снимают органическим растворителем.
Освобожденное от краски основание промывают в раствори-
теле РДВ или в специальной моющей жидкости и на слой меди,
осажденной химическим восстановителем, наращивают новый
слой электролитическим способом в ванне с кислым медным элект-
ролитом [сернокислой меди — 250 г/л и серной кислоты (уд. вес
1,84) 70 г/л]. Толщина наращиваемого слоя — до 10—20 мк;
увеличение толщины свыше 25 мк влечет за собой уменьшение
силы сцепления металла с основанием.
Извлечение из электролита основания промывают проточной
водой, сушат в струе воздуха, нагретого до 100° С.
Для защиты в период межоперационного и длительного склад-
ского хранения и для облегчения процесса пайки слой меди покры-
вают сплавом ПОСВ-50 горячим способом (окунанием в расплав-
ленный припой) и затем консервирующим флюсом ПЛП.
Разъединение отдельных цепей схемы, замкнутых технологи-
ческими проводниками, производится после вырубки в основании
сквозных технологических отверстий требуемых очертаний на
вырубном штампе в эксцентриковом прессе за одну операцию.
Основные достоинства метода электролитического осаждения
заключаются в том, что выполнение технологических операций
происходит при низких температурах (последнее позволяет ис-
пользовать в качестве основания нетермостойкие материалы);
электрический переход с одной стороны на другую осуществляется
одновременно с нанесением проводников схемы, благодаря чему
исключается применение специальных деталей и дополнительных
операций.
К недостаткам этого метода относится пониженная на 20—30%
электропроводность токопроводящих линий; пониженная (по
сравнению с фольгированным гетинаксом) прочность сцепления
металла с изоляционной платой; относительно большая длитель-
ность технологического цикла и номенклатура применяемых мате-
403
риалов; некоторая трудность электрического соединения с навес-
ными деталями, а также снижение электрических параметров
изоляционного материала платы вследствие ряда химических
воздействий на нее в процессе технологической обработки.
Метод травления фольгированного гетинакса. Технологический
процесс изготовления печатных проводников методом травления
фольгированного гетинакса заключается в том, что на плату из
специального одностороннего или двустороннего фольгированного
гетинакса любым из известных способов (методом пульверизации
через трафарет, методом шелкографии или образованием схемы
фотохимическими способами) наносится рисуйок схемы, защи-
щающий фольгу от действия хлорного железа, которое, воздейст-
вуя на незащищенные участки, растворяет фольгу, проявляя тем
самым нанесенный рисунок схемы. После этого удаляют защит-
ную краску или фотоэмульсию промежуточными промывками и
нейтрализацией.
При изготовлении фольгированного гетинакса для печатных
схем употребляется электролитическая медная фольга. Одна сто-
рона фольги должна быть матовой для прочного склеивания с ге-
тинаксом, а другая — достаточно гладкой, чтобы точно воспроиз-
вести рисунок схемы и обеспечить хорошее травление. Для луч-
шего сцепления с гетинаксом фольгу со стороны приклеиваемой
поверхности оксидируют.
Электролитическая медная фольга может быть любой ширины.
Ее получают из раствора сернокислой меди с добавлением серной
кислоты.
Поверхность фольги должна быть чистой, гладкой и ровной,
без забоин, царапин, рисок и вмятин. На ней не допускаются следы
жиров и масел, места, захватанные пальцами, проколы и отвер-
стия.
Отклонения медной фольги по толщине (в мм) не должны" пре-
вышать следующих значений:
При толщине ленты, мм	Отклонение, мм
0,015	+0,002
0,020	±0,002
0,030	—0,003
0,040	±0,002
0,050	-0,006
0,070	+0,004
0,080	—0,008
Допустимые отклонения ленты шириной 600, 700, 1000 мм
по ширине составляют ±1,0 мм.
Технологический процесс изготовления печатных схем методом
травления состоит из операций нанесения защитной пленки на
фольгу в соответствии с рисунком схемы и удаления незащищен-
ных участков фольги (травления).
404
Нанесение защитной пленки. Защитную пленку
можно наносить несколькими способами, из них наиболее распро-
странены фотоспособы, офсетный способ и шелкография.
При фотоспособе пленка светочувствительной эмульсии, нане-
сенная на фольгу, под действием сильного источника света пере-
ходит в нерастворимое состояние и приобретает кислото- и щело-
чеупорные свойства.
При изготовлении печатных схем применяют эмульсии, при-
готовленные на основе поливинилового спирта, реже на основе
наволочно-эпоксидной смолы и дизопродукта, эмульсии на основе
поливинилового спирта изготавливают по рецепту:
Поливиниловый спирт.................. 70—100	г
Аммоний двухромовокислый.............10—15	г
Уксусная кислота (ледяная)...........2—3	мл
Этиловый спирт •.......................10—20	мл
Эмульгатор ОП-Ю.......................10	мл
Вода дистиллированная.................до	1 л
Перед нанесением эмульсии поверхность фольги зачищают
влажным маршалитом, предварительно просеянным через сито
№ 0042—0053, промывают при помощи тампона влажной венской
Рис. 14-25. Трафарет, выполненный на фотопленке или фото-
пластинке (светлые места соответствуют рисунку печатного мон-
тажа).
известью и затем после промывки проточной водой декапируют
в течение 10—15 сек 5—10%-ным раствором соляной кислоты.
Эмульсию наносят на фольгу поливом или погружениями.
Удаление воды (сушка) и выравнивание толщины пленки эмуль-
сии осуществляется в центрифуге.
Засвечивание эмульсии производится через трафарет со свето-
проницаемым рисунком печатной схемы или печатного монтажа
(рис. 14-25). Негативный рисунок схемы сначала вычерчивают
в увеличенном масштабе на бумаге, а затем с требуемым умень-
шением фотографируют на контрастную фотопленку, которая и
406
используется как трафарет. Для засвечивания применяют источ-
ники света с большой ультрафиолетовой зоной в спектре.
Засвеченные участки эмульсии частично полимеризуются, в ре-
зультате чего повышается стойкость пленки против растворителей.
Полимеризованную пленку эмульсии проявляют.
Окрашивают в метилвиолете, промывают, задубливают в хро-
мовом ангидриде в течение 0,5—1,5 Мин, промывают в проточной
воде для полного удаления неполимеризовавшейся эмульсии.
Полученный защитный рисунок высушивают на воздухе. Для
повышения стойкости защитной пленки основание нагревают при
температуре 50—70° в течение 20—30 мин, что повышает степень
полимеризации эмульсии.
Рис. 14-26. Печатная схема с индуктивностями и емкостями, вы-
полненными па одной стороне основания.
1 — емкости; 2 — индуктивности.
Промежутки между отдельными элементами печатной схемы
могут быть доведены до 0,2 мм, что позволяет выполнить печатным
способом емкости небольших номинальных значений на одной сто-
роне основания (рис. 14-26). Минимальная ширина металлических
проводников 0,3—0,6 мм.
Недостатком фотографического способа нанесения защитного
рисунка является высокая трудоемкость.
Нанесение защитной пленки шелкографическим способом при-
меняется в серийном производстве. Процесс осуществляется с по-
мощью сетчатого трафарета-рамки с натянутой на нее шелковой
или тонкой металлической сеткой.
Сетку покрывают светочувствительной эмульсией. На эмуль-
сию накладывают диапозитивное изображение печатной схемы и
засвечивают. Под действием света не закрытые рисунком участки
эмульсии полимеризуются, изображение проявляют, как показано
выше.
Готовый трафарет накладывают на основание печатной платы
и через открытые ячейки сетки продавливают валиком или обжим-
406
ной линейкой кислотостойкую краску, получая на поверхности
фольги защитный слой нужного рисунка.
Удаление участков фольги, не покрытых
защитным слоем (травление). Наиболее рациональ-
ным способом, совершенно не связанным с выделением вредных для
здоровья газов, является травление водным раствором техниче-
ского хлорного железа (уд. вес 1,24 г/см3). Процесс разрушения
незащищенных участков медной фольги протекает следующим
образом:
2FeCl3 + Си -> 2FeCl2 + СиС12.
Хлористая медь (СиС12) переходит в раствор, смешиваясь
с раствором хлористого железа (FeCl2), в результате чего перво-
начальный темно-желтый цвет раствора хлористого железа ста-
новится грязно-зеленым.
Длительность процесса травления зависит от толщины фольги.
Для ускорения его хлористое железо подают на фольгированное
основание под давлением 1,5—2 ат с подогревом до 80—90° С.
Сокращение времени травления необходимо для точного воспроиз-
ведения рисунка схемы: чем быстрее процесс, тем меньше разру-
шение фольги под защитным слоем.
После травления основание промывают холодной проточной
водой, сушат и удаляют защитный слой.
Основное преимущество метода изготовления печатных плат
травлением фольгированного гетинакса заключается в простоте
технологического процесса, не требующего сложного оборудова-
ния и применения сложных химических процессов и материалов,
и в получении печатных проводников высокого качества. К его
недостаткам относятся: большой непроизводительный расход ма-
териала фольги вследствие перехода меди в раствор хлорного
железа при травлении и трудностей восстановления меди из раст-
вора; необходимость применения металлических соединений при
переходе с одной стороны платы на другую в двусторонних схе-
мах, а также снижение электрических параметров диэлектрика
в результате воздействия активных химических продуктов.
Метод переноса. Метод переноса, позволяющий в короткие
сроки организовать производство печатных схем, основывается
на способности некоторых электролитов при электролизе давать
на металлах и сплавах осадки, имеющие слабое сцепление с этими
металлами. Таким свойством обладает, например, пирофосфорно-
кислый электролит меднения, который на стали с присадкой хрома
при определенном режиме электролиза дает легко снимающиеся
с основы осадки меди. Подобными свойствами обладают также
осадки меди на алюминии и его сплавах или на нержавеющей
стали из обычных сернокислых электролитов.
Если на металлическую подложку — матрицу нанести фото-
химическим способом, офсетной печатью или шелкографией защит-
ный слой, воспроизводящий рисунок схемы, то при электролизе
407
на пробельных местах матрицы отложится медь, т. е. проводники
схемы. Если наложить такую матрицу на изоляционную плату,
на которую нанесен слой клея, достаточно небольшого давления,
чтобы проводники схемы перешли на эту плату, так как сила сцеп-
ления медного осадка с клеем оказывается выше, нежели с мат-
рицей.
Последующей прокаткой на валках и полимеризацией клеевой
пленки повышают силу сцепления меди с платой.
Метод переноса, хотя и содержит больше технологических
операций по сравнению с методом травления фольгированного
гетинакса, обеспечивает более высокое качество печатных плат и
применим для любого изоляционного материала, если к нему
может быть приклеена осажденная из матрицы схема.
Для изготовления печатных схем методом переноса могут быть
использованы как сернокислый, так и пирофосфорнокислый элек-
тролиты меднения (табл. 14-8). В промышленности благодаря
большей эффективности и меньшей стоимости более широко при-
меняется сернокислый электролит.
Таблица 14-8
Свойства электролита
Параметры.
Сернокислый
электролит
Пирофосфорно-
кислый электролит
Предельная допустимая плотность
тока без перемешивания, а/дм2 . .
Рабочая температура электролита, °C
Выход по току.....................
Приготовление электролита.........
Стоимость 1 л электролита, коп. . .
5—6
35—45
90—95
Растворением ис-
ходных химика-
тов
21
3—4
50—60
80—90
С промежуточным
получением пи-
рофосфорнокис-
лой меди
69
Матрица должна обладать небольшой силой сцепления с об-
разовавшимися на ней медными проводниками и достаточной
механической прочностью. Кроме того, материал матрицы должен
быть устойчив к воздействию растворов серной кислоты, солей,
щелочей и влаги. Чаще всего для матриц применяют сталь
1Х18Н9Т.
Клеи для производства печатных схем методом переноса дол-
жны обладать достаточной адгезией к меди и материалу изоляцион-
ных плат и выдерживать изменения температур от —60 до Ц-120° С.
Этим условиям лучше всего удовлетворяют клеи на основе поли-
виниловых и феноловых смол: БФ-2, БФ-4 и БФ-6. Клеевое сое-
динение на БФ-4 обладает большей эластичностью.
408
Для переноса проводников необходимо полное прилегание их
поверхности к клеевой пленке, нанесенной на плату. Нельзя
допускать смещения проводников на плате во время переноса.
14-5
МНОГОСЛОЙНЫЕ ПЕЧАТНЫЕ СХЕМЫ
В настоящее время широко используются для монтажа радио-
аппаратуры многослойные печатные схемы. Их применение в бли-
жайшем будущем еще более возрастет, так как этот способ мон-
тажа позволяет достичь большой плотности, повысить надежность
и снизить стоимость изделий.
В связи с этим в последние годы разработаны различные фоль-
гированные диэлектрики для изготовления многослойных печат-
ных плат марок ФДТ, ФДМ, ФДМЭ, ФГ.
Основой для диэлектриков применяют стеклоткань марки Э,
пропитанную спиртотолуольным раствором, состоящим из эпок-
сидов и феноло-формальдегидной смолы, модифицированной по-
ливинилобутираллем.
В качестве связующего применяют эпоксидную смолу ЭД-6.
Применение эпоксидной смолы ЭД-6 позволило максимально
использовать свойство стеклоткани (прочность, теплостойкость,
механические качества).
Толщина диэлектриков составляет 0,1—0,2 мм. Применение
стеклоткани позволило получить диэлектрики с высокой механиче-
ской прочностью и повышенной теплостойкостью. При изготов-
лении ФДТ и ФДМ приклеивание фольги к диэлектрику выпол-
няют фенольполивинилбутарилистым клеем БФ-4 с добавлением
пылевидного кварца. Кварц вводят с целью повышения адгезии
и теплостойкости клея.
Для всех видов указанных марок применяется фольга окси-
дированная толщиной 0,035—0,05 мм.
Склеивание многослойных плат производят клеем БФ-4 или
БФР-4 при температуре 100—110° С в течение 10—30 мин или
при помощи пропитанной стеклоткани, поставляемой с фольгиро-
ванными диэлектриками. При этом прессование ведут при давле-
нии 40—60 кг!см2 при температуре 150—160° С в течение 10—
30 мин.
Фольгированные диэлектрики ФДТ, ФДМ, ФДМЭ широко при-
меняют в интервале температур от —60 до +120° С.
При необходимости получить гибкие печатные схемы приме-
няют фольгированный материал ФГ. Он может длительно работать
при интервале температур —60 -ь +100° С. Печатные платы допу-
скают от 150 до 300 перегибов в зависимости от количества слоев
платы и расположения проводников. В качестве наполнителя для
него применяется капроновая ткань толщиной 0,09—0,1 мм.
При изготовлении отдельных слоев печатного монтажа исполь-
зуют метод химического травления фольгированных диэлектриков.
409
Изображения при этом следует наносить фотохимическим спосо-
бом, который имеет значительные преимущества по сравнению с
трафаретной печатью и другими способами. Он обеспечивает наи-
более точные в отношении стабильности размеров и частоты ли-
нии проводников.
При фотохимическом способе наиболее зарекомендовала себя
технология изготовления плат с использованием копировального
слоя на основе поливинилового спирта двухромовокислым аммо-
нием. Тепловое дубление производят при температуре 90—100° С
в течение 1 ч. Травление выполняют в растворе хлорного железа
с удельным весом 1,38—1,40. Растворение меди в этом растворе
происходит равномерное с очень четкими краями проводников.
Общее внимание к разработке, изготовлению и применению
многослойных печатных схем вызвано теми преимуществами, ко-
торые они дают при проектировании, изготовлении и монтаже:
1)	многослойные печатные схемы сводят к минимуму пересе-
чения проводников и объем радиоаппаратуры;
2)	конструировать их значительно легче, чем обычные печат-
ные схемы;
3)	весь монтаж осуществляется одновременно, поэтому мате-
риальные затраты и время на его выполнение значительно умень-
шаются;
4)	отверстия можно располагать очень близко друг к другу:
если на обычных платах минимальное расстояние равно 2,5 мм,
то на миниатюрных многослойных печатных герметизированных
схемах оно сокращается до 1,3 мм;
5)	схемы заливают эпоксидной смолой, что позволяет распо-
лагать проводники ближе друг к другу и увеличивать допуски на
толщину печатных проводников; залитые схемы хорошо защищены
от воздействия окружающей среды;
6)	применение многослойных печатных схем увеличивает об-
щую надежность оборудования.
Конструкция многослойных печатных схем. Многослойные
печатные схемы состоят из перемежающихся тонких слоев диэ-
лектрика и проводящего травлением материала. При этом обра-
зуется однородный блок, в котором предусмотрены все необходи-
мые соединения элементов, размещенные на разных уровнях.
Варианты конструкций многослойных схем, используемые в
промышленности, различаются методами соединений между сло-
ями. Так, в конструкции типа «сэндвич» перемежающихся про-
водников слои диэлектрика собраны между двумя пластинами из
жесткого изолированного материала. Для соединения проводящих
слоев друг с другом используют выводные штыри. В другой кон-
струкции многослойных схем соединение между слоями осуществ-
ляется через край: конец проводника вышележащего слоя налегает
на проводник нижнего слоя (рис. 14-27). Проводники наносят
печатным способом. Для удобства соединения каждый верхний
слой по размерам меньше нижнего.
410
За рубежом наиболее распространена конструкция много-
слойных печатных схем, в которой слои соединены между собой
с помощью металлизированных отверстий. Для изготовления
таких схем используют фольгированный медью эпоксидный стек-
лопластик; минимальная толщина изоляции между слоями 0,1 мм.
Все платы имеют одинаковые структуру и покрытие. Допуск на
толщину плат ±0,12 мм.
Навесные детали (резисторы, конденсаторы, полупроводнико-
вые приборы) располагают с одной или с двух сторон наружной
поверхности многослойной печатной платы. Выводы деталей ме-
ханически закрепляют, а затем опаивают в металлизированных
отверстиях, пистонах и на штырях. В некоторых случаях произ-
к поверхности платы
водят дополнительное крепление
путем приклейки или механиче-
ского закрепления.
Примерные электрические па-
раметры многослойных схем сопро-
тивления между двумя любыми
проводниками не менее 50 000 Мом
при 100 в напряжения постоянного
тока, приложенного в течение
1 мин-, максимальное напряжение
пробоя между двумя проводниками
1 000 в при пике переменного или
постоянного тока, приложенном в
течение 1 мин-, диэлектрическая
Постоянная 5,8. Схемы выдержи-
вают температуру 150 ±5° С в те-
Рис. 14-27. Конструкция много-
слойной платы с соединением че-
рез край.
чение 3—4 ч без пузырения, отслоения и других дефектов; они
позволяют выполнять пайку волной припоя или погружением
на 10 ± 1 сек при температуре припоя 260° С, удалять или заме-
нять отдельные навесные детали и модули, причем 10 циклов
нагрева не вызывают нарушения работы схем.
Минимальная ширина проводников для внутренних слоев
0,2 ± 0,05 мм, для наружных 0,35 ± 0,1 мм, минимальный раз-
мер металлизированного отверстия 0,45 ± 0,07 мм, минималь-
ное отношение диаметра отверстия к толщине готовой платы 1 : 3;
наименьшая толщина материала покрытия: медь — 0,025 мм-,
золото — 0,0025 мм\ сплав олово — свинец — 0,012 мм.
Качество многослойных схем с высокой плотностью монтажа
во многом зависит от способа травления фольги. Основным фак-
тором при этом является точное воспроизведение рисунка схемы
и равновесное травление на всей поверхности пластинки. Наилуч-
шим признан способ травления распылением, для чего раз-
работана специальная травильная машина с программированием
циклов распыления автоматического слива травильного раство-
ра (хлорное железо) и душевой промывки протравленных пла-
стин.
411
Способы склеивания. Печатные схемы, полученные на стекло-
пластике травлением, накладывают друг на друга и склеивают.
Недостаток метода обычного склеивания заключается в том,
что материалы основания и адгезионные слои не всегда химически
совместимы. Результатом этого могут быть не полностью отверж-
денные слои с высоким влагопоглощением, плохой устойчивостью
к температуре пайки и низкими электрическими характеристи-
ками.
Поэтому разработан «сухой» метод наложения. Одно- или дву-
сторонние схемы изготовляют травлением на эпоксидном стекло-
пластике толщиной 0,075 мм и больше. При наложении слои со
схемами чередуют со слоями из стеклоткани, пропитанной эпок-
сидной смолой, и полученный пакет спрессовывают под давле-
нием около 40 кг 1см2 при температуре 170° С в течение 40 мин.
Получается многослойная печатная схема с большой плотностью
монтажа, высокими электрическими характеристиками и хорошей
влагостойкостью. Этот метод может быть использован как для
схем с металлизированными отверстиями, так и для схем с откры-
тыми контактными площадками.
Создан также процесс, который получил название метода
последовательного наложения. Слои накладывают один за другим
на обе стороны обычной двусторонней печатной платы, которую
называют «плата-сердечник». Отдельные слои пластины изготов-
ляют из стеклоткани толщиной от 0,05 до 0,1 мм с медным покры-
тием, пропитанной эпоксидной смолой. Смола при этом нахо-
дится в полуотвержденном состоянии (в стадии В). Плату поме-
щают в пресс, имеющий обогревные платы. Медное покрытие
пластин способствует быстрому нагреву пакета. Время между
размягчением и отверждением смолы очень мало, поэтому,
поместив пластины в пресс, сразу же создают максимальное
давление.
В случае наслаивания нескольких схем одновременно тепло
проникает в глубину пакета значительно медленнее, поскольку на
поверхности пластин имеются только тонкие линии проводников.
В этом случае требуется, некоторая выдержка в прессе для равно-
мерного распределения тепла на все склеиваемые слои. Поэтому
во время начального нагрева пакет прессуют при низком давле-
нии, которое затем повышается до уровня, требующегося для
отверждения материала.
Основными факторами, обусловливающими степень адгезии
между слоями, являются качество материала, процент содержания
связующего, время размягчения и отверждения смолы в пропи-
танном материале. Необходимо строго выдерживать заданные тем-
пературу прессования давления, время выдержки в прессе, спе-
цифические для каждого вида материала.
На качество склеивания оказывает влияние наличие влаги
в основном или склеивающем материале, проникновение в пла^-
стины растворов, применяемых при травлении и нанесении по-
412
1 2
а
Рис. 14-28. Многослойная плата
с соединением слоев методом от-
крытых контактных площадок до
соединения слоев (а), после соеди-
нения слоев (б).
1 — изоляционное основание; 2 —
медь; з — сторона расположения на-
весных элементов.
крытия. Адсорбированную в процессе предыдущих операций влагу
удаляют, высушивая предварительно наложенные слои (и каждый
последующий накладываемый слой) в вакууме при температуре
120° С в течение 30 мин. Все операции наложения слоев произво-
дятся в помещении с относитель-
ной влажностью 40%.
Для удаления загрязнений (в
том числе травильных растворов
и электролитов) применяют ва-
куумную промывку в деионизиро-
ванной воде, а кроме того, очи-
щают от окисей и обезжиривают.
Все операции при изготовлении
многослойных схем рабочие вы-
полняют в перчатках.
Способы электрического соеди-
нения слоев. Соединения между
слоями многослойных печатных
схем, . как было сказано выше,
осуществляются различными спо-
собами, из которых рассмотрим
методы открытых контактных пло-
щадок, переноса, наращивания,
штыревой и некоторые другие. Способ.открытых кон-
тактных площадок. При изготовлении плат по этому
способу набирают пакет из односторонних печатных схем. Монтаж-
ные и свободные отверстия располагают таким образом, что кон-
тактные площадки внутренних слоев печатного монтажа оказы-
ваются доступными для пайки.
Диаметр контактной площадки (не менее 2,5 мм) больше,
чем диаметр свободных отверстий в верхних слоях (око-
ло 2 мм). Это
позволяет укрепить контактную площадку
изоляционным материалом (рис. 14-28) и при
необходимости перепаивать выводы навес-
ных деталей на плате до 10 раз. Навесные
детали или модули припаивают к плате,
образуя электрический контакт со слоем
печатного монтажа покрытой части контакт-
ной площадки. Этот метод допускает раз-
мещение отверстий с минимальным расстоя-
нием между центрами 3,8 мм.
Рис. 14-29. Многослойная плата с соединением слоев
методом электрохимической металлизации отвер-
стий.
а — до металлизации; б — после металлизации; 1 — мед-
ная фольга; 2 — изоляционное основание; 3 — гальваниче-
ская медь.
413
Способ электрохимической металлиза-
ции отверстий. Слои диэлектрика с печатным монтажом
склеивают и просверливают отверстия. Медные контактные пло-
щадки на этих слоях распола-
гают там, где необходимо сде-
лать соединения. При сверлении
в отверстия выдавливается внут-
ренняя кромка медного кольца
контактной площадки, как по-
казано на рис. 14-29. В резуль-
тате электрохимического осаж-
дения меди все кромки коль-
цевых контактных площадок
соединяются, образуется галь-
ванический «пистон», в котором
и производят пайку выводов
навесных деталей или модулей.
На рис. 14-29, б показано попе-
речное сечение металлизирован-
ного отверстия, металлизация
отверстий может быть выполне-
на двумя способами:
1) с временной металлиза-
цией всей платы;
2) с металлизацией по ри-
сунку печатного монтажа.
д
Рис. 14-30. Стадии изготовления
многослойной схемы методом «пере-
носа».
1 — медь; 2 — изоляционный слой; 3 —
временная подложка.	В ОООИХ Случаях ДО ЭЛвКТ-
роосаждения меди изоляцион-
ные площадки внутри отверстий покрывают тонким слоем меди
путем химического восстановления из раствора.
Способ «переноса». При этом способе проводящие и
изолирующие слои попеременно накладывают на временную сталь-
ную подложку. Проводящие слои наносят электрохимическим
осаждением в виде медных соединительных шин. Для созда-
ния изолирующих слоев наносят эпоксид-
ную смолу через сетчатый трафарет, тща-
тельно защищают те проводящие участки
шин, которые будут использованы для
электрического соединения слоев. Эти про-
водящие слои выборочно покрывают элек-
трохимической медью, образуя соединения
Рис. 14-31. Многослойная плата, изготовленная
методом «переноса».
1 — постоянное основание; 2 — изоляция; з — прово-
дящий слой; 4 — временная подложка; 5 — медь; 6 —
золото; 7 — изоляция.
414
с открытыми поверхностями контактных площадок, как показано
на рис. 14-30, а — г.
Этим способом можно нанести до шести слоев. Многослойный
монтаж (рис. 14-30, д) переносят с временной подложки на по-
стоянное основание, например на эпоксидный стеклотекстолит
(на рис. 14-30, д оно не показано).
В местах соединений сверлят отверстия для заделки и пайки
выводов навесных деталей или модулей (рис. 14-31).
Описанный способ позволяет получать очень высокую плот-
ность размещения отверстий переходов, так как соединения могут
быть выполнены отдельно от мон-
тажных отверстий.
Способ наращивания.
Фольгированный изоляционный
материал (рис. 14-32, а) дважды
подвергается травлению. При пер-
вом травлении удаляют часть ме-
ди (не по всей толщине), не затра-
гивая травлением соединительные
площадки (рис. 14-32, б). После
второго травления остается схема
проводников и соединительные
площадки (рис. 14-32, в). Затем
наносят эпоксидную смолу, кото-
рая покрывает всю поверхность
платы, кроме выступающих соеди-
нительных площадок. Всю плату
покрывают слоем электрохимиче-
ской меди, контактирующим с со-
единительными площадками. Про-
цесс травления, нанесения смолы
и осаждения меди повторяют столь-
ко раз, сколько требуется прово-
дящих слоев. На рис. 14-32, г по-
Рис. 14-32. Стадии изготбвления
многослойной схемы методом «на-
ращивания», вид сбоку (Л), вид
сверху (£>), вид сбоку (£?).
1	— изоляционный слой; 2 — медь.
казаны три таких слоя.
В плате затем просверливают отверстия (рис. 14-32, д) для
монтажа выводов навесных деталей и модулей. Этот метод также
обеспечивает получение очень высокой плотности печатного мон-
тажа, так как соединения снова могут быть выполнены отдельно
от монтажных отверстий.
Способ установки штырей. Изоляционные пла-
стины вначале просверливают, а затем фольгируют медью. При
травлении рисунка схемы в центре каждой контактной площадки
образуется специальная конфигурация в виде «звезды». Отдель-
ные слои набирают в пакет, совмещают по отверстиям и склеивают
клеевой пленкой, в которой предварительно сделаны отверстия.
В местах соединений полости фольги выступают внутрь отверстий.
Когда луженый штырь или пистон вводят в отверстие, эти по-
416
лоски отгибаются, как показано на рис. 14-33. Соединение произ-
водят оплавлением припоя
Рис. 14-33. Многослойная плата
с соединением слоев методом уста-
новки штырей или пистонов.
1 — штырь или пистон; 2' — изоляция;
3 — медь.
при пропускании тока через штырь
или пистон. Этот способ допускает
расположение штырей с минималь-
ным межцентровым расстоянием
1,25 мм.
Метод установки за-
клепок. Плата составляется
из отдельных изоляционных осно-
ваний с вытравленным печатным
монтажом. В ней просверливают
отверстия, обнажая при этом внут-
ренние кольцевые поверхности кон-
тактных площадок в тех местах,
где должны быть выполнены меж-
слойные соединения. Затем в от-
BepcTHez вставляют трубчатую за-
клепку, оба конца которой раз-
вальцовывают, и раздают ее по
диаметру. В это же время заклеп-
ку нагревают и соединяют с внут-
ренней поверхностью контактной
площадки припоем, как показано
на рис. 14-34, образуя таким об-
разом межслойное соединение.
Метод разбрызгива-
ния металла. Слои нара-
щивают, разбрызгивая жидкую
медь на подложку, покрытую эпок-
сидной смолой. Маски из нержавеющей стали определяют рисунок
схемы. Попеременно наносят изолирующие слои эпоксидной смо-
слойная плата с соеди-
нением Слоев методом
установки заклепок.
1 — изоляция; 2 — за-
клепки; 3 — медь.
Рис. 14-35.
ная плата,
ная методом
Многослой-
изготовлен-
разбрызги-
вания металла.
2	— изоляция; 2 — основа-
ние; 3 — медь.
лы, защищая при этом контактную поверхность для получения меж-
слойных соединений, как показано на рис. 14-35. Все соединения
осуществляются отдельно от монтажных сквозных отверстий.
416
14-6
ТЕХНОЛОГИЯ И МЕХАНИЗАЦИЯ ПАЙКИ
РАДИОЭЛЕМЕНТОВ НА ПЕЧАТНЫХ ПЛАТАХ
Наиболее серьезным вопросом технологии изготовления радио-
приборов, выполненных с применением печатного монтажа, яв-
ляется пайка элементов схемы. Расположение в одной плоскости
на отдельных платах всех элементов схемы создает благоприятные
условия для механизации и автоматизации процессов монтажной
пайки.
Большое значение при механизации операций пайки имеют
технологические параметры процесса: подготовка плат радио-
элементов к пайке, состав и характеристики применяемых флюсов
и припоев, температуры паяльных ванн и их стабилизация, время
контакта платы с расплавленным припоем и др.
Одним из наиболее простых и распространенных механизиро-
ванных способов пайки печатных плат является способ погружения
платы в расплавленный припой, позволяющий одновременно
пропаивать десятки и сотни соединений. Однако погружение
в припой не всегда обеспечивает высококачественную пайку эле-
ментов схемы, часто наблюдаются непропаи отдельных соедине-
ний элементов, появляются «сосульки» припоя. Для устранения
этих недостатков применяют вибрацию ванны или покачивание
платы.
Из других способов пайки радиоэлементов схемы применяются
селективная пайка (погружение с использованием защитных ма-
сок), избирательная пайка (разновидность селективной), пайка
волной припоя и др.
Особенности пайки радиомонтажа, выполненного на печатных
схемах. В принципе пайка печатных схем не отличается от обыч-
ного ручного процесса пайки паяльником. Все правила техники
пайки в данном случае должны выполняться еще более четко:
поверхности соединенных проводников платы и выводов эле-
ментов должны быть хорошо очищены от окисления и загрязне-
ний;
спаиваемые поверхности следует прогревать до температуры
не ниже температуры плавления припоя;
флюс должен обладать максимальной активностью при рабо-
чей температуре и энергично обрабатывать спаиваемые поверх-
ности, обеспечивая полное смачивание их припоем.
Для соблюдения этих условий необходимо особое внимание
уделить хранению задела плат до монтажа на них радиоэлемен-
тов. С целью предупреждения окисления поверхности токонесу-
щих линий печатные платы подвергают консервации, особенно
схемы, изготовленные химико-гальваническим способом. Реко-
мендуется для этого покрывать платы консервирующим флюсом
ПЛП. Консервация во флюсе обеспечивает удовлетворительную
пайку плат без дополнительного флюсования их перед погруже-
14 А. Т. Белевцев
417
нием в припой, не осложняет процесс герметизации, не требует
удаления после пайки.
Выводы стандартных радиоэлементов после длительного хра-
нения в обычных атмосферных условиях сильно окисляются и
очень трудно поддаются пайке, поэтому их необходимо предва-
рительно подвергнуть горячему лужению.
Припои. Для пайки печатных схем следует выбирать припои
с температурой плавления не выше 200° С, хорошо смачивающие
соединяемые поверхности, имеющие небольшую величину по-
верхностного натяжения в расплаве и сохраняющие эти каче-
ства при длительном пребывании в расплавленном состоянии.
Рекомендуется применять припои с малым интервалом кристал-
лизации; желательно, чтобы это был эвтектический сплав. При-
пой должен обеспечивать механически прочные, устойчивые
против коррозии и высокоэлектропроводные соединения.
Выбор припоя с той или иной температурой плавления дик-
туется термостойкостью печатной платы.
Рабочая температура ванны должна быть примерно на 40—
60° С выше температуры плавления припоя, так как при недо-
статочной температуре паяльной ванны резко повышается по-
верхностное натяжение и снижается текучесть припоя. Это вы-
зывает непропаи, а также наплывы в виде перемычек и капель
застывшего припоя на платах.
Ванна для пайки плат должна иметь «термический запас»,
т. е. быстро компенсировать потери тепла, уносимого платами;
колебания температуры ванны не должны превышать ± 5° С.
В табл. 14-9 приведен состав припоев и рабочие температуры
паяльной ванны для монтажа печатных схем.
Таблица 14-9
Припои и рабочая температура ванны для пайки печатного монтажа
Припои	Химический состав, %					Темпера- тура пла- вления, °C	Рабочая тем- пература ванны, °C
	Sn	Pb	Sb	B1	Cd		
ПОС 61	60	Остальное	Не более 0,8					183	240—250
ПОСВ 50	25	25	—	50	—	91	130—140
ПОСК 50	50	Остальное	—	—	18	143	240—250
Пайка припоями ПОС61 и ПОСК50 на платах печатного мон-
тажа с металлизированными отверстиями получается хорошего
качества при температуре ванны или паяльника не ниже 240° С.
При более низкой температуре припои плохо проходят в от-
верстия и не заполняют зенковку платы с обратной стороны.
В этом случае заклепочный спай не получается.
В случае пайки односторонних плат без металлизированных
отверстий температуру припоя ПОСК50 можно снизить до 230° С,
что не понижает качество пайки.
418
Припой ПОСВ50 применяется для облуживания проводников
и металлизированных монтажных отверстий плат печатного мон-
тажа и для пайки радиоэлементов, чувствительных к пере-
греву.
Кадмиевый и висмутный припои по своим свойствам значи-
тельно хуже ПОС61, дороже и дефицитнее его. Вместе с тем в про-
цессе эксплуатации паяльной ванны наблюдается ухудшение
свойства припоя ПОС61: химический анализ показывает обедне-
ние ванны оловом. Происходит естественное сплавление припоя;
при охлаждении ванны богатые свинцом кристаллы выпадают
первыми, а сверху остается богатый оловом сплав, который при
последующей пайке расходуется в первую очередь. Кроме того,
в процессе работы в припое растворяется ряд металлов (медь,
цинк), которые также снижают качество припоя. Пополнение
ванны чистым оловом не улучшает технологические качества
припоя.
Пайка на платах печатного монтажа лучше и быстрее запол-
няет зазоры между отверстиями печатной платы выводами радио-
элементов припоем ПОС61.
Заполнение зазоров может быть обеспечено не только за счет
действия капиллярных сил и способности смачивания поверх-
ности припоями, но и достигается применением соответствующих
флюсов.
Флюсы. Флюс, применяемый для пайки печатных схем*, не
должен вызывать коррозии проводников, но, наоборот, по воз-
можности должен защищать их от коррозии. В то же время флюс
должен быть достаточно активным (что позволяет сократить
время пайки) и обладать максимальной активностью при темпе-
ратуре на 20—30° ниже температуры плавления припоя. Необ-
ходимо также, чтобы флюс был негигроскопичен и обладал хо-
рошими изоляционными свойствами.
Наиболее широкое применение при монтаже радиоэлектрон-
ной аппаратуры получили флюсы КСи (канифоль 10—40%, спирт
этиловый 90—60%), ПлП (смола полиэфирная ПН-9 20—30%,
метилэтилектон 80—70%), КТС (канифоль 30%, кислота сали-
циловая 3%, триэтаноломин 1,5%, спирт этиловый 65,5%), ДГл
(диэтил солянокислый 5%, глицерин 35%).
Указанные флюсы служат для пайки оловянно-свинцовыми
припоями монтажных соединений, деталей из меди и деталей с по-
крытием серебром, никелем, оловом.
Флюсы КСи и ПлП не оказывают коррозионных действий на
медь и покрытия, применяемые для радиодеталей, а остатки флюса
не влияют на сопротивление изоляции.
Флюс ПлП в свою очередь применяется как для пайки радио-
деталей, так и для предохранения от окисления проводников и
монтажных отверстий плат печатного монтажа в период длитель-
ного межоперационного хранения и предохранения окисления
проводников в процессе монтажа.
14*
419
Он готовится на основе полиэфирных смол ПН-9, ПН-10,
которые плавятся при температуре 85—90° С, обладают хорошими
флюсующими и электроизоляционными свойствами, не требуют
отмывки после монтажа, не вызывают вздутий и отслаивания вла-
гозащитных покрытий после нанесения последних на пленку
флюса.
Покрытие флюсом ПлП плат печатного монтажа производится
окунанием или пульверизатором с последующей сушкой в нор-
мальных условиях в течение 40—50 мин.
Флюсы KTG обладают высокой активностью при пайке, но
в силу того, что в своем составе они имеют салициловую кислоту
и диэтиламин солянокислый, они оказывают коррозионное дей-
ствие на медь.
Применение их разрешается с условием хорошей отмывки; при
наличии в узлах радиоэлементов, имеющих на выводах полихлор-
Рис. 14-36. Схема установки для пайки
погружением.
1 — плата; 2 — вибратор; з — припой; 4 — со-
ляная ванна.
виниловую изоляцию, пе-
ремычек и проводов с по-
лихлорвиниловой изоля-
цией и узлов и блоков,
где отмывка затруднена,
применение указанных
флюсов недопустимо.
Флюс ДГл применяет-
ся для групповой пайки
погружением при темпе^
ратуре 220—250° G и для
группового лужения ра-
диодеталей.
Пайка погружением. В
основу механизации про-
цессов пайки печатных
схем в производстве заложен способ пайки погружением (рис.
14-36). Процесс пайки заключается в следующем. Плату с уста-
новленными на ней навесными элементами закрепляют в при-
способлении, устанавливают на головку вибратор и погружают
в ванну с расплавленным припоем (на глубину до 50—70%
толщины платы). После 2—3-секундной выдержки включают
вибратор с амплитудой колебаний 0,1—0,3 мм при частоте
100 гц. Вибрация улучшает проникновение припоя в отверстия
платы (сквозной пропай), а также способствует правильному офор-
млению пайки.
Для снижения расхода припоя проводники, на которые не
должен попасть припой, закрашивают специальной грунтовкой,
что исключает их облуживание при пайке.
Проводники окрашивают с помощью пульверизатора через
щелевой металлический трафарет и просушивают на инфракрас-
ной сушильной установке при температуре 90-100° С в течение
30 мин.
420
погружением с защитной маской.
, р
Технологический процесс пайки погружением обладает рядом
недостатков. Платы часто вспучиваются или пузырятся, наблю-
дается местное отслоение проводников. Пайка погружением тре-
бует очень строгого температурного режима ванны, так как уже
при температуре 232° С (пайка припоем ПОС61) происходит под-
плавление слоя гальванического олова на проводниках под грун-
том и смысл защиты проводников пропадает, а температура ниже
225° С не обеспечивает хорошего качества пайки и требует зна-
чительного увеличения ее продолжительности (до 20 сек). Кроме
того, при погружении во флюс (120° С) плата, нагреваясь до
70—80° С (что, кстати, смягчает последующий «термический
удар»), забирает на себя очень большое количество флюса. Это
затрудняет пайку, плата и особенно лепестки ламповых панелей
сильно загрязняются излишками флюса.
Для устранения перечисленных недостатков применяют селек-
тивную пайку, т. е. пайку
Для защитных масок
можно применять паранит,
лакоткань, стеклолакот-
кань, кремнийорганиче-
скую резину, бумагу. Бу-
мажную маску-трафарет с
отверстиями только в ме-
стах пайки платы пропи-
тывают в стеарино-пара-
финовом флюсе, наклады-
вают на плату и вставляют
вместе с последней в при-
способление для пайки.
М аскиров ание	пл ат,
пропитанных трафаретом,
резко снижает их вспучивание, смягчает «термический удар» при
погружении платы в припои и позволяет исключить операцию
^флюсования платы. Применение бумажного трафарета позволяет
также повысить температуру паяльной ванны до 245 ± 5° С,
что сокращает время пайки до 8—10 сек.
Избирательная пайка с принудительной подачей припоя.
При избирательной пайке в каждую точку платы, подлежащую
пайке, подается через специальную фильеру расплавленный при-
пой (рис. 14-37). Плату с навесными элементами помещают на
фильеру и плотно прижимают к ней несколькими упорами. Вклю-
чают вибратор, который через бронзовую диафрагму передает
колебания припою, и с помощью поршня необходимое количество
припоя выдавливают через отверстия фильеры.
Преимущества избирательного способа пайки заключаются
в том, что плата подвергается нагреву только в точках пайки,
проводники остаются холодными, а следовательно, исключается
их отслоение. Коробление платы при этом снижается примерно
3|Е ЗЕ ЗЕ
Рис. 14-37. Схема установки для избира-
тельной пайки.
1 — вибратор; 2 — плата; 3 — фильеры; 4 — пор-
шень; 5 — нагревательные элементы; в — при-
пой; 7 — футеровка.
421
в 4 раза по сравнению с пайкой погружением. Кроме того, метод
избирательной пайки обеспечивает сквозной пропай отверстий по
всей толщине платы, допуская возможность работы с припоем,
перегретым до 260—300° С. На плоских (без канавок) платах
исключается необходимость закраски токонесущих линий.
Этот способ пайки применяется только в серийном или мас-
совом производстве, так как для каждого типа плат требуется
специальная фильера.
Пайка волной припоя. Способ пайки заключается в том, что
печатная плата проходит по гребню устойчивой волны припоя,
подаваемого через специальное щелевидное сопло. Скорость дви-
жения платы подбирают опытным путем.
При пайке волной припоя последний, находясь постоянно в дви-
жении, несет большие запасы тепла, что позволяет форсировать
режимы пайки. Непрерывно переливающийся припой не имеет
на своей поверхности окисной пленки. Поверхностное натяжение
волны припоя легко нарушается перемещающейся платой, чем
облегчается смачивание.
Указанный способ позволяет легко автоматизировать процесс
пайки печатных плат.
Глава
XV
ЗАЩИТА РАДИОАППАРАТУРЫ
ОТ ВОЗДЕЙСТВИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
15-1
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ
Проблема надежности радиоаппаратуры тесно связана с за-
щитой деталей, узлов и аппаратуры от воздействия окружающей
среды.
Особенно важно учитывать воздействие на радиоаппаратуру
во время ее эксплуатации высокой и низкой температур, тепло-
вых ударов, разряженности воздуха (на большой высоте), высокой
влажности, морской воды, теплового старения, плесневых гриб-
ков, радиации, механических ударов и вибрации. Воздействие
перечисленных эксплуатационных факторов на изделия не оди-
наково.
Среди факторов, мешающих нормальной работе радиоэлект-
ронной аппаратуры, первое место занимают термические воздей-
ствия. Положение усугубляется тем, что в отличие от других
факторов тепло проникает в аппаратуру не только из окружаю-
щей среды, но и изнутри в результате рассеивания мощности
422
элементами радиоаппаратуры. При изучении энергетического
соотношения в аппаратах установлено \ что в подавляющем
большинстве случаев до 95% потребляемой от источников пита-
ния энергии выделяется в виде тепла. Это объясняется особен-
ностями работы радиоэлектронной аппаратуры, основным назна-
чением которой является преобразование информации, несовер-
шенством применяемых для этого устройств, а часто просто пре-
небрежением к этому вопросу.
Требования к морозостойкости предполагают эксплуатацию
или хранение аппаратуры при температурах до —65° С. Обычно
минусовые температуры до указанного предела не так вредны
для радиоаппаратуры, как нагрев. Однако если аппаратура
должна работать, а не просто храниться при низких температу-
рах, следует определять не только морозостойкость, но и стойкость
к тепловому удару вследствие перепада между повышенной тем-
пературой, развивающейся при работе радиоаппаратуры, и низ-
кой температурой окружающей среды.
Продолжительное воздействие влаги на детали и узлы ра-
диоаппаратуры нарушает ее работоспособность. При этом могут
возникнуть следующие неисправности:
нарушается стабильность рабочей частоты в результате изме-
нения индуктивности и емкости контуров;
снижается чувствительность и избирательность радиоприем-
ных устройств;
снижается мощность и коэффициент полезного действия пере-
дающих устройств;
изменяются электрические параметры отдельных узлов (кон-
денсаторов, трансформаторов, катушек индуктивностей, резисто-
ров и т. д.);
нарушаются режимы работы отдельных цепей схемы;
появляются утечки и замыкания в соединительных кабелях
и электрических разъемах;
ухудшается изоляция деталей и узлов;
нарушается работа кинематических схем, механизмов на-
стройки и отсчетных устройств.
В результате проникновения влаги в поры изоляционных
материалов снижается их объемное сопротивление, возрастают
диэлектрические потери и ухудшается диэлектрическая про-
ницаемость. Гигроскопичные материалы органического проис-
хождения при увлажнении набухают, изменяются геометрические
размеры деталей. Влага, конденсируясь на поверхности деталей,
образует электропроводящие мостики между контактами, оказы-
вая шунтирующее действие и резко снижая объемное сопротив-
ление диэлектриков независимо от степени их гигроскопично-
сти.
1 Р. Г. Варламов, Основы конструктирования радиоэлектронной
аппаратуры, изд-во «Советское радио», 1963.
423
Попадание влаги между витками обмоток создает исклю-
чительно благоприятные условия для возникновения корро-
зии меди, что приводит в конечном счете к обрыву провода об-
мотки.
Предохранение деталей и узлов от воздействия влаги — одна
из важнейших технологических задач при изготовлении радио-
аппаратуры. От выбора и выполнения влагоизоляции изделий за-
висит надежность их работы в условиях высокой влажности и
температуры.
Действие пониженных давлений и ионизирующей радиации
также оказывает существенное влияние на работу радиоэлектрон-
ной аппаратуры.
Механические удары и вибрации при достаточной силе, кроме
разрушающего воздействия на металлические детали и узлы,
могут существенно ухудшить свойства материалов, которыми
защищают детали, узлы и радиоаппаратуру в целом от воздейст-
вия окружающей среды.
За последние годы все более широкое применение находит
специальная технология обработки деталей, узлов и блоков: де-
тали покрываются снаружи (или же пропитываются) слоем отвер-
ждающегося электроизоляционного материала, обладающего малой
влагопроницаемостью и обеспечивающего надежную герметиза-
цию детали (узла, блока) от окружающей среды. Тем самым обес-
печивается защита деталей от -влаги, химически агрессивных ве-
ществ, плесневых микроорганизмов (последнее особенно сущест-
венно для изделий, предназначенных для работы в тропиках) и
других вредных воздействий окружающей среды и, следовательно,
увеличивается ее надежность в эксплуатации, равно как неизме-
няемость выходных параметров при хранении; повышается также
механическая прочность конструкции (защита от ударов, вибра-
ций и др.) и создается дополнительная электрическая изоляция от
расположенных вблизи токонесущих линий и деталей; в ряде слу-
чаев уменьшаются габаритные размеры изделий, отпадает необ-
ходимость крепления выводов, облегчается распознавание элемен-
тов (по окраске покрытия), уменьшается вес и пр.
Следует иметь в виду, что герметизация имеет и существенные
недостатки. Усложняется ремонт [например, залитый узел (блок)
в случае повреждения какой-либо детали приходится заменять
новым], в некоторых случаях увеличиваются паразитные емкости
и диэлектрические потери, возникает возможность появления ме-
ханических напряжений при усадке герметизирующего покрытия
(это может сказаться, в частности, на свойствах ферромагнитных
материалов) и т. п.
Все эти соображения делают вопрос о герметизации весьма
актуальным и в то же время очень сложным. Нужен внимательный
подход к его разрешению с учетом многих разнородных факторов.
Несмотря на значительную дифференциацию употребляемых
различными авторами терминов, относящихся к методам защиты
424
радиоаппаратуры (герметизации), все эти методы сводятся к не-
скольким основным процессам: пропитка, заливка, обволакивание,
опрессовка (пресс-изолирование) и собственно герметизация. Ни
один из перечисленных методов не универсален; каждый из них
имеет свои преимущества и недостатки и применяется с учетом
условий эксплуатации и требований, предъявляемых к изделию.
Только при правильном выборе метода, материала и строгом соб-
людении выбранного технологического процесса изготовления
возможна надежная защита узлов и деталей от воздействия среды
в течение определенного срока.
Пропитка. Этим методом пользуются для заполнения микропор
и капилляров в волокнистых изоляционных материалах; одновре-
менно с этим происходит частичное заполнение промежутков
между конструктивными элементами узлов влагостойкими эле-
ктроизоляционными материалами. Пропитка не только повышает
влагостойкость, но и способствует увеличению электрической и
механической прочности, нагревостойкости, сопротивлению изо-
ляции и теплопроводности обмоток и других изделий, а также
химической стойкости. Важнейшим фактором является закрепле-
ние витков обмоток благодаря цементирующей способности пропи-
точных составов.
Применение пропитки нецелесообразно для таких изделий,
как импульсные трансформаторы с малой длительностью импуль-
сов или высокочастотные низковольтные катушки, так как про-
питка обычно увеличивает паразитные емкости изделий.
Заливка. Под заливкой монолитной изоляцией подразумева-
ется сплошная упаковка отдельной детали изделия, его части
или всего изделия в изоляционную массу. Этим методом поль-
зуются для заполнения свободного промежутка между заливаемой
деталью (узлом) и стенками корпуса (кожуха). Под заливкой
понимают также нанесение защитного слоя непосредственно на
поверхность элементов радиоаппаратуры. Заливка широко при-
меняется в тех случаях, когда необходимо получить относительно
толстый изоляционный слой (1 мм и более) или для изготовления
изделия строго определенных размеров.
Залитые изделия особенно устойчивы к воздействию влаги,
механических нагрузок и к изменению атмосферного давления.
Заливка имеет и свои отрицательные стороны: увеличиваются
потери в цепях высокой частоты, возрастают паразитные емкости,
несколько увеличиваются вес и тепловая инерционность блоков.
Кроме того, при заливке часто возникают внутренние напряже-
ния из-за разницы между термическими коэффициентами линейного
напряжения смолы и заливаемых деталей, а также усадки заливоч-
ной массы (компаунда) в процессе отверждения.
Влагозащитные свойства заливки зависят от свойств заливоч-
ной массы, а также от толщины изоляционного слоя. В сочетании
с пропиткой влагозащитные свойства заливки значительно повы-
шаются.
426
Одним из важнейших направлений современной изоляцион-
ной техники является создание литой изоляции из
термореактивных компаундов. Этот способ был разработан в связи
с необходимостью надежной защиты от влаги трансформаторов,
дросселей и других элементов радиоаппаратуры без применения
герметичных металлических кожухов, утяжеляющих радиоаппа-
ратуру и увеличивающих ее габаритные размеры.
Обволакивание. Это так называемый поверхностный или кон-
сервирующий метод, который имеет своей целью законсервиро-
вать, сохранить электрические параметры аппаратуры в целом
или отдельного узла — трансформатора или дросселя — при
длительном хранении или транспортировке. Обволакивание осу-
ществляется путем нанесения на поверхность детали, узла или
прибора негигроскопичного электроизоляционного материала или
гидрофобного покрытия.
По степени обеспечиваемой надежности метод обволакивания
вследствие меньшей толщины защитного слоя уступает заливке.
Кроме того, далеко не всегда толщина защитного слоя, а следо-
вательно, вес и размеры изделий легко воспроизвести: это озна-
чает, что указанные параметры обволакиваемых изделий могут
значительно различаться у разных экземпляров.
К этому же методу относится покрытие изделий эмалями и
специальными покровными лаками, однако достигаемая степень
влагозащиты при этом значительно ниже, чем в случае примене-
ния обволакивающих компаундов.
Опрессовка (пресс-изолирование). Этот метод представляет со-
бой частный случай метода обволакивания, однако отличается от
последнего высокой производительностью, поскольку может быть
выполнен с помощью современных литьевых машин-автоматов.
Опрессовка осуществляется термопластичными материалами
(полиамиды, полиэтилен и т. п.) и употребляется в основном для
защиты изделий несложной конфигурации.
В зависимости от назначения и условий эксплуатации радио-
аппаратуры пропитка, заливка, обволакивание и опрессовка
могут применяться раздельно и в разнообразных сочетаниях.
Герметизация. Этот метод защиты радиоаппаратуры в самом
широком смысле слова означает полную изоляцию от воздействия
внешней среды. В частности, под герметизацией радиоаппаратуры
понимается помещение ее в монолитную среду с целью обеспече-
ния электрической изоляции в рабочих условиях, защиты элемен-
тов от механических повреждений и других воздействий окружаю-
щей среды, предупреждения пробоя в условиях эксплуатации,
сокращения веса и габаритов, уменьшения рабочего шума.
Микроминиатюризация и связанная с ней высокая плотность
монтажа в микромодульных радиоэлектроннйх конструкциях пред-
ставляет собой новые проблемы с точки зрения герметизации
и предъявляет особые требования к герметизирующим материа-
лам, которые должны обеспечить надежную изоляцию между эле-
426
ментами в аппаратуре с высокой плотностью монтажа, сохране-
ние функциональной точности конструкции, механическую проч-
ность и защиту сложных и чувствительных элементов.
15-2
МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ
ПРИ ЗАЩИТЕ РАДИОАППАРАТУРЫ,
И ИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Для пропитки применяют жидкие нефтяные, синтетические и
растительные масла, отвердевающие (полимеризующиеся) природ-
ные и синтетические смолы, масляные лаки, их водные эмульсии,
воски, битумы, компаунды. Эти материалы имеют диапазон ра-
бочих температур от —60 до -(-150° С, тангенс угла диэлектриче-
ских потерь от 10"4 до 0,04 при величинах объемного и поверх-
ностного сопротивлений соответственно 1013 4- 1018 ом-см и
1012 - 1016 ом.
При выборе пропиточного состава необходимо учитывать
такие технологические свойствах их, как хорошая пропиточная
способность, химическая нейтральность этих материалов к изо-
ляции проводов, высокая цементирующая способность, а также,
конструктивно-эксплуатационные требования (высокие электри-
ческие и механические характеристики, слабая токсичность, дли-
тельная жизнеспособность, влаго- и нагревостойкость).
Для заливки изделий радиоаппаратуры большей частью при-
меняют компаунды на основе термореактивных смол; иногда ис-
пользуют и термопластичные материалы. Наиболее широкое при-
менение имеют фенольные, полиэфирные, эпоксидные и кремний-
органические смолы, термореактивные смолы на основе полиурета-
нов, материалы на основе этилцеллюлозы или ацетобутирет-
целлюлозы.
Надо помнить о том, что диэлектрическая проницаемость
заливочных материалов лежит в пределах от 4 до 7; возможно
появление значительных механических напряжений, а также "хи-
мические взаимодействия между заливочными материалами и ма-
териалами залитых элементов. Большинство заливочных мате-
риалов пригодно для работы только на низких частотах.
Для обволакивания обычно применяют компаунды. Для за-
щиты ответственных изделий наилучшими материалами являются
полипропилен и полиэтилен, пригодные для работы в полях вы-
сокой частоты и практически не изменяющие тангенс угла диэ-
лектрических потерь во всем диапазоне рабочих температур.
Опрессовка осуществляется термоцластичными материалами
(полиамиды, полиэтилен и т. п.).
Все эти материалы должны иметь высокие диэлектрические
свойства, хорошо заполнять открытые поры и капилляры, быстро
затвердевать после заполнения. К ним предъявляется еще ряд
427
требований, вытекающих из условий эксплуатации и производства:
высокие теплостойкость, влагостойкость, адгезионная способ-
ность, небольшая стоимость.
Обволакивание не обеспечивает надежной влагозащиты в усло-
виях длительной эксплуатации во влажной среде из-за возможного
растрескивания покровных оболочек. Этот процесс наиболее
рационально применять для защиты аппаратуры, не предназна-
ченной для длительной работы при воздействии влаги.
Рассмотрим марки и свойства пропиточных и заливочных
материалов, применяемых в радиопромышленности.
Л а к и — это коллоидные растворы смол, битумов, высыхаю-
щих масел и тому подобных пленкообразующих веществ (основы)
в летучих растворителях. При сушке растворитель улетучивается,
а основа отверждается, образуя лаковую пленку. Ее изоляционные
качества зависят от свойств основы и ведения процесса пропитки
и сушки.
Для пропиточных работ применяют лаки 447-М, ГФ-95, МЛ-92,
ФЛ-98, К-47К и др.
В качестве разбавителя используют бензин, ксилол, уайт-
спирит, толуол и их смеси.
Эти лаки имеют хорошие электроизоляционные свойства даже
после пребывания в атмосфере повышенной влажности.
Битумно-масляный лак 447-М представляет собой раствор
сплава лаковых битумов с растительным маслом и лимонные
формальдегидные смолы в органических растворителях.
Для пропитки обмоток трансформаторов, работающих в транс-
форматорном масле, применяется глифталевый лак ГФ-95.Лак
ГФ-95 представляет собой раствор на основе, полученной при
взаимодействии глицерина, фталевого ангидрида, растительных
масел и смол в органических растворителях (бензин — уайт-
спирит, толуол — уайт-спирит).
Лак МЛ-92 применяется для пропитки прецизионных проволоч-
ных резисторов, представляет собой смесь глифталевого лака
ГФ-95 и меламиноформальдегидной смолы, растворенной в бута-
ноле. В качестве разбавителя применяется смесь уайт-спирита
с толуолом в соответствии 1:1.
Лак ФЛ-98 представляет собой смесь смол алкидной АК и
резонально-бутололизированной РБ в органических растворите-
лях. Разбавитель: смесь ксилола и уайт-спирита. Применяется
для пропитки обмоток трансформаторов, допускающих работу
их в тропических условиях.
Лак термореактивен, хорошо просыхает в глубине обмоток.
Лак К-47К представляет собой растворы полиорганосилоксано-
вой смолы в органических растворителях. Лак, модифицирован-
ный полиэфиром на основе этиленгликоля и касторового масла,
становится термореактивным.
При нагревании увеличивает вязкость и приобретает способ-
ность склеивать резину с металлом.
428
После термообработки при температуре от +160 до +200° С
становится влагостойким.
Радиоэлементы, пропитанные лаком К-47К, могут работать
в условиях тропического климата. Винифлексовый лак ВЛ-7,
используемый для пропитки высокочастотных дросселей и кату-
шек индуктивности, представляет собой раствор поливинил-
формальэтилалевой смолы и феноло-анйлино-формальдегидной
смолы (ФАФ) в растворителе, состоящем из 2 частей амилацетата,
2 частей изоамилового спирта, 1 части хлорбензола и 1 части
трихлорбензола по весу.
Кроме этих лаков применяют лаки на масляной основе,
модифицированные эфирами, канифолью или алкидными смолами,
глифталевыми или пентафталевыми с содержанием масел до
70—75%. К ним относятся лак 321 и его модификации: водно-
эмульсионные лаки 321В (в основном на льняном масле с неболь-
шой добавкой тунгового масла) и 321Т (на тунговом масле),
а также лак Д-627, представляющий собой раствор крезольно-
формальдегидной смолы новолачного типа с содержанием льня-
ного и тунгового масел до 60%. Лак 321В (321Т) экономичен, не
воздействует на эмаль провода, безопасен и безвреден в произ-
водстве.
Для пропитки катушек трансформаторов питания высокоча-
стотных трансформаторов применяется также церезин, который
представляет собой смесь твердых углеводородов, полученных
в результате переработки и очистки озокерита или парафинистой
нефти.
Широко применяют компаунды — смеси различных изоля-
ционных веществ (смол, битумов, эфиров, целлюлозы и т. д.),
которые переводятся в жидкое состояние разогревом. Затвердева-
ние происходит при охлаждении расплавленного компаунда.
В последнее время стали применять компаунды, отверждающиеся
при комнатной температуре вследствие полимеризации за счет
вводимых в их состав специальных отвердителей. Чтобы придать
компаундам нужные свойства (повышенную теплопроводность,
дучшие электрические характеристики), в них вводят наполни-
тели — кварцевую муку, тальк и др.
Для пропитки высоковольтных силовых и импульсных транс-
форматоров применяют компаунд КГМС-1, который представляет
собой композицию из полиэфиров со спиртом и специальными
добавками. При нагревании до 80—100° С образуется твердый
полимер светло-желтого или коричневого цвета.
Перечисленные материалы во многих случаях не удовлетво-
ряют, возросшим требованиям к радиоприборам как по теплостой-
кости, так и по диэлектрическим, механическим свойствам и ста-
бильности параметров в изменяющихся условиях эксплуатации.
Указанные лаки имеют недостатки и в технологическом отношении:
длительный режим сушки, необходимость прибегать к повторным
пропиткам для создания более влагостойкой изоляции. Кроме
429
того, растворители, содержащиеся в лаках, в процессе пропитки и
сушки, длительность которой нередко достигает 100 ч, разрушают
эмаль проводов, что часто приводит к выходу изделия из строя.
Появление в последние годы новых пропиточных материалов —
кремнийорганических лаков с повышенной теплостойкостью,
алкидно-резольных типа ФЛ-98, лаков без растворителей (КП-10
и КП-18), эпоксидных, акрилатных, фуриловых и других лаков и
компаундов — создает новые возможности для повышения ка-
чества и надежности намоточных изделий. Во многих случаях
расширяется температурный диапазон работы узлов.
Широкое внедрение новых материалов пока сдерживается их
дороговизной и дефицитностью, токсичностью, малой жизнеспо-
собностью, сложностью технологии приготовления и применения.
Для пропитки высоковольтных (свыше 2 000 в) трансформаторов
применяется эпоксидная смола ЭД-5 с малеиновым ангидридом.
Смола ЭД-5 представляет собой продукт поликонденсации хлориро-
ванных глицеринов с двухатомными фенолами в щелочной среде.
Смола ЭД-5 не разрушает эмаль проводов, более влагоустойчива,
чем другие компаунды. При длительном пребывании изделий во
влажной среде не наблюдается снижения сопротивления изоляции.
Однако при 120° С сопротивление изоляции понижается. Недо-
статки смолы ЭД-5: токсичность, малая жизнеспособность, дефи-
цитность.
В табл. 15-1 приведены физико-химические и электрические
свойства наиболее широко распространенных материалов, приме-
няемых для пропитки радиотехнических изделий.
Для заливки применяют компаунды: эпоксидные, метакрилат-
ные (МБК), полиэфиризоцианатные (К-30, К-32), полиэфирсти-
рольные (КГМС), совмещенные эпоксидно-кремнийорганические
(К-33) и др. Особенность этих компаундов — отсутствие раство-
рителя, способность заполнять определенный объем при обычных
условиях и полимеризоваться при определенной температуре.
Литьевые смолы, кроме хороших физико-механических и
диэлектрических характеристик, должны иметь малую усадку
при отвердевании, высокую адгезию к материалам заливаемых
конструкций, достаточно длительную жизнеспособность (т. е.
сохранение рабочей вязкости), низкую вязкость, способствующую
лучшему проникновению компаунда между элементами конструк-
ции. Заливка элементов схемы закрепляет их, поэтому в таких
конструкциях часто не применяют крепящей арматуры.
Для получения литой изоляции чаще всего применяют ком-
паунды на основе эпоксидных смол. Они не имеют летучих веществ
и переходят в термореактивное состояние при добавлении отвер-
дителя. Затвердевшим эпоксидным компаундам свойственны высо-
кая механическая и электрическая прочность, водо- и теплостой-
кость, малая влагопроницаемость; они отличаются малой усадкой
при отвердевании — от 0,4 до 2,5% в зависимости от состава и
условий отверждения компаунда.
430
Компаунды после приготовления находятся в жидком состоя-
нии и способны определенное время сохранять его. Поэтому их
можно применять и как пропиточные, и как заливочные составы
в зависимости от назначения.
Основой эпоксидных компаундов служат смолы ЭД-6 и ЭД-5.
Они различаются молекулярным весом, вязкостью, содержанием
эпоксидных групп. Смола ЭД-6 применяется главным образом
для компаундов горячего отвердевания, ЭД-5 — холодного.
Не менее важной частью эпоксидных компаундов является
отвердитель, т. е. вещество, вступающее в реакцию со смолой и
переводящее последнюю в термореактивное состояние. Вид и
количество отвердителя обусловливают скорость и степень изме-
нения физического состояния компаунда, режим отвердевания,
свойства затвердевшего материала и другие физические и техно-
логические показатели. Выбор отвердителя определяется назна-
чением компаунда и требуемой степенью жизнеспособности компо-
зиции, т. е. времени, в течение которого литьевой состав имеет
высокую текучесть. Если необходимо быстро отвердить состав
в нормальных температурных условиях, применяют основные
отвердители — азотсодержащие соединения (полиэтиленполиамин,
гексаметилендиамин и т. д.). Если же надо получить более тепло-
стойкий состав с увеличенной жизнеспособностью и высокими
физико-химическими и диэлектрическими показателями, исполь-
зуют кислотные отвердители — главным образом фталевый и
малеиновый ангидриды или их смесь.
В состав компаунда часто входят пластификаторы и наполни-
тели. Пластификатор, снижая вязкость и хрупкость композиции,
увеличивая жизнеспособность, в большинстве случаев снижает
теплостойкость, ухудшает диэлектрические и механические свой-
ства. Поэтому следует учитывать влияние пластификатора в каж-
дом конкретном случае. Пластификаторами могут служить такие
материалы, как дибутилфтал ат, трикрезилофосфатсебацианаты
и другие материалы типа полиэфиров. Они со временем испаряются,
в результате чего резко ухудшаются свойства компаундов, по-
этому их применяют все реже. Полиэфиры № 1, 220, МГФ-9 и др.
относятся к разряду так называемых внутренних пластификаторов,
вступающих в реакцию со смолой и отвердителем и входящих
таким образом в состав отвержденной смолы. Они не испаряются,
и свойства полученной заливки сохраняются длительное время.
Наибольшее распространение получили полиэфиры 220 для соста-
вов горячего отвердения и МГФ-9 — холодного. Количество
пластификатора колеблется от 5 до 30% от веса смолы.
Наполнители — кварцевый песок, маршалит, слюдяную и
фарфоровую муку, тальк — вводят в композицию для уменьшения
коэффициента^ линейного расширения компаунда и повышения
его теплостойкости и теплопроводности. Максимальное коли-
чество наполнителя обусловлено его удельным объемом. Иногда
для снижения вязкости и увеличения жизнеспособности в ком-
431
432
Физико-химические и электрические свойства пропиточных материалов
Таблица 15-1
Пропиточный материал	Вязкость по воронке НИИЛК не менее, сек	Теплостойкость t, 0 С	Водопоглощаемость пленки за 24 ч, %	Электриче- ская проч- ность пленки, кв/мм		Тангенс угла диэлектриче- ских потерь при 1000 гц		Удельное объем- ное электрическое сопротивление,		Диэлектри- ческая про- ницаемость при 1000 гц		Область применения
								ом	• см			
				в нормаль- ных условиях	при f, °C	в нормаль- ных усло- виях	при f, °G	в нормаль- ных усло- виях	при °C	в нормаль- ных усло- виях	при 1, °C	
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	И	12	13
Лак электроизоля- ционный МЛ-92		При+150° С (24 ч)	1,05	60	+120° 35	0,037	+120° 0,51	1,2-1014	+120° 2,4 • 109	4.5	+120° 4,4	Для покрытия деталей из алюми- ниевых и медных сплавов, гетинакса и текстолита, про- питки обмоток ра- диокомпонентов
ФЛ-98	—	При+150° С (30 ч)	о,з	70	+40 66	0,06	4-40 0,06	2,6 • 1010	+40 2,6 • 10Ю	5,4	+40 4,2	Для пропитки обмоток радиоком- понентов
Лак электроизоля- ционный пропи- точный ГФ-95	—	При+150° С (48 ч)	—	70	+120 40	0,075	+120 0,45	2,2 • 1013	+120 1 • 109	3,1	+120 4,6	Для пропитки обмоток радиоком- понентов
Изоляционный эпоксидно-кре- зольный	лак ЭП-96	—	При +180° С (5 ч)	0,53	76	+120 35	0,004	4-120 0,47	3 • 1014	4-120 7 • 10»	3,8	+120 6,5	Для пропитки обмоток и покры- тия радиокомпо- нентов
Лак пропиточный 447М	—	При 4-150° С (7 ч)	1	75	4-100 78			1,4 • 1015	+100 1,3.1012			Для пропитки обмоток радиоком- понентов
1	1			1						1		
433
					
Лак полиэфиро- эпоксидный ПЭ-933 (ЭТР-5)	—	При +180° С (24 ч)	Не более 0,7	80	4-155 40
Лак кремнийорга- нический К-47 К	—	При 4-200° с (50 ч)	—	60	4-200 30
Составы терморе- активные КП-10 ТП-18	—	—-	—	20	4-120 21
Состав термореак- тивный пропи- точный электро- изоляционный КП-24	—	—	—	20	4-130 21
Компаунды термо- реактивные МКБ-1 МКБ-2		—	0,8 0,75	10	4-105 22
Лак СБ-10		При 4-150° С	После 48 ч пребывания в условиях относитель- ной влаж- ности 98% при темпе- ратуре 4-40° С 0,45	60	После 24 ч пребы- вания в воде 20
						
0,002	+150 0,56	1 • lOi6	,+150 1,6 • 109	6,7	+150 10	Для пропитки обмоток радиоком- понентов
0,013	+200 0,015	1 • 1013	+200 1 • IO11	2,95	+200 2,5	Для пропитки обмоток радиоком- понентов
0,024 0,033	0,015	1,5 • 1013 1 • 1013	+120 1 • IO12 +120 1 • IO10	5,5 5,7	+120 8	Для пропитки герметизации ра- диокомпонентов и узлов радиоаппа- ратуры
0,031	4-130 0,021	4 • 1012	4-130 4 • low	5	+130 6,2	Для пропитки и герметизации ра- диокомпонентов и узлов радиоаппа- ратуры
0,05 0,04	+105 0,02 +105 0,08	5 • IO14 9 • 1013	+105 2 • 1012 +105 7 • IO10	3,5 4,7	4-105 5,2 4-Ю5 5,0	Для пропитки и заливки обмоток радиокомпонентов, работающих в ус- ловиях повышен- ной влажности
0,015	+150 0,03	1 • IO1*	+150 1 . 1012	3,2<	4-150 2,1	Для изготовле- ния конденсатор- ной бумаги, по- крытия керамиче- ских конденсато- ров
£ Пропиточный материал	Вязкость по воронке НИИЛК не менее, сек	Теплостойкость t, °C	В одопоглощаемость пленки за 24 ч, %	Электриче- ская проч- ность плен- ки, кв/мм	
				в нормальных условиях	при t, сС
1	2	3		5	6
Лак УР-231	—	—	—	52	+80 32,5
Лак Э-4100	—	При+180° С 3		54	+120 32
Эпоксидный про- питочный ком- паунд ЭПК-1 ЭПК-4	3 6	—	—	18 + 15	+125 17 +125 18,4
Продолжение табл. 16-1
Тангенс угла диэлектриче- ских потерь при 1 000 гц		Удельное объем- ное электриче- ское сопротивле- ние, ом • см		Диэлектри- ческая про- ницаемость ;при 1 000 гц		Область применения
в нормаль- ных усло- виях	при t, °C	в нормаль- ных усло- виях	при t, °C	в нормаль- ных усло- виях	при t, °C	
7	8	9	10	11	12	13
0,02	4-80 0,08	7,8 • 1014	4-80 2,4 • 101°	4,23	+80 4,3	Для покрытия плат печатного монтажа и других р адиокомпонентов
0,013	4-120 5,6	1,7 • 1015	4-120 2,0 • 109	4,2	+120 9.4	Для покрытия плат печатного монтажа и других р адиокомпонентов
0,015	4-125 0,21	1 • 1015	4-125	5	+125 5,5	Для герметиза- ции радиоэлемен- тов
0,017	4-125 0,04	1 • 1015	1 • 1013	4,2	+125 4,9	
паунды добавляют стирол или реактивные разбавители типа
глицидиловых эфиров. Но эти материалы, особенно стирол, могут
увеличить усадку и снизить теплостойкость. .
Применение бутилглицидилового эфира хотя и несколько сни-
жает теплостойкость компаунда, но увеличивает его жизнеспособ-
ность в 2—3 раза вследствие значительного уменьшения вязкости,
не вызывающего увеличения усадки.
Таблица 15-2
Физико-химические и электрические свойства некоторых материалов
для заливки и обволакивания радиотехнических изделий
(при температуре 18—20 °C)
Заливочный
материал
Область применения
Компаунд церези-
новый с напол-
нителем
Эпоксидные ком-
паунды на осно-
ве смолы ЭД-6:
ЭЗК-1
ЭЗК-2
ЭЗК-З
ЭЗК-4
ЭЗК-5
Эпоксидный ком-
паунд на основе
смолы ЭД-5,
ЭЗК-6
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
ОД
40—50
40—50
40—50
40—50
40—50
40—50
0.013
0Д14
0,017
0,014
0,014
0,030
1014
1014
1015
1015
1014
1014
1014
1013
Ю15
Ю15
1013
1013
3,9
4,9
4,42
4,12
5,5
4,2
Заливка герме-
тичных корпусов
для улучшения
условий теплоот-
вода с минималь-
ным увеличением
веса прибора
Заливка обмоток
трансформаторов и
дросселей, герме-
тизация радиотех-
нических блоков,
в которые входят
селеновые столби-
ки, конденсаторы,
резисторы, пласт-
массовые и ферри-
товые детали, для
которых не допу-
скаются малейшие
изменения элек-
трических пара-
метров
Компаунды МБК (поставляются в готовом к употреблению
виде) в твердом состоянии имеют высокую влагостойкость, инертны
к меди, не растрескиваются в слоях большой толщины, не пла-
вятся (но несколько размягчаются) при нагревании. В них можно
вводить наполнители и различные добавки, изменяющие их
физико-механические и технологические свойства. Отверждение
их может протекать при обычной и повышенной температурах.
435
Однако высокая усадка, сильное разрушающее действие компаун-
дов МБК на многие материалы ограничивают их применение
в радиопромышленности. Полиэфирные компаунды типа КГМС
имеют низкую вязкость и удобны для пропиточно-заливочных
работ, хотя их применение ограничено из-за повышенной склон-
ности к растрескиванию и воздействию на медь.
В некоторых случаях для заливки таких элементов, как диоды
ДГ-Ц, ферриты, купроксы и др., не выдерживающих высокой
температуры, рекомендуются поропласты на основе эпоксидных
смол ЭД-5 или ЭД-6. На основе полиуретана был разработан
поропласт, отверждающий без подогрева. Изделия, залитые
таким материалом, защищены от повреждений, а вес конструкций
практически не увеличивается.
В табл. 15-2 приведены физико-химические и электрические
свойства наиболее широко распространенных материалов, при-
меняемых для заливки радиотехнических изделий.
Для обволакивания используют лак СБ-1с, представляющий
собой раствор сплава 100%-ной феноло-формальдегидной смолы,
и плавление янтаря с тунговым маслом в органических раствори-
телях с добавлением парафина, линолеата свинца и сиккатива.
В качестве разбавителя применяется смесь ксилола и уайт-спирита
в соотношении 3 : 7. Кроме того, применяют лаки 449, 9-627,
976-1, МГМ-10, т. е. те же составы, что и для пропитки.
В промышленности находят применение заливка и обволаки-
вание изделий синтетическими и природными воскоподобными
материалами, а также битумами и компаундами на их основе.
15-3
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРОПИТКИ,
ЗАЛИВКИ, ОБВОЛАКИВАНИЯ И ГЕРМЕТИЗАЦИИ
а)	Сушка
Пропитке, заливке или обволакиванию предшествует сушка
для удаления влаги из пор изоляционных материалов, капилляров,
межвитковых промежутков. В противном случае при пропитке
может произойти закупоривание влаги внутри изделия, что влечет
за собой ухудшение качества продукции. После пропитки, заливки
и обволакивания изделия также высушивают для удаления разба-
вителей и растворителей.
Наиболее производительным по времени является процесс
сушки в вакууме. При этом интенсивность сушки тем больше, чем
меньше остаточное давление.
Для ускорения процесса сушки желательно, чтобы внутри
изделия была более высокая температура, чем в поверхностных
слоях. Этого достигают, пропуская ток через обмотку, или же
с помощью электрического нагревателя, расположенного в отвер-
стии каркаса. После общего прогрева просушиваемых изделий
436
на всю глубину путем охлаждения их поверхности достигается
теплопередача, а следовательно, диффузия влаги из внутренних
областей к наружным. Это заметно ускоряет процесс сушки, осо-
бенно при пропитке больших деталей и узлов. Если тепло под-
водится только через окружающую среду, то невозможно полно-
стью использовать эффект термической диффузии.
Предварительно высушенные изделия должны немедленно
подвергаться пропитке, обволакиванию или заливке, так как
проникновение влаги в поры изоляционных материалов и в про-
межутки между отдельными конструктивными элементами про-
текает тем интенсивнее, чем больше разница во влажности между
окружающей средой и высушиваемым изделием.
Для сушки используется следующее оборудование:
сушильные шкафы с естественной циркуляцией воздуха;
термостаты;
сушильные шкафы с принудительной циркуляцией воздуха;
установки для высушивания инфракрасными лучами;
установки для терморадиационной сушки;
устройства для вакуумной сушки.
Сушка в шкафу с естественной циркуля-
цией воздуха осуществляется с электрическим, паровым
или газовым обогревом. Температура в таких шкафах может
достигать 200° С. Нагревательные элементы в небольших шкафах
устанавливаются внизу и отделяются от остальной части шкафа
перфорированным листом из мягкой стали, в чем заключается
серьезный недостаток конструкции таких шкафов. Размещение
элементов электрического подогрева в непосредственной близости
от рабочего пространства шкафа делает его небезопасным в пожар-
ном отношении. При соприкосновении паров разбавителей и раст-
ворителей с открытыми электрическими нагревательными элемен-
тами возможны взрывы. В больших шкафах электрические нагре-
вательные элементы или змеевики, по которым проходит пар,
размещаются не только внизу, но и вдоль боковых стенок. Внутри
шкафа имеются выдвижные полки из тонких перфорированных
листов или металлической сетки, укрепленной на раме.
Основной недостаток сушильных шкафов этого типа заклю-
чается в неодинаковой температуре нагрева в разных зонах шкафа
и малой скорости циркуляции воздуха.
Сушка в термостатахс автоматической регулиров-
кой температуры применяется для изделий небольших габаритов.
Конструкция термостатов обеспечивает равномерную температуру
нагрева, которая может быть доведена до 200° С. Обычно термо-
статы имеют естественную циркуляцию воздуха, что увеличивает
время сушки. Поэтому в производственных условиях сушка
в термостатах находит ограниченное применение.
Сушка в шкафах с принудительной цир-
куляцией воздуха применяется в крупносерийном
производстве. Такие шкафы могут иметь электрический, паровой
437
или газовый обогрев. Нагревательные элементы размещаются
в боковых каналах. Нагретый воздух через отверстия в дне
поступает в рабочее пространство шкафа. Рабочая температура
в шкафу автоматически регулируется с точностью ±5° С и может
быть доведена до 180—200° С.
Принудительная циркуляция воздуха ускоряет удаление влаги,
паров разбавителей и растворителей, обеспечивает равномерность
температуры во всем рабочем пространстве шкафа. Постоянное
обновление воздуха особенно необходимо для полимеризации
пленкообразующих компонентов.
Рис. 15-1. Установка для сушки инфракрасными лучами.
1 — станина; 2 — транспортерная лента; 3 — место установки изделий; 4 — отража-
тельная поверхность; 5 — лампы инфракрасного излучения; 6 — просушиваемые изде-
лия (максимальный габарит); 7 — место разгрузки; 8 — транспортер для перемещения
изделий в подвешенном состоянии.
При поточном производстве применяются установки конвейер-
ного типа. Такая установка представляет собой трубу круглого
или прямоугольного сечения с электрическим или паровым обо-
гревом, внутри которой непрерывно передвигается транспортер.
При этом можно создать различные зоны нагрева (если требуется
по технологии сушки).
Сушка инфракрасными лучами применяется
для высушивания тонких пленок лака, нанесенных на поверх-
ность изделий после пропитки. Такие установки оборудуют
транспортерными устройствами (рис. 15-1). Сушка на конвейерной
установке туннельного типа с использованием ламп инфракрасного
излучения находит все более широкое применение в производстве
радиоаппаратуры.
Терморадиационная сушка производится в кон-
вейерных печах; в качестве источников инфракрасных лучей исполь-
зуются плиты (экраны) темного излучения с вмонтированными
438
внутри них нагревательными элементами. Сущность процесса
терморадиационной сушки заключается в следующем. Энергия,
излучаемая экраном, частично поглощается изделием. В резуль-
тате поглощения лучистой энергии и проникновения тепловых
лучей на некоторую глубину (до 2—3 мм) создается разность
температур наружного и внутреннего слоев. Разность коэффи-
циентов теплопроводности и теплоемкости лака и металла обуслов-
ливает направление сушки от металла к лаку, т. е. от внутренних
слоев к наружным,а и создает благоприятные направления потоков
тепла, растворителя и фронта полимеризации. Это позволяет
форсировать режим сушки, не опасаясь образования поверхност-
ной пленки и закупоривания пор.
Сушка в вакуумных сушильных шкафах.
Строго говоря, технологическое разделение предварительной
сушки от пропитки, заливки или обволакивания допустимо лишь
в тех случаях, когда не ставятся жесткие условия в отношении
максимального удаления влаги из деталей, узлов и приборов,
а также когда применение вакуумной сушки невозможно из-за
интенсивного испарения растворителей (при промежуточной
сушке).
Как правило, высушивание сочетают с пропиткой, заливкой
или обволакиванием. Это можно осуществить в вакуумной пропи-
точной установке, в которой сначала.производится высушивание
под вакуумом, после чего без снятия вакуума производятся
пропитка, обволакивание или пропитка с последующей залив-
койш
Для удаления разбавителей и растворителей после пропитки
применяются вакуумные сушильные шкафы.
б)	Пропитка
При изготовлении радиоаппаратуры применяется несколько
способов пропитки: открытая пропитка, горячее погружение;
вакуумная пропитка; пропитка под давлением; комбинированная
пропитка.
Открытая пропитка осуществляется при атмосфер-
ном давлении и применяется в тех случаях, когда в пропиточный
состав входит растворитель, обладающий большой летучестью
(например, полистироловый лак, в котором 90% по весу составляет
бензол). Технология открытой пропитки состоит в погружении
изделий в лак при температуре 20 ± 5° С после предварительного
высушивания в сушильном шкафу.
Высушивание полистиролового лака после пропитки произ-
водят при температуре, не превышающей 40° С, в течение 15—20 ч.
Сокращение процесса сушки нежелательно, так как интенсивное
испарение бензола сопровождается образованием чешуек и тре-
щин на поверхности полистироловой пленки. Добротность и соб-
ственную распределенную емкость катушки можно измерять
439
Рис. 15-2. Схема вакуум-
ной пропитки катушек тран-
сформаторов.
только после полного испарения растворителя. Открытая про-
питка имеет ограниченное применение.
Горячее погружение — самый распространенный
и простой способ пропитки. Изделие предварительно нагревают
до 60—80° С и погружают в лак при комнатной температуре.
Горячее погружение не обеспечивает глубокой пропитки даже
при длительном выдерживании в лаке.
Вакуумная пропитка обычно применяется при
пропитке составами с высокой вязкостью. Выдерживая изделия
под вакуумом, удаляют воздух из пор и капилляров, после этого
изделия погружают в пропиточный состав, заполняющий освобо-
жденные от воздуха полости.
Рассмотрим технологический процесс вакуумной пропитки
катушек трансформатора церезином. Катушки, подлежащие про-
питке, загружают в бачок (рис. 15-2),
крышку которого герметически закры-
вают. Открывая кран 3 вакуумного
насоса, в баке создают вакуум с оста-
точным давлением 5—10 мм рт. ст.
Одновременно включают обогрев до
70—80° С. При установлении заданных
значений вакуума и температуры про-
изводят сушку деталей в течение 30—
45 мин.
Второй бак 5 заполняют церезином,
который нагревают до 105—110° С. По
истечении заданного времени сушки ка-
тушек температуру в баке 1 доводят до 105—110° С, после чего
закрывают кран 3 и через кран 6 расплавленный церезин пе-
рекачивают в бачок 1. Кран 6 закрывают, открывают кран 5, и
пропитка под вакуумом продолжается до тех пор, пока не пе-
рестанут выделяться пузырьки воздуха. Кран 3 закрывают, от-
крывают кран 2 (воздух), и пропитка продолжается при атмос-
ферном давлении еще 5—10 мин. после чего кран 2 закрывают.
По окончании пропитки открывают кран 4 (вакуумный насос),
и в баке 5 создается вакуум. Закрыв кран 4. открывают кран 6.
и церезин из бачка 1 поступает обратно в бачок 5. После этого
закрывают кран 6. снимают крышку бачка 1 и выгружают детали.
Когда пропитке предшествует вакуумная сушка, физическая
сущность пропитки заключается в заполнении пропиточным соста-
вом капилляров, пор и конструктивных промежутков, где создано
пониженное давление. Испарение летучих веществ снижает
степень разрежения, поэтому пропиточную камеру желательно
заполнять с одновременной откачкой продуктов испарения.
И все же испарение летучих веществ даже при непрерывной работе
вакуумного насоса повышает давление в вакуум-камере до 20—
40 мм рт. ст. Отсюда вытекает, что длительная пропитка под
вакуумом при непрерывном действии вакуумного насоса связана
440
с интенсивным испарением растворителей из пропиточного состава,
что влечет за собой повышение его вязкости. Вакуумная пропитка
при непрерывно действующем вакуумном насосе не должна превы-
шать 10 мин. Этого времени вполне достаточно для удаления пузы-
рьков воздуха, который может оказаться в пропиточных составах.
Пропитка под давлением применяется при ис-
пользовании вязких пропиточных составов или «компаундов с на-
полнителями. Для создания избыточного давления следует при-
менять нейтральный газ (например, азот). Атмосферный воздух
вызывает повышение кислотности пропиточных составов и ком-
паундов.
При этом способе пропитки предварительно просушенные
изделия загружают в специальные котлы (автоклавы) с пропи-
точным составом, где создается повышенное давление (5—10 ат),
что ускоряет проникновение пропиточного состава в поры и ка-
пилляры изделий. Рекомендуется периодически (через каждые
5—10 мин) снижать рабочее давление до атмосферного.
Этот способ не требует много времени и обеспечивает хорошее
проникновение пропиточного состава в глубокие и узкие поры.
Комбинированная пропитка заключается в со-
четании вакуумной пропитки с пропиткой под давлением. Она
дает хорошие результаты при использовании компаундов и высоко-
вязких лаков, обеспечивая наиболее полное проникновение про-
питочного состава в поры и капилляры изделий. Комбинированная
пропитка состоит из 2—6 циклов в зависимости от размера и кон-
струкции пропитываемых изделий.
Температурный режим пропитки устанавливается на основа-
нии физических свойств пропиточных материалов, а также свойств,
в том числе нагревостойкости, изоляции изделий.
в)	Заливка
При герметизации изделий радиоаппаратуры методом заливки
применяют два вида технологического процесса: литье и заливка
в кожух.
Размер формы для литья точно соответствует размерам гото-
вого изделия. При проектировании формы и собранного узла
следует стремиться к тому, чтобы внутренние напряжения, воз-
никающие во время усадки в процессе отвердения, были мини-
мальны и чтобы после усадки были сохранены точные размеры
изделий. Формы, пригодные для таких операций изготовляют из
различных материалов, чаще всего из металлов, пластмасс,
а иногда стекла, дерева и гипса. Каждый материал имеет свои
преимущества и недостатки, их выбор зависит от назначения,
формы и экономических соображений *.
* О технологических процессах заливки, применяемых приспособле-
ниях и оборудовании подробнее см. в книге Ч. Харпер «Заливка электронного
оборудования синтетическими смолами», изд-во «Энергия», 1964.
441
Второй особенностью процесса литья является необходимость
тщательной очистки формы и применения разделительных веществ,
так как большинство синтетических смол прилипает к стенкам
формы. В подготовленную форму устанавливают заливаемый
узел, при этом места, через которые может протекать или просачи-
ваться жидкая смола, тщательно уплотняют. Если это нельзя
сделать обычными путями, используют ацетобутилат целлюлозы
или подобные вещества.
После этого смолы и отвердитель смешивают и медленно, посте-
пенно, чтобы избежать образования пузырьков воздуха, заливают в
форму, затем в зависимости от вида отвердителя и смолы происходит
отвердение или при комнатной температуре с использованием
тепла экзотермической реакции, или же в термокамере при повы-
шенной температуре. Готовое изделие извлекают из формы.
Процесс заливки в кожух подобен процессу литья, за исклю-
чением того, что заливаемый узел помещают в корпус, кожух,
оболочку и т. п. При этом можно применять оболочки из полиэти-
лена или другой прозрачной пластмассы, через стенки которой
видны дефекты заливки. С другой стороны, можно использовать
окрашенную оболочку с тем, чтобы скрыть мелкие поверхностные
дефекты, не влияющие на работу прибора, но ухудшающие его
внешний вид.
Изделия сложной конфигурации заливают под , вакуумом.
Необходимо строго соблюдать заданный температурный режим.
Например, при заливке изделий эпоксидной смолой (ЭД-5) тем-
пература формы должна быть в пределах 45—55° С. Еще более
точно выдерживают температуру компаунда при введении в него
полиэтиленполиамида: 50 ± 3° С. При нагреве до более высокой
температуры происходит быстрая полимеризация неиспользован-
ной массы, а при меньшей температуре в заливочном слое обра-
зуется большое количество пустот. После заливки также должен
быть выдержан определенный температурный режим, так как
при слишком низкой температуре отвердения наполнитель
оседает, а при большой — образуются пузыри.
В случае холодного отвердения компаунда изделия, работаю-
щие при повышенной температуре, должны быть подвергнуты
дополнительной термообработке: эпоксидные компаунды выдер-
живают при температуре 70—120° С в течение 12—24 ч; без этой
обработки они уже при температуре 70—80° С заметно размяг-
чаются. Недостатком метода холодного отверждения является
самозагустение неиспользованной заливочной массы. Несмотря
на это, метод холодного отверждения находит все большее приме-
нение, особенно при заливке намоточных изделий совместно
с деталями низкой теплостойкости.
После того как будут созданы заливочные компаунды большой
жизнеспособности и технологичности, менее дорогостоящие и дефи-
цитные, исчезнут многие трудности, с которыми сейчас связано
применение этого процесса.
442
г) Обволакивание
Обволакивание под давлением изделий несложной конфигу-
рации термопластичными материалами производят на обычных
литьевых машинах или гидропрессах с литьевым приспособлением.
Метод обволакивания производительнее, чем метод опрессовки
изделий термореактивными смолами, так как он не связан с дли-
тельной выдержкой изделий под давлением. Кроме того, детали
лишь на короткое время подвергаются воздействию высокой тем-
пературы расплавленного материала, и целостность их не нару-
шается. Этот метод не требует больших производственных площа-
дей и нестандартного оборудования. Его целесообразно применять
при массовом производстве радиодеталей.
Появление в последние годы высококачественных материалов,
таких, как полиэтилен и особенно полиэтилен низкого давления,
а также полипропилен — высокочастотных диэлектриков с моро-
зостойкостью до —70° С, теплостойкостью до 120—145° С, высокой
влагостойкостью и прочими высокими качествами, — позволяет
считать метод обволакивания наиболее перспективным.
д) Герметизация
Для герметизации деталей, узлов, приборов применяют гер-
метичные корпуса. Заключенные в них изделия просушивают
в шкафах, после чего технологические отверстия корпусов запаи-
вают. Для улучшения условий герметизации, повышения сопро-
тивления изоляции обмоток и улучшения отвода тепла, возникаю-
щего в результате электрических потерь, изделия, смонтирован-
ные в герметичных корпусах, пропитывают, а свободное простран-
ство в корпусе заполняют пропиточными материалами или зали-
вочными компаундами. Иногда герметизация достигается длитель-
ной вакуумной сушкой заключенного в герметичный корпус
изделия с последующим заполнением свободного пространства
в корпусе азотом, техническим аргоном, водородом или гелием.
Герметичные корпуса могут иметь самую разнообразную форму,
любое количество проходных стеклянных или керамических
изоляторов, а также герметичных шланговых разъемов.
Герметичные корпуса для радиоаппаратуры чаще всего изго-
товляют из металлов и керамики. Наибольшее распространение
получили корпуса из мягкой листовой стали, листовой латуни или
меди, а также листового алюминия. Крупногабаритные изделия
помещают в литые корпуса из силумина (сплав алюминия с крем-
нием) и специальных сортов бронзы.
Используемый материал и габаритные размеры корпуса опре-
деляют способ его изготовления. При больших размерах, когда
исключено применение глубокой вытяжки или ударного выдавли-
вания, используют холодную штамповку. Из листового материала
изготовляют штамповкой отдельно крышки, донышки и стенки
443
корпуса. Если размеры корпуса и высота стенок допускают при-
менение глубокой вытяжки, то из листовой заготовки с помощью
вытяжных штампов изготовляется футляр, состоящий из дна и
стенок. Наряду с глубокой вытяжкой применяется ударное вы-
давливание, если футляры делают из алюминия, латуни или меди.
Крышки к футлярам штампуют из листовых заготовок.
Герметичные соединения металлических корпусов радиопри-
боров выполняют следующими способами:
а)	пайкой;
б)	рельефной электросваркой;
в)	дуговой сваркой;
г)	пластической деформацией соединяемых элементов (холодной
сваркой);
д)	закаткой;
е)	с помощью резиновых прокладок.
Контроль пропитки, заливки и герметизации
Контроль качества производят согласно требованиям чертежа
и в соответствии с технологическими инструкциями.
Залитые и пропитанные изделия, детали и узлы проверяют
по внешнему виду на отсутствие раковин, трещин, пузырей и т. п.
Одним из важных методов контроля является проверка элект-
рической прочности по сопротивлению изоляции. Сопротивление
изоляции проверяют с помощью мегомметра при рабочем напря-
жении, указанном в технической документации.
Контроль качества герметизированного узла или прибора
осуществляют по внешнему виду герметизирующего материала и
проверкой на избыточное воздушное давление в течение определен-
ного времени.
Глава
XVI
ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ
МИКРОМИНИАТЮРИЗАЦИИ РАДИОАППАРАТУРЫ
16-1
НАПРАВЛЕНИЯ МИКРОМИНИАТЮРИЗАЦИИ
И ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ
Современная радиоэлектронная аппаратура настолько сложна,
что традиционные схемные элементы и способы конструирования
уже не могут обеспечить достаточно высокую надежность радио-
приборов. С другой стороны, вследствие резко возросшего числа
предприятий, выпускающих детали и узлы радиоаппаратов, уве-
444
дичились трудности, связанные со стандартизацией элементов,
а она имеет важное значение для повышения плотности, монтажа
схемы.
Конструкторы радиоаппаратуры вынуждены использовать луч-
шие из имеющихся элементов, подвергая их испытаниям в соот-
ветствии со своими собственными, часто очень жесткими, техни-
ческими требованиями. Но и это не всегда дает желаемый резуль-
тат.
Выход был найден в создании нового направления в конструи-
ровании радиоэлектронных схем, появление которого обуслов-
лено развитием технологии полупроводников и тонких пленок.
Это направление получило название микроминиатюризации.
Понятие «микроминиатюризация», или «микроэлектроника»,
до недавнего времени не имело точного и окончательного толкова-
ния. В основном этими терминами обозначали изготовление по
возможности небольших по размеру приборов. Сегодня уже
можно сформулировать определение понятия этого важнейшего
направления в технике.
Микроминиатюризация радиоэлектронной аппаратуры — это
направление технического прогресса, преследующее цель умень-
шения габаритов, весов и потребления энергии при одновременном
повышении надежности аппаратуры и облегчения автоматизации
ее производства х.
Как известно, большая часть объема любого элемента занята
материалом, не связанным с непосредственным выполнением элект-
рических функций. Например, активный элемент углеродистого
резистора занимает лишь 0,002% полного объема этой детали.
Аппаратура, воспроизводящая визуально-распознавательную
функцию глаза или мозга, в 60 тыс. раз больше объема соответ-
ствующих органов человека. Микроминиатюризация позволяет
во много раз увеличить полезный объем радиоэлектронной аппа-
ратуры.
Удельная плотность монтажа аппаратуры на обычных приемно-
усилительных радиолампах составляет одну деталь на 100 см3,
на миниатюрных (пальчиковых) лампах — одну деталь на 10 см3,
на полупроводниковых приборах — одну деталь на 1 см3. Прак-
тически это предел плотности объемного монтажа радиоаппа-
ратуры. Радиоаппаратура, разработанная на основе элементов,
собранных в «этажерочные» микромодули, позволяет размещать
в одном кубическом сантиметре с применением сверхтонких
пленок 100—200, а в так называемых твердых схемах — свыше
1 000 элементов в 1 см3.
Разработка микромодулей позволила в 10 раз уменьшить
объем и вес электронной аппаратуры; одновременно резко возросла
1 Энциклопедия современной техники «Автоматизация производства
и промышленная электроника» под ред. А. И. Берга и В. А. Трапезникова,
т. 2, изд-во «Советская энциклопедия», 1963.
445
ее надежность. Особенно наглядно это видно из сопоставления
примерных данных блоков телеметрической системы, состоящих
из фоточувствительного устройства, усилителя и мультивибра-
тора, выполненных на лампах, микромодулях и методом молеку-
лярной электроники:
Ламповый блок .............
Микромодульный блок .......
Молекулярный блок..........
Объем, слг3	Вес, 3	Подво- димая мощность,	Число элемен- вт тов	Число паяных соединений
65,6	26	5	16	18
16,4	7	0,75	14	15
0,02	0,02	0,06	1	2
Надежность аппаратуры повышается в результате уменьшения
количества контактов, максимальной жесткости монтажа и авто-
матизации производства микроэлектронных схем и блоков. Эта
задача рассматривается как одна из основных. В вычислительных
устройствах, кроме того, достигается сокращение времени обра-
ботки информации, т. е. повышается быстродействие систем за
счет уменьшения длины путей прохождения сигналов в коммуни-
кациях.
Микроминиатюризация радиоэлектронной аппаратуры позво-
ляет резко снизить ее себестоимость вследствие массового авто-
матизированного производства микросхем. Однако разработка
различных методов микроминиатюризации стоила и, по-видимому,
в дальнейшем будет стоить очень дорого.
Микроминиатюризация — качественный скачок в развитии
электроники, значение которого трудно переоценить. Оно во
много раз превосходит значение того технического переворота,
который в начале нынешнего столетия знаменовал переход от
искровой и дуговой радиотехники к вакуумной радиоэлектронике.
Микроминиатюризация электронных изделий и микросхемотехника
открывают неисчерпаемые возможности создания малогабаритных
высокоэффективных электронных вычислительных и управляю-
щих машин с небольшим числом типов электронных ячеек, но
с огромным их количеством — сотнями тысяч и даже миллионами.
Вот тут-то и проявятся в полной мере достоинства пленочных и
твердых электронных схем — минимальные габариты и вес,
незначительное потребление энергии ц вместе с тем высокая надеж-
ность, возможность автоматизации всего процесса их изготовле-
ния.
Микроминиатюрная электронная ячейка — так называемый
«куб памяти» — открывает широкие возможности для конструи-
рования и выпуска в массовом количестве портативных электрон-
ных машин с колоссальной емкостью запоминающих устройств.
В числе других преимуществ микроминиатюрных схем можно
назвать также их повышенную устойчивость к вибрациям и
ударам. Микроминиатюризация позволяет использовать печатные
схемы без штыковых соединений, уменьшить количество соедини-
тельных проводов и кабелей, а также соединительных блоков, что
446
увеличивает надежность электронного оборудования. Наконец,
поскольку микроминиатюризация позволяет конструировать обо-
рудование, потребляющее минимальную мощность, можно увели-
чить надежность специальных источников энергии и систем
охлаждения.
Характерной чертой всех методов микроминиатюризации яв-
ляется применение плоских деталей, будь то резисторы, конден-
саторы, транзисторы, диоды, и плоских соединений. Это позволяет
добиться очень плотной упаковки элементов схемы. Наибольшие
затруднения возникают при изготовлении плоских индуктив-
ностей. Однако в некоторых случаях индуктивности могут
быть заменены комбинацией резисторов, конденсаторов и транзи-
сторов или даже небольшими механическими резонансными си-
стемами.
При создании микроминиатюрной аппаратуры следует прежде
всего оценить целесообразность использования микроминиатюр-
ных элементов в тех или иных устройствах, непременно учитывая
рабочие условия, в которых они будут применяться. Бывают
случаи, когда микроминиатюрные элементы удовлетворительно
работают в лаборатории, но полностью выходят из строя в рабочих
условиях.
Общими для всех направлений микроминиатюризации являются
проблемы теплоотвода, монтажа и взаимодействия сигналов.
Трудности, связанные с повышением проблемы уменьшения рас-
сеяния тепловой энергии, усугубляются чрезвычайным сокраще-
нием размеров схем. С уменьшением размеров элементов и схем
относительная доля монтажных соединений в общем объеме воз-
растает. В то же время поверхность для осуществления этих
соединений уменьшается.
Для решения этих проблем разрабатываются гибкие и много-
слойные 1 печатные схемы и многослойные сварные матрицы.
Применяется даже метод оптического соединения элементов. По
поводу метода осуществления соединений единое мнение пока
отсутствует. Малые расстояния между проводящими элементами
схем требуют особого внимания к геометрии контактов, а также
к созданию высокочастотной экранировки.
Микроминиатюризация связана с весьма низкими допусти-
мыми уровнями мощности, как правило, порядка десятков милли-
ватт на каждую функциональную схему, в то время как в обычных
схемах допустима мощность порядка сотен милливатт. Если поме-
стить в некоторый объем в 100 раз больше функциональных
схем, чем это можно было сделать раньше, то после включения
блок мгновенно нагреется и сгорит. Для предотвращения этого
необходимы специальные меры по снижению мощности рассеяния
на каждую выполняемую функцию.
1 См. в гл. XV.
447
Таким образом, одним из основных и наиболее серьезных
требований к микроминиатюризации является разработка функ-
циональных схем с гораздо меньшей мощностью рассеяния, чем
у современных схем. Это требование может быть выполнено прежде
всего путем создания новых материалов, способных работать при
высоких температурах. Нагрев схем можно уменьшить за счет
снижения уровней сигналов, повышения к. п. д. устройств,
конструирования элементов, рассчитанных на низкую потребляе-
мую мощность от источников питания, а также применения
теплообменников.
Вторым фактором, затрудняющим развитие микроминиатюри-
зации, является рабочая частота, не превышающая нескольких
сотен мегагерц. Наличие паразитных связей не позволяет пока
использовать микросхемы на более высоких частотах. Затрудне-
ния, возникающие при создании микроминиатюрных резонансных
контуров высокой добротности, делают микроминиатюрные блоки
более пригодными для цифровой вычислительной техники, чем,
например, для аппаратуры связи.
В пределах указанных ограничений перед конструктором
микроминиатюрной аппаратуры открыты пути, определяемые
методами создания микроминиатюрных схем. При выборе метода
конструирования микроминиатюрной аппаратуры, которая должна
выполнять заданную операцию, исходят из возможности объеди-
нения приборов, использующих соответствующие физические
явления, в блоки с минимальными габаритами.
По сообщениям зарубежной печати, в последнее время, на-
пример, в США разрабатывалось более 20 методов микроминиа-
тюризации. Однако различия между этими методами иногда не-
существенны с точки зрения их проектирования и производства.
Поэтому ниже будут рассмотрены три основных направления раз-
вития микроминиатюризации радиоэлектронной аппаратуры: мик-
ро модульное конструирование, пленочные микросхемы и твердые
схемы с привлечением некоторых вопросов молекулярной электро-
ники (молектроники). Ни одно из этих направлений не считается
йдеальным. Выбор диктуется основными требованиями к аппара-
туре, производственными возможностями и сроками изготовления.
Микромодульное конструирование. Увеличение надежности,
снижение веса, простота эксплуатации радиоэлектронной аппара-
туры могут быть достигнуты путем применения метода функцио-
нально-узлового модульного конструирования. Аппаратура ком-
плектуется из функциональных узлов, размеры которых подчи-
нены определенной так называемой модульной соизмеримости.
Под термином «модуль» условно следует понимать узел стан-
дартных размеров, кратных определенной единице измерения.
Следует отметить, что само по себе понятие «модульная конструк-
ция устройства» имеет весьма обобщенный смысл. Модуль может
состоять, например, из стандартных стоечно-панельных устройств.
Широковещательный радиоприемник, смонтированный на обыч-
448
ном шасси, может считаться модулем. Отдельная ламповая или
транзисторная схема может быть выполнена в виде модуля.
Следовательно, понятие «модуль» очень широко и относится как
к конструкции законченного устройства — «черного ящика», вы-
полненного в виде единого целого, так и к конструкции мельчай-
шей ячейки на печатной схеме. При модульном конструировании
микроэлектронной аппаратуры основным ее элементом является
микромодуль, представляющий собой герметизированную набор-
ную конструкцию из керамических пластин, на которых печатным
или иным способом нанесены детали схемы — микроэлементы.
Их соединяют между собой проводниками с помощью пайки или
сварки.
В качестве активных элементов схем в модульных конструк-
циях обычно применяют полупроводниковые приборы. Высокие
механические свойства (прочность, ударо- и вибростойкость),
а также практически неограниченный срок службы полупровод-
ников делают их в этом отношении равноценными пассивным
элементам схем. Вследствие этого упрощаются конструирование
и расчет при проектировании модульных систем, внесение необ-
ходимых конструктивных изменений и облегчается их обслужи-
вание.
Микромодульное конструирование в микроминиатюризации
основано на опыте, накопленном электронной промышленностью
более чем за 30 лет. Оно предполагает непрерывное внедрение
новейших электронных устройств, таких, например, как меза-
транзисторы, электролитические конденсаторы, изготовляемые
с применением технологии печатных схем, диоды с отрицатель-
ным сопротивлением, микроминиатюрные устройства с магнит-
ными ячейками памяти, полупроводниковые линии задержки,
параметрические усилители, фотоэлементы с внутренним фотоэф-
фектом и др. В принципе их можно применять для всех электрон-
ных схем.
Применение микромодулей в радиоаппаратуре связи позволило
снизить вес приемо-передающей станции в 3 раза и объем в 20 раз,
а вес устройства для уплотнения каналов с временным разделе-
нием— в 25 раз и объём его — в 35 раз.
Метод плоских микромодулей основан не только на стремле-
нии максимально уменьшить размеры отдельных узлов и элемен-
тов, но и на учете функционирования аппаратуры в целом, на
обеспечении взаимных электрических соединений и отвода тепла.
Основные принципы этого метода заключаются в следующем:
1) применение теплообменной системы, являющейся неотъем-
лемой частью всей конструкции в целом и обеспечивающей эффек-
тивную передачу тепла от источников нагрева к элементам тепло-
отвода;
2) конструирование аппаратуры в строго заданных размерах
в двух измерениях и с переменными размерами в третьем изме-
рении;
15 А. Т. Белевцев
449
3) применение имеющихся элементов и обеспечение возмож-
ности применять новые типы печатных схем.
Говоря о микромодуле как о рациональной системе в микро-
миниатюризации, следует иметь в виду как общие электронные
схемы в равноприемных устройствах, усилителях, фильтрах,
вычислительных устройствах и т. д., так и цифровые (логические)
схемы главным образом в вычислительных устройствах.
Для конструирования большинства функциональных цифровых
схем требуются в основном лишь резисторы, конденсаторы, диоды
и транзисторы, т. е. элементы, которые удобно делать двухмер-
ными (плоскими). Очевидно, микроминиатюризация наиболее
рациональна для цифровых электронных схем вычислительных
устройств. В настоящее время плотность монтажа элементов
в микромодуле для таких схем составляет около 3 500 на 1 дм3.
Плотность монтажа деталей в модуле для общих схем значительно
меньше (примерно в 60 раз).
Поскольку конструирование микромодулей предполагает ис-
пользование полупроводниковых приборов, то на первом этапе
их применение будет ограничено маломощной аппаратурой.
При переводе радиоэлектронной аппаратуры на микромодули
важную роль играет унификация, т. е. установление определен-
ных стандартов (например, на размеры отверстий в платах печат-
ного монтажа, форму плат и др.). Этим вопросом промышленность
стала заниматься всего несколько лет назад. Требуется определен-
ная унификация самих микроминиатюрных схем.
Предел уменьшения габаритных размеров микромодулей и
построенной на них аппаратуры определяется габаритами микро-
элементов, возможностями теплоотвода и соединения микромо-
дулей между собой.
Микромодульные элементы характеризуются следующими до-
стоинствами:
они имеют стандартную геометрию; возможна автоматизация
изготовления и сборки деталей;
обеспечивается потенциально высокая надежность.
Однако они имеют и недостатки:
незначительна конструктивная гибкость при разработках
схем;
велико количество тонких паек;
сложна технология изготовления компонентов схем и особенно
обеспечение герметизации в месте крепления транзисторов к га-
лете;
высока стоимость изготовления даже при условии автомати-
зации производства.
Пленочные микросхемы. Метод микросхем представляет собой
часть целой системы изготовления схем, которые собираются
с полупроводниковыми элементами для получения законченных
функциональных блоков. В отличие от микромодульного метода,
при котором каждый элемент выполняется на собственной пластине,
450
применяя метод микросхем на одной пластине, формируют не-
сколько взаимосвязанных элементов и таким образом получают
полную функциональную схему. Элементы такой схемы конструк-
тивно неразделимы и незаменяемы.
Микросхемы формируют в виде тонких пленок на одной или
обеих сторонах керамической или стеклянной пластины, размер
которой зависит от назначения схемы. Пластины обычно имеют
размеры порядка 12,5x12,5x0,8 мм.
Применяют разнообразные методы нанесения тонких пленок:
химическое осаждение, конденсацию паров, напыление через
маску, фотолитографию, травление и различные комбинации
перечисленных способов.
При нанесении пленок предусматривают одновременное их
использование в качестве, например, резисторов и обкладок
конденсаторов. Активные (полупроводниковые) элементы либо
присоединяют затем к микросхеме, либо выполняют на общей
с ней пластине. Полученные плоские элементы соединяют между
собой с помощью тонких пленок металла, обладающего высокой
электропроводностью, отложенных на поверхности пластины. Тех-
нология тонких пленок позволяет строить схемы (ЛС-цепи) не толь-
ко с сосредоточенными, но и с распределенными параметрами.
Такие цепи по своим электрическим характеристикам зна-
чительно отличаются от цепей с сосредоточенными постоянными.
При создании пленочной схемы возможны различные комбина-
ции, различающиеся порядком чередования слоев, их толщиной,
площадью и формой, величиной удельного сопротивления и ди-
электрической проницаемостью, а также расположением выводов,
т. е. пленочная конструкция открывает новые и широкие возмож-
ности для создания пассивных четырехполюсников с разнообраз-
ными характеристиками. Один из способов состоит в управлении
движением пучка ионизированных паров металлов с помощью
отклоняющей системы, подобной той, которая применяется в
электроннолучевых трубках. Этот способ позволит освободиться
от масок и осуществить полную автоматизацию производственного
процесса с применением программных устройств. Объемный
к. п. д. нанесения элементов таких схем составит 70—80%.
Используются способы точного соблюдения заданных контуров
отложенных металлических пленок. В пассивных четырехполюс-
никах достигнута плотность монтажа около 350 000 элементов
на 1 дм3.
Методами тонкопленочной технологии изготовляют не только
проводящие, но и магнитные, полупроводниковые, диэлектриче-
ские, люминесцентные, фотоэлектрические и другие пленки.
Пленки диэлектриков и проводников наносят методом конденса-
ции паров этих материалов на пластину, температура которой
ниже температуры паров. Таким образом получают самые разно-
образные схемы без применения соединительных штифтов, штеке-
ров или соединительных проводников.
15*
451
Проводятся исследовательские работы в области нанесения
многослойных пленочных покрытий. Изготовление многослойных
пленочных схем позволяет снизить стоимость систем, автомати-
зировать производство пассивных элементов и цепей. Этот метод
может применяться в комбинации с описанным ниже методом полу-
чения активных элементов в монокристаллах полупроводника для
получения так называемых «гибридных» схем.
Процесс изготовления многослойных пленочных схем состоит
из следующих этапов:
1)	составление топологического плана отдельных слоев с уче-
том особенностей процесса нанесения пленок и эффектов распре-
деления; конечным результатом этого этапа является проектиро-
вание набора масок;
2)	изготовление масок фотогравированием или микрофрезеро-
ванием, при этом должны быть выдержаны достаточно жесткие
допуски;
3)	изготовление пластин (плат). Для выявления погрешностей
изображения пластины проецируют на экран при большом увели-
чении и совмещают с заданным заранее прорисованным контуром.
Затем их очищают ультразвуковым и химическим способами.
В промежутках между операциями пластины хранят в изопропи-
ловом спирте. Заключительной стадией изготовления пластин
является получение основы из окиси кремния конденсацией паров
в вакууме;
4)	нанесение соединений в виде пленок алюминия на предва-
рительно подготовленную пластину. В качестве проводников
могут быть использованы медь или золото, но алюминий лучше
совмещается с окисью кремния. Толщина пленки проводника
колеблется от 5 000 до 50 000 А;
5)	нанесение пленок диэлектрика, что является решающим
моментом в изготовлении многослойных схем. Для этого исполь-
зуют окись и двуокись кремния. Для соединения проводящих
слоев между собой в пленках диэлектриков оставляют пазы и
отверстия;
6)	дальнейшее чередование слоев проводника и диэлектрика,
наносимых через последовательно используемые маски. В заклю-
чение на всю структуру наносят предохранительный сплошной
слой окиси кремния, за исключением точек сопряжения с другими
цепями и точек для монтажа активных элементов;
7)	монтаж элементов и схем на специальной панели с помощью
пайки, проводящего клея или термической компрессии; в послед-
нее время для этой цели применяют также электронно-лучевые
и лазерные сварочные установки;
8)	изготовление защитного корпуса для всей системы, и,
если это необходимо, полная его герметизация.
Основной проблемой при изготовлении тонкопленочных схем
на пластинах различных размеров является проблема соединений.
Должен быть установлен оптимальный размер пластин. Проблема
462
его выбора и проблема метода соединения связаны непосредственно
с проблемой монтажа тонкопленочных схем. Вероятность выхода
из строя крупных пластин с большим числом эквивалентных
элементов выше, чем маленьких пластин с меньшим числом эле-
ментов. С другой стороны, при использовании маленьких пластин
усложняется задача электрического соединения их друг с другом,
а надежность соединений уменьшается.
Одним из направлений тонкопленочной технологии является
изготовление функциональных блоков на алюминиевых платах.
Размеры таких плат вместе с монтажными выступами 12,5 X
Х12,5 мм. Каждый блок герметизируют. По краю платы предва-
рительно направляют стеклянное кольцо. После нанесения схемы
ее заливают стеклом при температуре 650° С и этот стеклянный
слой сплавляют со стеклянным кольцом на краю платы. Так как
между источником тепла и платой или стеклянной оболочкой нет
физического контакта, в герметизированном блоке может быть
создана среда из любого газа.
Полученные блоки (модули) монтируют на керамических
панелях. Соединение модулей осуществляют с помощью пружин-
ных штифтов или пайкой. Экранирование в зависимости от кон-
кретной задачи производят двумя способами. В первом случае
тыльную сторону модульной платы покрывают слоем серебра,
который соединяют с кожухом печатной схемы. Второй способ,
который еще находится в стадии разработки, состоит в замене
стеклянной оболочки металлической.
Обычно современные стандартные цепи и пленочные схемы
в виде модулей электрически соответствуют друг другу. Печат-
ные схемы непосредственно трансформируются в пленочные.
Таким способом была изготовлена лабораторная модель широко-
вещательного радиопередатчика, размеры которого 12,7 X 12,7 X
Х22 мм.
Твердые схемы. Твердой схемой называется устройство, со-
стоящее из одного кристалла полупроводника, в котором сформи-
ровано несколько активных и пассивных элементов схемы без
внешних соединений.
При разработке радиоэлектронной аппаратуры на основе
твердых схем электронные узлы получают путем создания в полу-
проводниковой пластине участков, которые по своим свойствам
эквивалентны пассивным или активным элементам, а в совокуп-
ности выполняют функции, аналогичные электронным схемам.
Твердые схемы делят на две группы:
интегральные, отдельные участки которых эквивалентны обыч-
ным электро- и радиоэлементам;
функциональные, в которых трудно или вообще невозможно
выделить отдельные участки схем, равноценные обычным эле-
ментам.
Сопоставление таких схем с обычными возможно только
с помощью эквивалентных схем, составленных по выполняемым
463
ими функциям. Функциональные твердые схемы являются первым
шагом в области молекулярной электроники.
При создании функциональных твердых схем необходимо
разработать технологию производства полупроводниковых бло-
ков, эквивалентных законченной схеме, для чего используют
опыт изготовления транзисторов. Поскольку в схемах этого
типа трудно выделить отдельные элементы, сходные с обычными
электронными устройствами, следует отыскать способ преобразо-
вания структуры функциональных элементов в обычную (экви-
валентную) схему и обратно.
Рис. 16-1. Полупроводниковые резисторы и кон-
денсаторы.
а — объемный резистор; б — резистор, полученный методом
диффузии с помощью оксидной маски; в — резистор, полу-
ченный методом диффузии и травления по типу мезатран-
зистора; г — конденсатор с p-n-плоскостным переходом; д —
конденсатор на основе окиси кремния.
В основе технологии интегральных схем лежит создание
функциональных элементов (т. е. элементов, выполняющих опре-
деленную функцию, например транзистора, резистора и т. п.)
в кристалле полупроводника с помощью вплавления, диффузии,
осаждения, использования оксидных масок и механической обра-
ботки.
Резисторы в интегральных схемах могут быть выполнены
в виде однородной пластины полупроводника (галеты) с проводя-
щими примесями (рис. 16-1, а) или в виде такой же галеты, но
с нанесенным методом диффузии тонким слоем с проводимостью
другого типа (рис. 16-1, б и в). В последнем случае образуется
р-п переход, который служит барьером, обеспечивающим проте-
кание тока только по поверхностному слою. Удельное сопротив-
ление при этом изменяется в зависимости от глубины слоя, по-
464
этому величину такого сопротивления труднее подсчитать, чем
величину сопротивления резисторов объемного типа.
Диффузионным способом можно получать резисторы с неогра-
ниченно большими значениями сопротивлений. Максимальные
значения сопротивлений объемных резисторов ограничиваются
величиной 40 000 ом.
В качестве конденсатора плоскостного типа (рис. 16-1, е)
может быть использован р — п переход с обратным смещением.
Запирающий слой перехода служит диэлектриком. Емкость та-
кого конденсатора зависит от ширины и толщины запирающего
слоя. Для кремниевого прибора возможны емкости до 200 мкф!см\
пробивные напряжения порядка нескольких сотен вольт и малые
температурные коэффициенты емкости. Так как толщина запираю-
щего слоя изменяется в зависимости от приложенного напряжения,
то величина емкости нелинейна, поэтому конденсатор такого типа
может быть только при малых значениях напряжений. Кроме того,
такой конденсатор поляризован.
На кремниевой пластине можно создать конденсатор другого
типа, где в качестве диэлектрика используется слой окиси крем-
ния, на который наносится металлическая пленка.
Конденсаторы такого типа имеют температурный коэффициент
емкости не хуже 10~4, малую нелинейность и отличную стабиль-
ность. Можно получать конденсаторы емкостью 50 мкф/сМ2
(рис. 16-1, (9), имеющие пробивные напряжения до 50 в.
Несмотря на то, что конденсаторы обоих типов могут иметь
большие значения емкости, для уменьшения габаритов схем ве-
личины емкости необходимо ограничивать. Пределы емкости кон-
денсаторов плоскостного типа составляют 2 000 и 5 000 пф в за-
висимости от количества других элементов в схеме, а конденса-
торов окисного типа — 500 и 1 000 пф.
Активные элементы схемы (полупроводниковые приборы) фор-
мируются из р-п и п-р переходов, создаваемых путем диффу-
зии соответствующей примеси в тело полупроводника.
Интегральные схемы характеризуются:
чрезвычайно высокой плотностью монтажа;
небольшим числом коммутационных проводов и соединений;
простотой изготовления сложных схем благодаря применению
сменных масок;
высокой надежностью элементов, которая достигается благо-
даря использованию тщательно проверенных материалов, умень-
шению числа соединений между элементами, малой величине рас-
согласования по тепловому расширению между смежными зо-
нами монокристального блока, небольшому числу технологиче-
ских операций (по сравнению с изготовлением обычных элементов),
малой массе корпуса, что уменьшает влияние ударов и вибрации.
Недостатки этих схем:
ограниченные в небольших пределах номинальные величины
параметров элементов;
465
трудности строгого соблюдения оптимальных допусков на
каждый из элементов схемы;
значительная температурная зависимость характеристик ак-
тивных и пассивных элементов;
ограниченные возможности использования в радиосхемах и схе- t
мах аналоговых устройств из-за нежелательных переходных свя-
зей и большего рассеяния энергии или неизбежное увеличение
веса и размеров при использовании дополнительных экраниро-
вок и теплоотвода.
Создание функциональных схем связано с возникновением
принципиально новой технологии производства электронной ап-
паратуры, получившей название молекулярная электроника, или
молектроника.
Изготовление молекулярного устройства основано на синтезе
кристалла, обладающего заданными электронными свойствами,
таким образом, что при соответствующем воздействии этот кри-
сталл выполняет сложные и комплексные электронные функции,
выполнявшиеся ранее комбинацией раздельных элементов, как
активных, так и пассивных.
Молекулярное устройство, выполняющее определенную слож-
ную функцию, называется функциональным электронным блоком.
Функциональные блоки формируют, воздействуя на внутрен-
нюю структуру монокристаллов полупроводников.
В качестве примера молекулярного функционального блока,
реализованного на практике, может быть приведен преобразова-
тель переменного тока (НО в) в постоянный (9 в). В обычной схеме
такого преобразователя необходимы трансформатор, выпрями-
тель и фильтр из трех элементов. В молекулярном блоке перемен-
ный ток подводится к резистивной области, генерируемое здесь
тепло проходит через центральную область, являющуюся элек-
трическим изолятором и вместе с тем проводником тепла, а затем
превращается в постоянный ток в термоэлектрической области.
Основным процессом в технологии молекулярной электроники
является «дендритное» выращивание монокристаллов полупро-
водников в виде длинных ровных полос с оптически гладкими
поверхностями. В полосе, имеющей в длину несколько десятков
метров, могут чередоваться в заданном расположении участки
с различными свойствами, получаемыми изменением условий
в печи. Разработаны также методы дендритного выращивания
«мультизональных» кристаллов, состоящих из нескольких обла-
стей с различными электрическими свойствами.
Освоение молектроники требует проведения научно-исследо-
вательских работ в областях, близких к физике атомов, молекул
и кристаллов. Необходимо также использовать накопленные
знания о физических явлениях и их законах, пересмотрев их в
свете современной науки о чистоте и структурном совершенстве
материалов. Сюда относятся изучение эффектов Зеебека, Пельтье,
Холла и др. Особое внимание должно быть уделено исследованиям,
456
целью которых является повышение химической чистоты и улуч-
шение структуры существующих материалов, а также создание
новых материалов для молектронных приборов. Необходимо
также внимательно изучать влияние распределения примесей,
даже при ничтожном их количестве (до одной миллиардной доли).
Подобно тому, как это делается при исследовании полупровод-
ников, следует установить, в какой мере микроскопические свой-
ства материала подвержены воздействию электронов, дырок, фо-
тонов, границ между зернами, термических и механических скач-
ков, явлений Шокли и Френкеля и т. п. Не менее важно изучить
вопросы воздействия разных факторов на возникновение или ви-
доизменение физических явлений. К таким факторам, действую-
щим раздельно и в различных сочетаниях, относятся температура,
давление, свет, электрические и магнитные поля.
Явления, происходящие в молекулярной схеме, и ее функции
требуют математического описания и анализа. Если провести
всесторонние математические исследования физических процес-
сов и составить математические выражения для различных элек-
тронных функций, то расчет функциональных электронных бло-
ков можно осуществлять с помощью электронной вычислительной
машины, которая будет выбирать необходимые для реализации за-
данной функции параметры и должным образом их комбинировать.
Большое место должны занять технологические разработки, ре-
зультатом которых является технология получения материалов раз-
ного состава, методов нанесения пленок и ряда других процессов.
Молекулярные функциональные блоки имеют следующие пре-
имущества перед обычными схемами — объемными и печатными:
очень большая плотность монтажа; уменьшение потребления энер-
гии; повышение ударо- и вибростойкости благодаря малой массе.
Однако функциональные блоки имеют и некоторые недостатки:
конструирование большого числа молекулярных блоков раз-
личного назначения сложно и занимает длительное время;
свойства блоков сильно зависят от температуры;
очень сложно решать задачи электрического соединения еди-
ничной секции в многофункциональном блоке;
трудно регулировать рассеяние мощности, поэтому могут по-
требоваться громоздкие устройства охлаждения.
Разработка молекулярных устройств находится еще на самой
ранней ступени развития. Для широкого использования нового
метода конструирования радиоэлектронной аппаратуры потре-
буется дальнейшее развитие технологии.
16-2
ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МИКРОМОДУЛЕЙ
При создании микромодульных конструкций в качестве осно-
вания используют плоские тонкие пластины из диэлектриков
(микроплаты). На рис. 16-2 показана конструкция такой микро-
457
платы. Она имеет прямоугольный вырез (ключ) около одного из
углов для ориентации микроэлемента при сборке в микромодуль.
От длинной стороны выреза задается отсчет условной нумерации
пазов, к которым присоединяют выводы элемента схемы. Двенад-
цать пазов на краях платы являются выводами модульного эле-
мента и служат для соединения микромодулей друг с другом с по-
мощью вертикальных стержней. Эти пазы металлизируют и по-
крывают припоем. При сборке в микромодуль микроэлемент можно
установить в восьми различных положениях, которые однозначно
определяются положением ключа.
Стандартный размер для плат микромодулей 7,6 X 7, 6 х0,25 мм
принят на основе изучения методов и возможностей производства
элементов, а также максимальных значений мощности, частоты
и напряжения, установленных для микромодулей: рассеяния мощ-
ности 1—2 вт на один модуль,
рабочая частота — до 100 Мгцл
максимальное напряжение 75 в.
Квадрат со стороной 7,6 мм — это
наименьшая геометрическая форма,
с которой можно связывать многие
элементы цепей, включая электро-
литические конденсаторы большой
емкости, кварцевые кристаллы,
рассчитанные на частоту от 7 до
70 Мгц, катушки индуктивности
Рис. 16-2. Конструкция микро- д° 10 транзисторы, диоды, ке-
платы (указаны зона и площадь рамические резонаторы, стеклян-
рабочей части элемента). ные конденсаторы, металлические
пленочные резисторы и даже не-
которые электромеханические устройства (например, потенциомет-
ры и подстроечные конденсаторы). На одну квадратную пластин-
ку можно наносить до четырех резисторов с сопротивлением до
1 Мом, что достаточно при использовании почти всех транзистор-
ных схем.
Указанные размеры также позволяют применять любую кера-
мическую основу толщиной 0,25 мм. Для квадратной платы со
стороной 12,7 мм толщина берется примерно в 2 раза больше.
Такие размеры обусловлены требованиями плоскостности при
надлежащей прочности, необходимой при механической обра-
ботке.
Наиболее подходящим материалом для изготовления микро-
плат и других оснований микроэлементов считают керамику:
конденсаторную, ультрафарфор, стеатит. Им легко придавать
необходимую форму пластическим прессованием или горячим
литьем, тонкие пластинки из керамики обладают достаточной ме-
ханической прочностью, теплостойкостью и влагостойкостью,
а также имеют высокие изоляционные и необходимые диэлектри-
ческие свойства.
468
В США наиболее распространенным материалом для изготов-
ления микроплат является эпоксидный стеклопластик; разрабо-
таны и испытаны также опытные образцы плат из окиси алюми-
ния и керамики.
Микроплату можно использовать в качестве не только основа-
ния, но и как составную часть конструкции микроэлемента, на-
пример как твердый диэлектрик конденсатора малой емкости,
обкладки которого наносят на обе стороны платы. В некоторых
случаях, например для монтажа миниатюрных полупроводни-
ковых приборов, применяют более толстые платы с фасонными
отверстиями, выемками и т. п.
Методом вжигания или вакуумного напыления серебра, зо-
лота, платины, палладия на керамических платах создают про-
водящие участки нужной формы. Так же металлизируют пазы,
контактные дорожки для пленочных резисторов, обкладки кон-
денсаторов, проводники, соединяющие выводы элементов с па-
зами. При изготовлении проводящих покрытий методом вжигания
металла все покрытия выполняют до установки элементов на ми-
кроплату. Чтобы обеспечить контакт между выводами элемента
и проводящими покрытиями на микроплате, применяют затвер-
девающиепроводящиесуспензии металлов или пайку специальными
припоями, которые приготовляют на эпоксидных смолах и орга-
нических клеях.
При йикромодульном конструировании радиоэлектронной ап-
паратуры широко применяют пленочную технику. В виде пленок
можно получать все пассивные элементы. Их наносят либо груп-
пами на одну большую плату, либо один-два элемента на малень-
кие платы, которые затем собирают в пакет. В технике микромо-
дульного конструирования предпочтительнее применять второй
способ, так как при изготовлении элементов большими партиями
не исключена возможность большого процента брака. Если на
каждую плату наносят один элемент, то удобнее производить все
операции по его изготовлению, испытанию, контролю и т. д.,
как это делается при изготовлении обычных элементов в произ-
водственных условиях.
Рассмотрим способы изготовления некоторых микроэлементов.
Резисторы. Микромодульные резисторы выполняют на стан-
дартной микроплате путем нанесения тонкой проводящей пленки.
Обычно применяются следующие пленки: стабильные углеро-
дистые, металлические, получаемые путем спекания золото-пла-
тиновых, золото-палладиевых и других сплавов, пленки из окисей
металлов (оловянно-сурьмяные и др.), хромоникелевые и другие
пленки, наносимые на поверхность платы путем испарения. Ре-
зисторы из углеродистых смесей из-за их низкой стабильности
применять не рекомендуется.
Стабильные углеродистые пленки полу-
чают путем конденсации на керамической плате водно-угольных
паров при температуре 900—1 000° С. Величина сопротивления
459
полученного слоя зависит от давления паров, температуры нагрева
и времени испарения. Окончательную величину сопротивления
регулируют, обрабатывая пленку алмазным шлифовальным кру-
гом.
Пленки из золотц-платиновых сплавов
наносят на стеклянные или глазурованные керамические платы,
получая очень стабильные резисторы. Их сопротивление и тем-
пературный коэффициент зависят от пропорций, в которых сме-
шивают металлы. Изготовляют такие резисторы следующим обра-
зом. На тщательно очищенную стеклянную пластинку наносят
раствор, содержащий золото и платину, смешанные в масле. За-
тем платину обжигают в печи при температуре 400° С. В резуль-
тате получается слой металла, которому гравированием или фото-
механическим способом можно придавать различные конфигурацию
и размеры.
Затем сплав подвергают вторичному обжигу при температуре
600 или 700° С (в зависимости от вида изоляционной основы),
после чего получается прочно связанная с основой металлическая
пленка. Изменение величины сопротивления после вторичного
обжига ничтожно мало, и его можно заранее подсчитать.
Пленки из золото-палладиевых сплавов
можно наносить на керамические пластины также путем терми-
ческого восстановления. Сплав палладия или платины дисперги-
руют в жидкости с высокой температурой кипения и распыляют
на чистую сухую керамическую пластину. После сушки на воздухе
пластину обжигают при температуре 300° С для восстановления
палладия, а затем снова обжигают при температуре 400—750° С
для окисления остаточного углерода и обеспечения адгезии сплава
к основе.
Пленки из окисей металлов наносят распыле-
нием. Чаще других употребляются смеси из олова и сурьмы. Хло-
риды этих металлов распыляют на поверхность стекла, разогре-
того до красного свечения. В результате реакции получается
стекловидный слой окиси. Толщина его может изменяться от не-
скольких сотен до многих тысяч ангстрем. Сопротивление пленки
зависит от состава раствора. Для стабильных резисторов наибо-
лее подходящей является смесь, содержащая 7% сурьмы и 93%
олова. Этот состав имеет наименьший температурный коэффициент.
После нескольких тысяч часов работы стабильность таких пле-
нок составляет 0,1—0,2%.
Хромоникелевые и другие металличе-
ские пленки наносят на пластины путем испарения мате-
риала с поверхности вольфрамовой проволоки или спирали, на-
греваемой электрическим током в вакууме 10“5 мм рт. ст. Золото
и серебро лучше испарять с небольшой вольфрамовой ложечки
или из конического ковша.
Температуры кипения никеля и хрома мало отличаются друг
от друга, поэтому после охлаждения они образуют однородную
460
композицию. Благородные металлы при испарении не окисляются,
и свойства их мало изменяются с течением времени, но они обла-
дают низким удельным сопротивлением, и поэтому для получе-
ния заданных величин сопротивления резисторов необходимо из-
готовлять либо очень тонкие пленки, либо пленки с большими ли-
нейными размерами. При нанесении высокоомных сплавов трудно
контролировать толщину образующейся окисной пленки, но,
с другой стороны, можно получать резисторы малых линейных
размеров.
Хромоникелевые пленки для резисторов с линейной шириной
более 0,4 мм и для резисторов с меньшей линейной шириной вы-
полняют по-разному. «Широкие» резисторы изготовляют осажде-
нием паров хрома и ни-
келя на разогретую
плату; окончательная
толщина пленки при
этом получается приб-
лизительно 6 -10’6 мм.
Простые по конфигура-
ции резисторы делают с
помощью механических
масок; их обжигают в
течение примерно полу-
часа при температуре
350° С. Резисторы с ли-
нейной шириной менее
0,1 мм изготовляют пу-
тем отложения времен-
ного слоя меди, кото-
рый обрабатывают фо-
томеханическим спосо-
Рис. 16-3. Этапы производства пленочных
резисторов.
1 — подготовленная пластина (основание); 2 — на-
несение контактных площадок выводов (золото,
хром); 3 — нанесение слоя меди; 4 — нанесение све-
точувствительной эмульсии; засветка через маску и
снятие незасвеченных участков эмульсии; 5 — трав-
ление меди на участках, не защищенных эмульсией,
и снятие эмульсионного слоя; 6 — нанесение хромо-
никелевой пленки и обжиг; 7 — селективное вы-
травливание медного слоя вместе с хромоникелевой
пленкой.
бом (рис. 16-3). Осаждение хромоникелевого сплава на разо-
гретую основу ведут обычным способом, после чего медь вытрав-
ляют вместе с излишними участками резистивного сплава. В ре-
зультате получают резистор нужной конфигурации. Обжиг про-
изводят, как обычно.
На одну сторону пластины можно наносить до четырех рези-
сторов. Выводные контакты можно получать осаждением паров
на проводящий слой резистора, который предварительно обжи-
гают на основе, затем к ним припаивают проволочные или ленточ-
ные выводы.
Осаждением паров получают пленочные резисторы с сопро-
тивлением 22—100 000 ом и мощностью 0,5 вт, температурный
коэффициент их составляет менее 0,02%/°C; пленочные резисторы
из окисей металлов могут иметь сопротивление от 22 до 180 000 ом
при таком же температурном коэффициенте.
Общие характеристики микромодульных резисторов приведены
в табл. 16-1.
461
Конденсаторы. Микромодульные конденсаторы изготовляют
оутем нанесения на плату диэлектрических пленок следующих
разновидностей: 1) тонкие пластиковые пленки; 2) анодные плен-
ки; 3) керамические пленки с большой диэлектрической проница-
емостью; 4) пленки, получаемые испарением; 5) пленки из окиси
тантала и других металлов.
Таблица 16-1
Общие характеристики микромодульных постоянных пленочных резисторов
из металлических сплавов
Величина сопротивле- ния 1	Допуск на сопротивле- ние, %	Максималь- ная мощность рассеяния 2, вт, при 70° С	Максимальное напряжение, в	Максималь- ный темпера- турный коэф- фициент со- противления, %/°C
От 10 ом До 1 Мом	± 1; ±5 ± 10	1/2	100 постоянного тока Переменный ток сети	0,02
1 Планируется выпуск резисторов термисторного типа величиной 10—10 000 ом,
специального назначения величиной 50—100 000 ом и прецизионных.
2 Имеется в виду мощность рассеяния на одну плату; для больших значений мощ-
ности платы можно объединять.
Тонкие пластиковые пленки толщиной 2,5 мм
изготовляют из высокомолекулярного полистирола, который на-
носят в растворе на полиэфирную пленку, используемую в ка-
честве подложки. После того как пленка застывает, ее снимают
с подложки. Из таких пленок можно изготовить конденсаторы
объемом в 5 раз меньше бумажных. Диэлектрические свойства
этих пленок такие же, как у обычного полистирола.
Высокомолекулярный сополимер стирола с а-метилстиролом
применяется для изготовления пленок способом выдавливания
толщиной 12 мк. Конденсаторы, изготовляемые из этих пленок,
можно применять при температуре 125° С и более в зависимости
от пропорций компонентов сополимера.
В настоящее время исследуют так называемую лаковую тех-
нику, которая позволит изготовлять из высокомолекулярного
полистирола или сополимера стирола пленки толщиной 0,5 мк.
Из таких пленок и алюминиевых обкладок, получаемых испаре-
нием, можно изготовить конденсаторы очень большой емкости
при малом объеме.
Анодные пленки получают анодированием высоко-
чистой алюминиевой фольги в боратовой ванне. После анодиро-
вания фольгу высушивают и заливают эпоксидной смолой трещины,
появившиеся на анодной пленке. Образовавшаяся пленка содер-
жит 80% окиси алюминия и 20% эпоксидной смолы. Максималь-
ная рабочая температура таких пленок составляет 150° С. Потери,
диэлектрическая проницаемость и другие характеристики кон-
462
денсаторов — на основе анодных пленок с характеристиками слю-
дяного конденсатора.
Керамические п л* е н к и с большой диэлектриче-
ской постоянной толщиной 0,05 мм получают разными способами.
Один из них заключается в том, что на движущуюся конвейер-
ную ленту наливают слой жидкой керамики, толщину которого
регулируют с йомощью брусочка. Лента проходит через сушиль-
ную печь и печь для обжига. При другом методе жидкую массу
пропускают через узкую щель в дне коробки, которая движется
вдоль стеклянной пластинки. Толщина получающейся пленки
зависит от ширины щели и скорости движения коробки.
Пленки, получаемые испарением, привле-
кают особое внимание. В течение ряда лет таким способом изго-
товляли пленки из одноокиси кремния, которые применяют в ка-
честве оптических защитных покрытий. Эти пленки используют
и для производства конденсаторов с алюминиевыми электродами
(на стеклянной основе) емкостью 2 500 пф1см\ работающих при
температурах 200—250° С. Если вместо одноокиси кремния при-
менить двуокись, то характеристики конденсаторов улучшаются,
например повышается пробивное напряжение, снижаются по-
тери и т. д. Получены пленки из сульфида цинка толщиной 1 мкм.
Они имеют пробивное напряжение 100 в при емкости 10 000 пф!см\
но неустойчивы к воздействию атмосферной влаги.
Способом испарения получают пленки из фтористого магния,
фтористого кальция, силиката кальция, сульфида цинка, суль-
фида свинца, сульфида кадмия, двуокиси кремния, алюмината
магния и других материалов.
Хорошие результаты дает использование смесей из кремния
и двуокиси кремния, особенно при низкой скорости испарения
(от 10 до 15 «10-7 мм/сек), в вакууме 1—3 «Ю-5 мм рт. ст. (подроб-
нее о технологии нанесения пленок методом испарения см. ниже).
В будущем предполагают получать методом испарения пленки
из материалов с высокой диэлектрической проницаемостью (на-
пример, из окиси титана и титаната бария).
В качестве материала для обкладок пленочных конденсаторов
чаще всего используют алюминий, иногда также — хром, золото,
медь и серебро.
На рис. 16-4 показаны стадии процесса изготовления пленоч-
ных конденсаторов из фтористого магния с обкладками из зо-
лота.
Общие характеристики микромодульных конденсаторов при-
ведены в табл. 16-2.
Индуктивности. Элементы индуктивности обычно изготовляют
в виде смонтированных на микроплатах катушек, намотанных на
миниатюрные тороидальные сердечники. Тороидальная форма
обеспечивает минимальное поле рассеяния и тем самым позволяет
избежать нежелательных связей между платами микромодуля.
Так как параметры катушек индуктивности	т. д.) опреде-
463
Таблица 16-2
Общие характеристики микромодульных конденсаторов
Тип конденсатора	Материал		Емкость	Напряже- ние, в
Общего назначения	Керамические пленки	тонкие	0,01—0,3 мкф	5О+ЮО7о
То же	Керамическая толщиной 0,25	пленка мм	0,0001—0,1 мкф	ЮО+ЮОо/о
Прецизионные для температурной ком- пенсации	Керамические пленки	тонкие	50—2 000 пф	50 мкв
То же	Керамическая толщиной 0,25	пленка мм	0—1 000 пф	100 мкв
ляются характеристиками ферритовых сердечников, то основное
внимание уделяют улучшению свойств их материала. Создан,
например, феррит, температурный коэффициент магнитной про-
ницаемости которого можно регулировать в пределах от 200 х
Х1О’6 до -500 ‘Ю-6 на градус. Индуктивность катушек может
быть от нескольких микрогенри до 10 мгн при рабочей частоте
от 100 кгц до 100 Мгц.
Плоские катушки ин-
дуктивности изготовляют
теми же способами, что и
резисторы, т. е. в основ-
2	3
ном методом напыления в
вакууме. Для изготовле-
ния плоских магнитных
цепей применяют магнит-
ные пленки. Их получают
испарением, электролити-
Рис. 16-4. Этапы производства пленочных
конденсаторов.
1 — нанесение выводов (золото, хром); 2 — на-
несение обкладок (золото); 3 — нанесение диэлек-
трика (фтористый магний) и отжиг (в течение
30 мин при 300° С); 4 — наложение общей об-
кладки; 5 — припайка выводов, готовый блок
конденсаторов.
ческим осаждением из по-
рошков магнитных спла-
вов, а также путем накат-
ки и травления.
Методы испарения маг-
нитных пленок схожи с
методами, применяемыми
для нанесения резистивных материалов, с той разницей, что
испарение производят в сильном магнитном поле для ориентации
диполей. Обычно используют сплавы, как никель — железо, в
соотношении 7 : 3. Температуры испарения никеля и железа до-
статочно близки, чтобы избежать разделения компонентов сплава.
Этим способом получены пленки толщиной до 2 мк.
Полупроводниковые приборы. Создание микроминиатюрных
полупроводниковых приборов и повышение их надежности явля-
ется одной из самых трудных и важных задач микроминиатюри-
464
зации. Относительно большие размеры полупроводниковых при-
боров определяются главным образом размерами корпусов,
так как сами полупровод-
никовые переходы зани-
мают очень малую часть
общего объема. Для сокра-
щения размеров приме-
няют некапсюлированные
полупроводниковые эле-
менты, которые можно кре-
пить непосредственно на
микроплате. Один из спо-
собов 1 состоит в заделке
Рис. 16-5. Конструкция микромодульного
транзистора.
1 — металлическая крышка; 2 — транзистор; 3 —
уплотнительное кольцо; 4 — металлизированные
выводы транзистора.
транзисторного элемента в углублении между двумя пластинами
или же транзистор помещают в углубление пластины и накры-
Рис. 16-6. Диффузионный транзистор
на монтажной плате.
1 — эмиттер; 2 — база; 3 — травленая ка-
навка; 4 — СВЯЗЬ с помощью эпоксидной
смолы; 5 — монтажная плата.
вают металлической крышкой
(рис. 16-5). Полупроводниковый
элемент соединяют с пазами для
выводов посредством печатных
проводников, нанесенных на по-
верхность пластины.
Пример конструкции микро-
диода приведен на рис. 16-10.
В микромодулях применяют
высокочастотные германиевые
транзисторы диффузионного и
сплавного типа. Германиевые
диффузионные транзисторы из-
готовляют фотолитографически-
ми методами. Их удобно соеди-
нять с печатными проводника-
1	2	3 4
ми, наносимыми на пластину
испарением в вакууме. На рис. 16-6 показан диффузионный тран-
зистор, установленный на монтажной плате. Круглую германие-
вую матрицу (диаметр около
1 мм, толщина 0,1 мм) при-
паивают или приклеивают к
монтажной плате, которая
служит в качестве коллектор-
ного контакта. Площади ба-
зового и эмиттерного кон-
такта каждая в отдельности
составляют примерно 0,1 X
х0,3 мм; для этих контак-
тов протравливают канавку глубиной 0,01 мм и площадью 0,4 X
х0,4 мм. Верхнюю часть матрицы покрывают фотоэмульсией,
Рис. 16-7. Поперечный разрез диффу-
зионного транзистора.
1 — база; 2 — эмиттер; 3 — фотоэмульсия;
4 — германиевая матрица.
1 Разработан фирмой RCA (США).
465
освещают через маску с требуемым рисунком, проявляют и неза-
свеченные участки эмульсии вымывают. Оставшаяся часть эмуль-
Рис. 16-8. Поперечное сечение сплавного
транзистора, вставленного в отверстие на
керамической плате (соединительные про-
вода эмиттерного и базового электродов
не показаны).
1 — индий; 2 — эмиттер; 3 — эпоксидная смола;
4 — держатель базы; 5 — германий; 6 — кера-
мика; 7 — коллектор; 8 — проводящий клей.
сии служит защитным по-
крытием. На поверхности
эмиттера и базы образуют-
ся незащищенные участки
(рис. 16-7). Транзистор
вставляют в паз керами-
ческой платы (модуля), а
специально предусмотрен-
ный зазор заливают эпок-
сидной смолой, которая
обеспечивает механическое
крепление. Проводники,
соединяющие электроды
транзистора с серебряны-
ми проводниками на плате, наносят методом испарения алюминия
в вакууме через точную маску.
Транзистор сплавленного типа (рис. 16-8) имеет эмиттерный
и базовый электроды с одной стороны матрицы, а коллекторный —
с противоположной. На
рис. 16-9 показано сече-
ние транзистора на кера-
мической плате, гермети-
зированного в корпус.
Метод крепления такого
транзистора на плате по-
добен методу крепления
Рис. 16-9. Поперечное сечение сплавного
транзистора, герметически закупоренного
в корпус.
1 — металлическая пластинка; 2 — индий; з —
эпоксидная смола; 4 — транзистор; 5 — индий;
6 — керамика; 7 — проводящий адгезив.
некапсюлированных тран-
зисторов, только в этом
случае транзистор встав-
ляют в паз на плате эмиттерной и базовой стороной. Кроме то-
го, керамику около эмиттерного паза металлизируют.
Диоды изготовлять легче, так как они имеют всего один пере-
ход. Этот переход получают диффузией в твердом состоянии на
материале типа р, в ре-
зультате чего образуется
поверхность типа п и, сле-
довательно, переход р-п.
Систему покрывают фото-
эмульсией через трафарет,
а на поверхность наносят
электролитическим путем
золото для получения элек-
Рис. 16-10. Конструкция микродиода.
1 — галета; 2 — заливочная смола; 3 — прово-
дящая эпоксидная смола; 4 — алюминий; 5 —
паяное соединение; 6 — кремниевый диод.
трического контакта. Креп-
ление диода на плате осуществляется таким же образом, как
это делается и у транзисторов. Допустимая рабочая темпера-
тура окружающей среды повышается для кремниевых диодов до
466
+ 125°C, а допустимые температуры перехода — от —90° до
+200° С.
Обратный ток типичного микродиода при напряжении 3 в
составляет 2 мка и при напряжении 10 в — 2,2 мка. Прямой ток
при напряжении 1 в составлял 150 ма.
В микромодульной системе, помимо полупроводниковых эле-
ментов, могут быть использованы и микроминиатюрные термо-
электронные лампы. Безнакальные миниатюрные лампы исполь-
зуют вместо транзиторов. В таком случае не требуется вспомога-
тельных систем охлаждения, а значит, повышаются общая эф-
фективность и надежность оборудования, увеличивается срок
его службы.
16-3
ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
ПЛЕНОЧНЫХ МИКРОСХЕМ
Электрические элементы схем, используемые для генериро-
вания, преобразования и передачи сигналов, обычно занимают
лишь небольшую долю общего веса и объема аппаратуры, хотя
и выполняют основную функцию радиоприбора.
. Для оценки электронных цепей вводится понятие «объемный
коэффициент качества», или «коэффициент использования объема».
Это —- отношение объема элементов, воздействующих на сигнал,
к объему всего прибора. Для обычной технологии характерны ма-
лые значения коэффициента использования объема. Разработка
микросхем была связана именно с повышением коэффициента ис-
пользования объема.
Как уже говорилось, пассивные элементы микросхем могут
быть получены осаждением в вакууме проводящих, резистивных,
магнитных и диэлектрических пленок. Техника нанесения пле-
нок позволяет получить элементы, эквивалентные по параметрам
любым из существующих обычных элементов, за исключением
больших индуктивностей. В то же время могут быть созданы эле-
менты с распределенными параметрами, обладающие новыми
свойствами.
Хуже обстоит дело с активными элементами микросхем. Ес-
тественным кажется использование полупроводниковых приборов.
Однако, хотя методом осаждения и получены единичные кристаллы
кремния, на практике такие полупроводники еще широко не ис-
пользуются.
В связи с созданием новой технологии в электронном произ-
водстве появился новый для него термин «морфология», описываю-
щий метод «монтажа» микросхем, в котором большую роль играет
форма элементов схемы.
Существенную часть конструирования составляет выбор ма-
териалов. В качестве подложки, которая большей частью служит
основой для нанесения пленок, обычно используют диэлектрики,
467
например стекло, кварц, титанат бария, некоторые пластмассы,
окись алюминия и др. В отдельных случаях, если подложка участ-
вует в обработке сигнала, она изготовляется из металла.
Материал для резистивных пленок выбирают в зависимости
от требуемой величины сопротивления. Они могут быть из теллура
или из высокоомного сплава типа нихрома. Линейные размеры
определяются удельным сопротивлением пленки, ее формой и тол-
щиной. Площадь поверхности резистора зависит от его мощности
и от заданной величины параллельной ему распределенной ем-
кости. Емкость определяется площадью токопроводящих пленок,
толщиной изоляционной прослойки (обычно подложки) и ее ди-
электрической постоянной.
Определением материалов, формы и толщины пленок, участ-
вующих в схеме, а также их взаимного расположения заканчи-
вается разработка морфологии микросхемы.
Следующим этапом является нанесение пленок. Участки под-
ложки, покрываемые пленкой, ограничивают либо теневыми мас-
ками, либо масками, наносимыми в виде специального покрытия
,с помощью трафаретов. Теневые маски изготовляют из металла
или изолирующего материала. Маскирующие покрытия наносят
специальной краской, закрывающей те части подложки, которые
не должны быть покрыты пленкой. После осаждения пленки ма-
скирующее покрытие смывают. Способ теневой маски проще,
чем способ маскирующего покрытия.
Монтаж микросхемы удобно начинать с осаждения проводящей
пленки. Затем наносят резистивную пленку, края которой для
создания электрического контакта должны частично захватывать
края проводящей пленки. Таким образом, границы поверхности
резистора определяются положением краев проводящей пленки.
Так как проводящая пленка наносится первой, образуя вы-
водные контакты, то возможен контроль величины сопротивления
в процессе осаждения.
Последним этапом в изготовлении пленочных микросхем явля-
ется их защита. Микросхемы заключают в сборный или литой
корпус или заливают компаундом.
В качестве примера последовательности изготовления микро-
схемы может быть рассмотрен генератор, электрическая схема
которого показана на рис. 16-11. В качестве подложки, выполняю-
щей одновременно функции диэлектрика для конденсатора и изо-
лирующей основы, — для остальной части схемы выбирают ма-
териал с высокой диэлектрической проницаемостью. Подложка
в данном случае выполнена в виде диска, но возможны и другие
формы.
Морфология микросхемы показана на рис. 16-12. На верхнюю
сторону подложки наносят резистор в форме разомкнутого кольца.
Он представляет собою комплекс всех резисторов схемы. В не-
скольких местах под пленку помещают проводящие полоски,
являющиеся отводами. На часть нижней стороны подложки, рас-
468
Рис. 16-11. Схема генератора.
а — обычное исполнение; б — микросхемное ис-
полнение.
положенную под одной из секций резистора, наносят проводящую
пленку, которая выполняет функций заземленного элемента схемы.
Для нанесения всех
этих пленок используют
маски. Подложку с маской
помещают в вакуумную ка-
меру. Пленка наносится в
три приема: проводящую
пленку осаждают с обеих
сторон, а резистивную —
с одной стороны подлож-
ки. Затем подложку вы-
нимают из камеры и сни-
мают маску. После этого
присоединяют транзистор.
Диаметр подложки 22 мм,
толщина 0,5 мм. Эквива-
лентная плотность монта-
жа (включая транзистор)
составляет 40 тыс. дета-
лей в 1 дм3. Прибор весит 1,4 г без корпуса и 4 г с корпусом.
Описанные способы выполнения микросхем представляют со-
бой лишь первый шаг на пути создания новой тонкопленочной
Вид сверху Вид снизу
Вид сверху Вид снизу
Вид сверху Вид снизу
г)
Рис. 16-12. Морфология микросхемы генератора.
а — резистивная пленка; б — проводящая пленка; в — сборка
пассивной схемы; г — генератор в сборке.
технологии. В настоящее время разрабатывают ионную пушку
по типу электронной. Предполагается, что осаждение будет осу-
ществляться с программным управлением траекторией отклоне-
469
ния ионного пучка, который будет как бы «вычерчивать» заданную
схему.
Способом испарения в вакууме могут быть получены элементы
схем с распределенными параметрами. Разработаны пассивные
четырехполюсники с распределенными резисторами и емкостями.
Из этих четырехполюсников могут быть созданы функциональные
схемы, которые невозможно выполнить из ограниченного числа
обычных элементов.
На рис. 16-13 показана структура некоторых ЯС-цепей в виде
четырехполюсников с распределенными параметрами, выпол-
ненных методом микросхем. Такой че-
тырехполюсник состоит из подложки,
изготовленной из материала с высокой
диэлектрической проницаемостью, и
нанесенных на нее пленок: резистив-
ной с одной стороны подложки и про-
водящей — с другой. Проводящие плен-
ки A, Bf F и С образуют входные и
выходные контакты. Четырехполюсни-
ки ли б характеризуются равномерным
сопротивлением и равномерной емко-
стью на единицу площади. Они экви-
валентны линии передачи с постоянным
волновым сопротивлением. Четырехпо-
люсники в и г, сопротивление и емкость
которых переменны, аналогичны линии
с переменным волновым сопротивле-
нием.
Характеристики четырехполюсника
с распределенными параметрами регу-
лируют, изменяя форму нанесенных
пленок, сопротивление резистивной
пленки, емкость на единицу поверхно-
сти между проводящей и резистивной
пленками и расположением выводов на
последней. Сопротивление резистивной
пленки регулируют, изменяя ее толщи-
поверхности — варьируя толщину под-
ложки либо форму и расположение проводящей пленки по отно-
шению к резистивной.
Индуктивности больших значений трудно изготовлять мето-
дом тонких пленок, и это снижает диапазон использования тонко-
пленочной технологии. Однако уже найдены способы введения
в схему эквивалента сосредоточенной индуктивности, получае-
мого путем сочетания емкости активных элементов и обратной
связи. Малые индуктивности, как показано выше, изготовляют
осаждением проводящих и магнитных пленок соответствующей
конфигурации.
470
Резистивная Проводящая
Вид спереди Вид сзади
Рис. 16-13. Четырехполюс-
ники с распределенными
постоянными.
а — простой RC; б — простой
RR; в — линейно изменяющий-
ся RC] г — экспоненциально
изменяющийся RC.
ну, а емкость на единицу
Расчет четырехполюсников с распределенными параметрами
ограничивают определением характеристик установившегося ре-
жима и сводят к нахождению величины полного сопротивления
Z в операторной форме. С помощью величины Z четырехполюсник
по отношению к внешней цепи может характеризоваться мини-
мальным количеством независимых параметров.
Способы изготовления тонких пленок весьма разнообразны
и приведены в табл. 16-3.
Таблица 16-3
Методы получения тонких пленок
1. Термическое испаре- ние в вакууме	а)	Резистивное испарение б)	Испарение электровакуумной дугой в)	Испарение электронной бомбардировкой г)	Испарение лазерным лучом
2. Распыление бомбар- дировкой ионами	а)	Катодное распыление б)	Катодное распыление со смещением в)	Катодное распыление с питанием электродов асимметричным переменным напряжением г)	Геттерное катодное распыление д)	Электрохимическое катодное распыление е)	Реактивное распыление ж)	Ионно-плазменное распыление (триодная схема распыления) з)	Катодное распыление с изоляцией испаряе- мого материала тлеющим разрядом
3.	Вжигание
4.	Химическое осаждение
5.	Электрохимическое осаждение
6.	Термохимическое разложение
7.	Разбрызгивание
8.	Диффузия при высоких температурах
9.	Газопламенное распыление
10.	Окунание
Рассмотрим основные методы.
Термическое испарение в вакууме
Получение пленок термическим испарением в вакууме состоит
из испарения вещества и последующей конденсации его паров
на подложке. Для того чтобы атом поверхностного слоя вещества
471
мог испариться с поверхности, он должен обладать достаточной
энергией, за счет которой он может преодолеть силы, удерживаю-
щие его на поверхности. Эту энергию активации атом получает
за счет тепловой энергии, подводимой к испаряемому веществу.
Быстрое испарение металлов и сплавов в вакууме происходит
при достижении ими температуры, соответствующей давлению
паров порядка 10“2 мм рт. ст.
Зависимость давления паров от температуры описывается
уравнением
lSP=-~-BlgT+C,	(16-1)
где Р — давление насыщенного пара, мм рт. ст.;
Т — абсолютная температура, ° К;
А, В, С — постоянные эмпирические коэффициенты.
Скорость испарения, т. е. количество материала, испаряе-
мого в 1 сек с 1 см2 поверхности испарителя, определяется из урав-
нения (16-2):
и = 0,0585Р1^^^6^10-^^,	(16-2)
где v — скорость испарения, г!см2 •сек;
М — молекулярный^ вес, г;
Т — абсолютная температура, ° К.
Пленки некоторых металлов, например хрома, магния, ро-
дия, могут быть получены испарением из твердого состояния (су-
блимацией), но в большинстве случаев нанесению испарением
предшествует плавление металла. Металлы в парообразном со-
стоянии, за исключением сурьмы, являются одноатомными.
Рассмотрим некоторые закономерности, которым подчиняются
испаренные атомы.
Согласно кинетической теории газов длина свободного про-
бега молекул % определяется из уравнения
тс-2
(16-3)
Зу^2л62Р
где 6 — эффективный диаметр молекул, см;
т — масса молекул;
с — средняя квадратичная скорость молекул.
Прямолинейное движение атомов и молекул в вакууме (без
столкновений и рассеяний) происходит при условии, когда
h^d,	(16-4)
где d — расстояние между испарителем и приемной поверхностью.
При выполнении условия, описываемого неравенством (16-4), на
поток цосторонних частиц (молекулярный) распространяются за-
коны геометрической оптики Ламберта, которые в приложении
472
к движению молекулярных потоков носят название законов Кнуд-
сена и формулируются следующим образом:
1.	Интенсивность излучения частиц с поверхности испари-
теля под углом ф к нормали этой поверхности пропорциональна
cos ф.
2.	Число атомов металла, достигающих единицы приемной по-
верхности в секунду при точечном испарителе, обратно пропор-
ционально квадрату расстояния от испарителя до подложки.
После испарения металла его необходимо сконденсировать
на приемной поверхности. Конденсация — это процесс перехода
металла из парообразной фазы в твердую или жидкую.
При выборе режима испарения и конденсации, а также при
вычислении толщины слоя необходимо знать количество испарен-
ных металлических атомов, которые образуют тонкую пленку
испаренного вещества, а также скорость конденсации, определяе-
мую уравнением
vx — т,	(16-5)
где — скорость конденсации молекул;
п — число молекул, ударяющихся в единицу времени о по-
верхность подложки;
а — коэффициент аккомодации, представляющий собой от-
ношение числа молекул, фактически сконденсировав-
шихся на поверхности в единицу времени, к числу мо-
лекул, ударившихся о поверхность за то же время.
Известно, что для каждого вещества существует критическая
температура поверхности подложки, выше которой атомы испа-
ренного металла полностью отражаются от подложки. Эта вели-
чина зависит от природы пара, образующего атомный пучок,
от природы подложки, степени ее чистоты, а также от интенсивно-
сти или плотности падающего атомного пучка.
Теоретическая зависимость критической плотности падающего
атомного пучка от температуры подложки описывается уравне-
нием
Тк = Лехр^,	(16-6)
где ук — критическая плотность пучка;
к — постоянная Больцмана;
Т — соответствующая температура поверхности подложки;
иг — энергия связи атома, адсорбированного на поверхности,
и атома из пучка, вошедшего в дублет;
А — постоянная, зависящая от рода вещества.
Величина их характеризует скорость процесса конденсации.
Чем больше и1ч тем больше коэффициент аккомодации конденсирую-
щихся частиц.
При большей плотности пара испарившиеся с подложки атомы
схватываются вновь образующимися частицами и, осаждаясь на
473
подложке,, совместно образуют ядра конденсации. При увеличе-
нии плотности пара критическая температура подложки увели-
чивается. Изменяя свойства подложки, например, заранее обра-
зуя ядра коденсации предварительным нанесением слоев веще-
ства, можно управлять структурой и свойствами получаемой
пленки. Поверхностная миграция металлических атомов зависит
от материала пленки и подложки. На степень поверхностной ми-
грации оказывают влияние температура подложки и скорость на-
несения пленки. Имеет значение также загрязнение подложки
и наличие окисного слоя, который может возникнуть в процессе
термического испарения между пленкой и подложкой.
Такой окисный слой образуется, например, при нанесении же-
леза и нихрома, чем и объясняется хорошая адгезия этих пленок,
например, к стеклу и ситаллу. Пленки из платины, родия, ре-
ния и других благородных и
тугоплавких металлов, которые
не подвержены или слабо под-
вержены окислению, имеют
очень плохую адгезию, поэтому
между ними и стеклянной или
ситалловой подложкой создают
тонкий промежуточный подслой
из материала с высокой адге-
зией.
Распределение конденсата по
приемной поверхности происхо-
дит в соответствии с законами
Кнудсена для молекулярных по-
токов, из которых вытекает принципиальная возможность мето-
дом термического испарения получить пленки металлов с равно-
мерным распределением по толщине, что чрезвычайно существен-
но для создания, например, прецизионных переменных резисто-
ров.
На равномерность распределения пленки по поверхности под-
ложки влияет целый ряд факторов, в том числе сама форма при-
емной поверхности, а также располбжение испарителей относи-
тельно этой поверхности. Кроме того, существенным является рас-
пределение потока пара испаряемого вещества в пространстве:
является ли оно равномерным во всех направлениях (в случае
точечного источника) или существует какое-либо преимуществен-
ное направление. Поэтому для получения равномерной пленки
на приемной поверхности весьма существенным представляется
выбор конструкции испарителей. Вполне естественно, что выбор
определенной конструкции испарителя зависит от целого ряда
факторов, связанных с формой испаряемого вещества (порошок,
проволока, кристаллы). Рассмотрим наиболее общий случай рас-
пределения молекул испаряемого вещества, а именно направлен-
ный поверхностный источник. Пусть источником молекул явля-
Рис. 16-14. Схематическое изображе-
ние распределения потока испаряе-
мого материала.
474
ется маленькая плоская площадка с постоянной по ее поверх-
ности температурой.
В соответствии с положениями Кнудсена испарение с такой
поверхности равномерно и будет происходить в зависимости от
угла испускания паров.
Допустим, что испарение происходит с небольшой плоской
площадки. Количество вещества, испаряющегося с этой площадки
за 1 сек, равно т, г/сек. Тогда в соответствии с законом косинуса
количество вещества, испускаемого в телесном углу dco (рис. 16-14)
по направлению, образующему угол ср с нормалью, равно:
dm = ri^- cos ср с/со.
л Y
Если плотность испаряемого вещества равна у, толщина пленки,
образовавшейся за единицу времени, равна А, тогда количество
вещества, осажденного на площадку dSr, будет составлять:
dm~yhdS1,	(16-8)
Приравнивая уравнение (16-7) к уравнению (16-8), имеем:
yh dS± = cos ср с/со;
7 dSr cos 6
C/CD =—------
r2 >
(16-7)
(16-9)
(16-10)
откуда
7 7 О TYb	d S Л	f.
yhdS1 = — cos срcos 9;
(16-11)
д т cos2 ф
л yr2
(16-12)
В случае, если испарение происходит с малой площадки на по-
верхность, параллельную поверхности излучения (рис. 16-15),
то выражение (16-12) ввиду равенства углов ср и 0 можно записать:
__т cos2 ф
л уг2
слоя в точке О (рис. 16-15), так как cos ср обраща-
равна:
Отсюда толщина
ется в единицу,
7 _ mi
0 пу г2 ‘
точке R соответственно
7n __ т COS2 Ф_
nR “ Я7 ~~г2~ “ лу (I2 + 62)2 •
Отношение толщин в точке О и в точке R
h0 .	/4
^"G2 +ба-
Толщина слоя в
(16-13)
(16-14)
475
Рис. 16-15. Схематическое изо-
бражение распределения испа-
ряемого материала по прием-
ной поверхности, параллель-
ной поверхности испарения.
Испарение неп
в о м осуществляется путе
Нетрудно показать, что точечный источник можно рассматривать
как частный предельный случай поверхностного источника. Ана-
лизируя формулу (16-13), можно сказать, что с увеличением рас-
стояния от испарителя до подложки общая толщина пленки умень-
шается, но одновременно и уменьшается ее неравномерность по
толщине, так как при г -> оо угол ср -> 0 и величина cos (р —> 1,
а следовательно, h0.
Однако практически выполнить это условие невозможно, по-
этому для получения равномерного покрытия нужно выбрать та-
кое взаимное расположение испарителя и подложки, которое
обеспечило бы минимальный разброс
по толщине и в то же время было
технологически выполнимо.
Физико-технические свойства пле-
нок во многом зависят от способа,
которым испаряемый материал на-
гревается до температуры испарения
или возгонки. Существующие испа-
рители можно разделить на две груп-
пы: испарители с непосредственным
нагревом и испарители с косвенным
подогревом. В зависимости от спосо-
ба нагрева испарители подразделяют-
ся на резистивные, индукционные и
электронные; в зависимости от кон-
струкции — на проволочные, ленточ-
ные и тигельные (автотигельные); в
зависимости от формы — на точеч-
ные, ленточные, кольцевые и дру-
гие формы испарителей.
осредственным подогре-
м разогрева их при пропускании элек-
трического тока. Преимущество такого метода испарения заклю-
чается в том, что отсутствуют элементы подогревателя, способ-
ные загрязнить наносимую тонкую пленку.
Обычно используют непосредственное испарение с проволоки
или системы проволочек. Этот метод успешно применяется для
пленок тугоплавких металлов. Между двумя проводниками, из-
готовленными из напыляемого металла, создают точечный кон-
такт и нагревают этот контакт током достаточной величины. В ме-
сте соединения образуются расплав металла и испарение его,
тогда как другие участки проводника имеют температуру ниже
точки плавления. Таким способом были получены пленки воль-
фрама, молибдена и тантала хорошего качества.
Существует способ получения тонких пленок тугоплавких ме-
таллов при помощи электровакуумной дуги. В этом случае элек-
троды из испаряемого металла монтируются на изолированном
основании.
476
От обычного сварочного генератора на электроды подается на-
пряжение. Подвижный электрод соприкасают с неподвижными
для зажигания дуги, а затем отводят обратно. Дуга гасится вы-
ключением сварочного генератора. Во время возникновения дуги
на подложку напыляется пленка из материала электрода.
Методом электровакуумной дуги были получены пленки из
ниобия, тантала, ванадия и других металлов.
При испарении с косвенным подогревом
испаряемое вещество разогревается специальными подогревате-
лями, выбор материала которых в основном определяется следую-
щими требованиями:
1.	Давление пара материала подогревателя должно быть пре-
небрежимо малым при рабочих температурах испарения.
2.	Испаряемый материал в расплавленном состоянии должен
хорошо смачивать материал подогревателя, обеспечивая хороший
тепловой контакт.
3.	Не должно происходить никаких химических реакций между
материалом подогревателя и испаряемым металлом, а также не
должны образовываться сплавы между этими веществами.
Возможность загрязнения испаряемого вещества материалом
подогревателя является одним из основных недостатков этого ме-
тода. Степень загрязнения возрастает при испарении металлов
с высокой температурой испарения. Практически в технике
тонкопленочных покрытий применяются главным образом воль-
фрамовые проволочные подогреватели; большое распространение
получили подогреватели из молибдена и тантала. Испарители
с косвенным подогревом могут быть проволочные и ленточные
(изготовленные из листового материала). При небольших коли-
чествах испаряемого металла и при условии, что испаряемый
металл смачивает материал подогревателя, применяются 7-образ-
ные, W-образные, волнообразные и спиральные испарители, на
которые насаживается испаряемый материал в виде загнутых ку-
сочков проволок или полосок листового материала.
Испарители V- и W-образной, волнообразной и спиральной
формы хорошо противостоят вибрации, характеризуются одно-
родным испарением, при их использовании легко осуществляется
температурная компенсация.
При испарении хрома, кадмия и некоторых других металлов
применяют способ, состоящий в предварительном гальваническом
покрытии испаряемым металлом тщательно протравленной поверх-
ности подогревателя.
Гальваническое покрытие улучшает тепловой контакт между
испаряемым веществом и подогревателем и облегчает процесс
испарения.
4	Для испарения больших количеств металла и порошкообразных
материалов применяют испарители в виде лодочек или тиглей,
подогреваемых электрическим током. Чашечки (тигли) изготав-
ливают из листового тантала, вольфрама, молибдена, платины.
477
Для испарения металлов с высокой точкой плавления применяют-
ся тигли из алунда, окиси циркония, окиси бериллия, внутри ко-
торых расположена вольфрамовая проволочная спираль. Такие
тигли используют для испарения металлов с точкой плавления
до 1 600-1 750° С.
Для испарения металлов при температуре порядка 2 200° G
применяют массивные тигли из окиси тория.
Для еще более высоких температур испарения в качестве
материала для испарителей применяется графит.
Однако при этом необходимо учитывать, что при высоких тем-
пературах многие металлы, например алюминий, реагируют с уг-
леродом, образуя карбиды. Недостатком графитовых тиглей яв-
ляется также их способность легко поглощать газы, что осложняет
их технологическую обработку в вакууме.
Интерес представляет высокочастотный метод
испарения металлов. При этом способе исключается контакт
испаряемого вещества с материалом тигля.
Поле высокой частоты плавит испаряемый металл во взвешен-
ном состоянии. Капля полученного расплавленного металла ос-
тается во взвешенном состоянии в течение всего процесса испаре-
ния. Таким образом удалось получить пленки алюминия, серебра,
титана, кобальта, железа, меди.
Новейшим методом испарения является метод нагрева
при помощи фокусированного излучения,
лазера, находящегося вне вакуумной камеры. Лазером легко
испарять тугоплавкие металлы, кроме того, при помощи лазерного
луча можно разогреть только небольшую часть испаряемого веще-
ства, в то время как тигель, в котором это вещество расположено,
остается холодным. Таким образом исключается загрязнение, вно-
симое в пленку при использовании обычных испарителей с кос-
венным подогревом.
Наиболее эффективным способом термического испарения ма-
териала является метод электронной бомбар-
дировки. Электронный испаритель построен по принципу обыч-
ной электронной пушки, применяемой в электроннолучевых уста-
новках. Электроны, испускаемые накаленным катодом, фокуси-
руются с помощью специального устройства, и пучок, обладающий
высокой концентрацией энергии (порядка 5 -108 вт/см2), направ-
ляется на испаряемый материал. В большинстве случаев испарение
ведется из жидкой фазы, в отдельных случаях возможно испарение
и из твердой фазы (сублимация).
Испарители, использующие нагрев электронным пучком, по-
лучили широкое распространение, так как с их помощью удается
испарять самые тугоплавкие металлы. Кроме того, нагрев электрон-
ной бомбардировкой дает возможность избежать непосредствен-
ного контакта расплавленного испаряемого вещества с материалом
тигля. Чаще всего материал помещают в тигель, все время охла-
ждаемый проточной водой, так что вся масса металла не может
478
расплавиться, тогда как небольшой участок, на котором сосредо-
точен электронный пучок, служит источником незагрязняемых
примесями паров металла, и, таким образом, удается исключить
один из источников загрязнения пленок.
Испарение из жидкого состояния, помимо
испарения из охлаждаемого тигля, возможно путем электронной
бомбардировки вершины проволоки, прутка или штабика из испа-
ряемого материала. Расплавленный материал собирается в каплю
под действием сил поверхностного натяжения и не контактирует
ни с каким поддерживающим приспособлением, поэтому загрязне-
ния практически устраняются. Теплопроводность испаряемого
металла должна быть достаточно высокой, чтобы предотвратить
увеличение размера жидкой капли до величины, когда поверхност-
ное натяжение не в состоянии удержать ее на торце материала.
Испарение из твердой фазы осуществляется
прогревом испаряемого материала расфокусированным электрон-
ным пучком до температур, не превышающих температуру плав-
ления испаряемого материала. В этом случае возможна регули-
ровка скоростей испарения в весьма широком интервале.
К достоинствам метода нужно отнести получение пленок боль-
шой чистоты и однородного состава. Метод позволяет легко конт-
ролировать и регулировать как мощность нагревания, так и ско-
рость напыления.
Другим важным фактором для получения высококачественных
прочных, например резистивных, пленок путем термического
испарения является тщательная предварительная очистка покры-
ваемой поверхности. Величина адгезии пленки к поверхности под-
ложки и микроструктура пленки определяют надежность работы
покрытия.
Катодное распыление
Сущность процесса катодного распыления сводится к исполь-
зованию давно замеченного характерного для тлеющего разряда
явления разрушения катода под действием бомбардировки его
ионизированными атомами инертного газа.
Распыляемость вещества ионами обычно характеризуется коэф-
фициентом катодного распыления, который равен числу атомов,
расцыляемых под действием одного иона.
Коэффициент катодного распыления зависит от очень многих
параметров: от угла падения, атомного номера, энергии и массы
бомбардирующих ионов, атомного номера распыляемого вещества,
теплоты возгонки этого вещества, плотности тока ионов, давления
остаточных газов и т. п.
Следующая формула позволяет вычислить коэффициент катод-
ного распыления:
S = 6,02 • 1023т	(16-15)
479
где S — коэффициент катодного распыления, атомов/ион;
6,02 *1023 — постоянная Авогадро, моль'1;
т — вес распыленного вещества, г;
Ze — заряд иона, к;
I — ток ионов, а;
t — длительность бомбардировки, сек;
А — атомный вес вещества, г.
В настоящее время наиболее правдоподобным является объяс-
нение теории катодного распыления импульсным механизмом.
Положительный ион газа, ударившись о катод, не выбивает атом
из металла, а лишь приводит его в колебание около положения
равновесия. Возмущение, вызванное ионом, передается вдоль плот-
но упакованных атомных рядов кристаллической решетки, причем
некоторая часть энергии распространяющихся волн направлена
к поверхности металла. В результате этого поверхностный атом
получает энергию от соседнего атома, принадлежавшего к плотно
упакованному ряду. Если энергия, полученная поверхностным
атомом, превзойдет энергию связи, то этот атом покидает поверх-
ность металла. Такое разрушение происходит по всей поверхности
катода, покрытой разрядом, и осуществляется при давлении газа
от 1 до 10“2 жж рт. ст.
Отличительным признаком тлеющего разряда является рас-
пределение потенциала в газе, характеризуемое катодным паде-
нием, т. е. изменением потенциала на несколько сотен вольт на
расстоянии от катода до области разряда, называемой областью
отрицательного тлеющего свечения. Это распределение потенциала
обусловлено типичным для тлеющего разряда расположением
пространственных зарядов. Оно сопровождается характерным
внешним видом разряда, как бы распадающегося на несколько
частиц.
Нетрудно показать, что для поддержания разряда важны про-
цессы ионизации в темном катодном пространстве, а положитель-
ный столб выполняет функцию пути проводимости между анодом
и областью отрицательного свечения.
Рассмотрим некоторые закономерности, характерные для катод-
ного распыления. Зависимость количества распыленного вещества
Q от давления газа и расстояния до приемной поверхности описы-
вается уравнением
где d — расстояние от катода до приемной поверхности;
р — давление газа;
кг — постоянная.
Как известно, критическая величина катодного падения потен-
циала приблизительно равна 500 в, ниже этой величины катодное
распыление происходит чрезвычайно медленно. При катодном па-
дении больше критического количество распыляемого вещества
480
пропорционально разности между этим катодным падением и зна-
чением критического катодного падения. Тогда количество распы-
ленного вещества
<2 = 7?.	(16-17)
где и — разность между катодным падением и величиной критиче-
ского катодного падения.
Кроме того, количество распыленного вещества при прочих
равных условиях пропорционально току I. Таким образом, урав-
нение (16-17) можно записать в следующем виде:
<2 = ^.	(16-18)
Существенным фактором, увеличивающим интенсивность ка-
тодного распыления, является применение газов с большим
молекулярным весом, так как при одинаковых условиях раз-
ряда более тяжелому иону легче выбить атом с поверхности ка-
тода.
Конденсация распыленного металла на подложке при наличии
тлеющего разряда не ограничивается критической плотностью
атомного пучка. Это объясняется удалением адсорбированных
молекул газа ионной бомбардировкой, в результате чего создаются
более благоприятные условия для миграции атомов металла по
подложке, которые заполняют чистые места на поверхности и
создают центры кристаллизации.
При катодном распылении может происходить реакция между
освобожденными атомами металла и следами активного кислорода
в остаточной атмосфере, что также может влиять на явления оса-
ждения. Если образуются молекулы окисей металлов, то они
обладают большим сродством к стеклу, чем чистый металл. Такие
молекулы могут служить центрами конденсации металла.
До последнего времени считалось, что распределение распылен-
ных частиц по направлению при катодном распылении подчиняется
закону косинуса.
Однако в последнее время установлены отклонения в распреде-
лении распыленных частиц от закона косинуса и зависимость коэф-
фициента распыления от кристаллографического направления.
Эти факторы могут существенно затруднить получение металли-
ческих пленок с равномерным распределением конденсата по
толщине. Экспериментально установлено, что постоянная скорость
распыления может поддерживаться при прочих равных условиях
только при постоянном давлении рабочего газа и температуре ка-
тода. В условиях производства выполнение этих требований может
вызвать серьезные затруднения, а следовательно, и трудности
в получении пленок с воспроизводимыми параметрами.
Практически в качестве катода в большинстве случаев исполь-
зуется диск распыляемого материала либо диск, покрытый распы-
16 А. Т, Белевцев
481
ляемым материалом. Анодом обычно служат металлические части
откачной установки или стержни из железа или алюминия.
На расстоянии 1—5 см от катода и параллельно ему укреп-
ляется подложка, на которой нужно получить пленку распыляе-
мого материала.
Приведенные в зарубежной литературе данные о наиболее
целесообразных размерах катода, его расстоянии от напыляемого
слоя, а также применяемых давлениях газа, напряжении и токе
сильно расходятся. Обычно величина применяемых напряжений
лежит в интервале от 1 000 до 3 000 в.
Давление газа подбирается таким образом, чтобы в пределах
от 1 до 0,5 мм темное катодное пространство занимало не менее
половины и не более двух третей расстояния между катодом и под-
ложкой. Существуют различные точки зрения на наилучшие усло-
вия проведения опыта, однако в основном все эти различия обу-
словлены недостаточной изученностью этих явлений.
Далее существенным недостатком получаемых пленок является
неизбежное присутствие в них рабочего газа. Молекулы газа, хи-
мически активированные тлеющим разрядом, интенсивно адсор-
бируются частицами металла. Это обстоятельство вызывает силь-
ное отклонение как в структуре, так и в свойствах получаемых
пленок.
Рассмотрим некоторые разновидности катодного распыления.
Одной из разновидностей метода катодного распыления яв-
ляется метод распыления со смещением.
Обычно при катодном распылении подложка, на которую конден-
сируется пленка распыляемого металла, находится под потенциа-
лом анода. В случае катодного распыления со смещением подлож-
ка изолируется от анода и на нее подается отрицательное напря-
жение порядка —50 -ь —300 в. При возникновении тлеющего
разряда в цепи катод — анод часть ионов со сравнительно малой
энергией бомбардирует напыляемую пленку, непрерывно вызывая
десорбцию атомов газа, адсорбируемых конденсирующейся плен-
кой, за счет этого процесса получаемые пленки обладают большей
чистотой и воспроизводимостью свойств, чем при катодном распы-
лении. Вариантом катодного распыления со смещением является
распыление асимметричным переменным током. В этом случае
между катодом и анодом прикладывается переменное асимметрич-
ное напряжение таким образом, что в один полупериод, когда анод
положителен по отношению к катоду, оно равно напряжению рас-
пыления, а в другой полупериод, когда катод положителен по от-
ношению к аноду, напряжение между катодом и анодом равно
приблизительно 0,1 от напряжения распыления. В первый полу-
период происходит распыление катода, во второй полупериод ионы
бомбардируют подложку с напыляемой пленкой, установленной
на аноде, и очищают от адсорбированных атомов газа. Чистоту
пленок, получаемых различными методами катодного распыления,
можно значительно улучшить, применив геттерную очистку инерт-
482
ного газа перед поступлением его в пространство разряда меж-
ду катодом и подложкой, в котором производится напыление
пленки.
Ионно-плазменное распыление заключается
в следующем: в вакуумной камере собирается триодная система из
подогревного катода, анода и электрода-мишени, источника атомов
распыляемого материала. Подложка, на которой необходимо полу-
чить пленку, устанавливается напротив электрода-мишени. Ка-
мера откачивается до давления около 1 ЛО-6—5-Ю"6 мм рт. ст.,
после чего включают нагрев подложки и производят ее термиче-
скую очистку. Далее на подложке устанавливают заданную тем-
пературу, обеспечив наилучшие условия конденсации. Одновре-
менно с операцией термической очистки подложки производится
обезгаживание катода, после чего на нем устанавливается темпе-
ратура, достаточная для получения термоэмиссионного тока в не-
сколько ампер на квадратный сантиметр. Между катодом и анодом
прикладывается напряжение, в цепи катод — анод возникает ток.
В камеру через специальное дозирующее устройство подается
инертный газ при давлении около 1 ‘10“3—5 ЧО"4 мм рт. ст.
При достаточно большом термоэмиссионном токе зажигается дуго-
вой разряд. После возникновения дуги ток в ней возрастает, а
напряжение на аноде падает до 60 в или меньше.
В этот период подложка бомбардируется ионами, которые уда-
ляют загрязнения, оставшиеся после химической и термической
очисток. После очистки подложки ионной бомбардировкой, время
которой выбирается экспериментально, к электроду-мишени при-
кладывается отрицательный потенциал, извлекающий положи-
тельные ионы из разряда, которые затем бомбардируют мишень,
выбивая из ее поверхности атомы, движущиеся в основном пер-
пендикулярно к поверхности мишени и конденсирующиеся на
подложке. К преимуществам данного метода, кроме описанных
ранее преимуществ метода катодного распыления, нужно отнести
возможность одновременного распыления металлов, значительно
отличающихся друг от друга по физико-химическим свойствам.
Некоторые сплавы (нихром, константан) распыляются без измене-
ния состава распыленного материала.
Сложные пленки, состоящие из нескольких компонентов, могут
получаться в результате распыления нескольких независимых
мишеней с различными скоростями. Возможно испарение как полу-
проводников, так и полупроводниковых соединений. Чистота полу-
чающихся пленок значительно выше, так как рабочее давление
в несколько десятков раз ниже, чем при распылении в тлеющем
разряде, расстояние между мишенью и подложкой может быть
сделано меньше длины свободного пробега атомов распыляемого
металла, а следовательно, будет значительно уменьшено загряз-
нение пленки остаточными газами. Адгезия пленки, полученной
методом ионно-плазменного напыления, очень высокая за счет
лучшей очистки ионной бомбардировкой, которую не удается
16
483
осуществить при катодном распылении, так как распыление начи-
нается сразу же после возникновения разряда*
В случае катодного распыления с иониза-
цией распыляемого материала обычная си-
стема диода с тлеющим разрядом и катодом из распыляемого ма-
териала изменяется следующим образом: вводится дополнительный
электрод, обеспечивающий термическое испарение атомов распы-
ляемого материала. В этом случае катод служит подложкой, на
которой получают металлическую пленку. Процесс в этом случае
отличается от обычного катодного распыления тем, что часть ато-
мов, возникающих при термическом испарении электрода, иони-
зируется в тлеющем разряде и направляется к катоду высоко-
вольтной системы, на которой и происходит конденсация. Скорость
напыления материала на подложку является функцией скорости
термического испарения, степени ионизации и геометрии системы.
Степень ионизации материала в основном зависит от плотности
тока и ускоряющего потенциала.
Существенным недостатком данного метода является распыле-
ние осажденного материала пленки за счет бомбардировки ионами
инертного газа. Прочие недостатки характерны для обычного
катодного распыления. К преимуществам нужно отнести улуч-
шение адгезии получаемой пленки к подложке за счет повы-
шения энергии осаждаемых частиц. В этом случае кинетическая
энергия частиц напыляемого материала может превысить энергию
распыления атомов в 100 раз и более.
Некоторые другие методы
нанесения тонких пленок
Получение тонких пленок с помощью
химических реакций. Помимо получения тонких пле-
нок методом термического испарения в вакууме и распыления ма-
териала бомбардировкой ионами, существуют способы получения
пленок из газовой фазы с помощью химических реакций. Эти
способы применяются в основном для получения пленок из ма-
териалов с различными типами проводимости. Отличительной чер-
той получения пленок из газовой фазы является сравнительная
легкость управления процессом кристаллизации, а также возмож-
ность легирования получаемых пленок в процессе их образования.
Создавая определенные условия в зоне осаждения и подбирая
соответствующее соотношение реагентов, можно добиться ориен-
тированного наращивания образующихся слоев на подложке,
получения так называемых эпитаксиальных пленок или в случае
применения в качестве подложки монокристалла получаемого
вещества — автоэпитаксиальных пленок.
Получение пленок из газовой фазы может быть осуществлено
в основном следующим образом: водородным восстановлением
хлоридов элементов, пленки которых хотят получить, или терми-
484
ческим разложением их гидридов или иодидов. Реакции водород-
ного восстановления хлоридов в общем виде описываются следую-
щим уравнением:
МеС14 + 2Н2^>Ме + 4НС1.
В основном хлоридная технология применяется для получения
эпитаксиальных пленок кремния и германия, наращенных на их
монокристалл, причем, применяя различные легирующие добавки,
можно получать на одной подложке слои п- и /7-типа проводимости.
Реакции термического разложения гидридов или иодидов могут
быть записаны следующим образом:
MeJ4^rMe + 2J2;
МеН4^>Ме4-2Н2.
Процесс разложения иодидов основан на том, что равновесие реак-
ции с понижением температуры смещается вправо, т. е. образова-
ние иодида происходит при более высокой температуре, чем его
разложение. Таким образом, создавая в реакционном пространстве
две температурные зоны (так называемый «замкнутый процесс»),
можно в более холодной зоне получать чистый металл, т. е. будет
происходить транспорт вещества из более горячей зоны в более
холодную. Эта технология в настоящее время практически не при-
меняется для получения пассивных элементов тонкопленочных
микросхем, хотя в перспективе является очень заманчивой вслед-
ствие сравнительно низких температур (t = 500° С), позволяю-
щих получать очень чистые пленки с любым заданным распреде-
лением примесей. Методы термического разложения иодидов
в настоящее время с большим успехом применяются для глубокой
очистки металлов.
Другим способом получения тонких металлических пленок
является разложение гидридов металлов (в основном GeH4 и
SiH4), позволяющее получить при создании тонкопленочных эле-
ментов микросхем очень четкие р-п переходы. Однако большая
взрывоопасность гидридов существенно ограничивает дальнейшие
разработки этой технологии. 1
Получение тонких слоев с помощью химических реакций для
резисторов в настоящее время, по-видимому, не представляется
возможным вследствие трудности контроля за сопротивлением
растущей пленки в процессе ее образования.
Вжигание. Для получения металлических слоев, прочно
связанных с подложкой, применяется метод вжигания, сущность
которого сводится к следующему: измельченный металл в смеси
с флюсом и связующим веществом наносят на поверхность подлож-
ки и подвергают затем нагреванию до температуры, при которой
органическая связка выгорает, и металл с помощью флюса прочно
сцепляется с подложкой. Таким образом, обычно получают пленки
серебра, платины, золота, родия и палладия.
485
В восстановительной атмосфере или в вакууме методом вжига-
ния можно получать пленки других металлов, например никеля,
качество которых будет определяться режимом процесса и соста-
вом применяемых паст. В качестве связующего вещества исполь-
зуют скипидар и канифоль, а для получения более чистых слоев —
глицерин. Флюс состоит из 79,4% РЬО, 15,7% Н3ВО3 и 4,9% SiO2.
Приготовленную пасту кисточкой, по возможности равномерно,
наносят на подложку, после чего производят вжигание. Для проч-
ной связи наносимого слоя с подложкой необходимо, чтобы детали
были нагреты не ниже чем до 450° С, что соответственно требует
применения достаточно термостойких подложек.
Естественно, что получение этим методом однородных пленок
малых толщин (100 А) практически невозможно.
Химическое осаждение. Сущность метода сво-
дится к осаждению металлической пленки на поверхности под-
ложки, помещенной в раствор соли, данного металла, в результате
реакции окисления-восстановления. Таким способом можно на-
носить пленки серебра, никеля и меди. Однако возможности при-
менения этого метода сильно сужены из-за трудности получения
пленок, обладающих достаточной адгезией к подложке, а также
сильной зависимости воспроизводимости результатов от строгого
поддержания постоянства концентраций и процентного соотноше-
ния компонентов смеси.
Электрохимическое осаждение. Метод оса-
ждения металлов путем электролиза применяется давно и в на-
стоящее время достаточно хорошо изучен. Однако то обстоятель-
ство, что для ведения процесса необходимо иметь проводящую
подложку, обычно ограничивает применение этого метода. Элект-
рохимически можно получать слои серебра, золота, родия, ири-
дия, меди, никеля и др.
Недостатки метода в основном те же, что и для метода химиче-
ского осаждения, и, кроме того, получение равномерных слоев
на деталях сложной формы невозможно вследствие краевых эф-
фектов.
Разбрызгивание. Сущность метода состоит в том, что
металл распыляют в электрической дуге и, используя в качестве
носителя струю сжатого воздуха, осаждают на поверхности под-
ложки, расположенной на пути этой струи.
Аналогичным методом получения пленок является метод га-
зопламенного распыления, отличающийся в сущности лишь тем,
что расплавление материала, из которого хотят получить пленку,
происходит в пламени газовой горелки с последующим осаждением
в виде слоя на подложке.
Вполне понятно, что получение тонких и однородных по тол-
щине пленок этим методом невозможно.
Диффузия при высоких температурах.
С помощью этого метода можно получать слои различных металлов
как на металлических, так и на неметаллических поверхностях,
486
Сущность метода заключается в том, что подложку помещают
в замкнутый объем вместе с порошком того металла, из которого
хотят получить пленку, и подвергают нагреванию до высоких
температур. Однако процесс диффузии крайне медленный процесс,
который растягивается на несколько десятков часов для получения
пленок в несколько микрон.
Следует отметить, что получение достаточно тонких пленок
с воспроизводимыми параметрами описанными выше методами
(кроме химических методов получения) не представляется возмож-
ным, поэтому более подробный анализ целесообразно проводить
лишь для двух методов: термического испарения в вакууме и ка-
тодного распыления.
Сравнительная оценка методов
термического испарения
и катодного распыления
Каждый из описанных выше методов нанесения тонких пленок
имеет свои преимущества и недостатки. Сравним некоторые фи-
зико-технические свойства тонких пленок и возможности конт-
роля основных технологических параметров, влияющих на эти
свойства. Одним из основных параметров при нанесении тонких
пленок является скорость испарения. Как известно, в зависи-
мости от скорости испарения структура получаемых пленок может
изменяться в широких пределах, так, при больших скоростях оса-
ждения образуются более крупные кристаллы, чем при медленной
конденсации. Соответственно пленки, полученные быстро, в боль-
шинстве случаев имеют структуру и значения плотности, более
близкие к структуре плотности массивного металла. Кроме того,
в зависимости от скорости нанесения в большей или меньшей мере
будет происходить насыщение пленки остаточными газами, а сле-
довательно, и изменение ее свойств. Отсюда вытекает, что постоян-
ство скорости испарения является необходимым условием для по-
лучения пленок с хорошей повторяемостью физико-технических
свойств. Из разобранных ранее зависимостей для термического
испарения и катодного распыления установлено, что в случае тер-
мического испарения скорость в основном является функцией
температуры испарителя, а в случае катодного распыления зави-
сит от плотности газа, которая в свою очередь зависит от скорости
откачки объема, скорости подачи рабочего газа и величины тлею-
щего разряда. Кроме того, скорость распыления зависит от тем-
пературы катода, напряжения и тока разряда. Таким образом,
в случае термического испарения скорость испарения значительно
легче контролировать и поддерживать постоянной. Диапазон воз-
можных скоростей при термическом испарении от десятых долей
секунды до десятков минут, при катодном распылении он значи-
тельно уже. Наибольшие скорости распыления составляют минуты.
Распределение атомарного пучка металла по направлениям в слу-
487
чае термического испарения происходит по закону косинуса, а
в случае катодного распыления распределение неравномерное
с отклонениями от закона косинуса. Следовательно, возможность
получения пленки с равномерным распределением по толщине
значительно сложнее. Чистота получающейся пленки металла
в случае термического испарения выше, так как процесс прово-
дится в высоком вакууме, от 10~5 до 10~10 мм рт. ст., в то время
как катодное распыление принципиально должно проводиться
в атмосфере газа при давлении 10"2—10-1 мм рт. ст., когда ско-
рость адсорбции остаточных газов может оказаться не только
равной скорости адсорбции осаждаемого вещества, но и значи-
тельно превысить ее. С помощью катодного распыления трудно
получить металлические пленки, свободные от окисных загряз-
нений, если не принять тщательных мер по устранению следов
кислорода в атмосфере, в которой производится распыление.
Следует отметить, что при использовании новых способов катод-
ного распыления можно получить довольно чистые пленки. Адге-
зия к подложке в случае катодного распыления лучше, но при тща-
тельной очистке при термическом испарении можно получить
хорошие результаты.
При изготовлении резистивных элементов очень важно иметь
возможность контролировать в процессе нанесения пленки ход
изменения сопротивления и автоматическую отсечку при достиже-
нии заданного номинала, в случае термического испарения это
требование легко выполняется. Известно большое количество
схем, обеспечивающих выполнение этого требования. В случае
катодного распыления это осуществить весьма сложно из-за наво-
док в измерительной цепи, вызываемых газовым разрядом. Конт-
роль толщины в процессе нанесения пленок методом катодного рас-
пыления вести сложнее, так как такие методы, как резистивный,
кварцевого генератора и некоторые другие, в условиях разряда
в газе не могут быть использованы непосредственно.
Нужно отметить, что если до разработки метода термического
испарения электронной бомбардировкой тугоплавкие и благород-
ные металлы в основном наносились катодным распылением, то
в настоящее время они успешно могут быть нанесены и методом тер-
мического испарения.
Помимо всего этого, при прочих равных условиях метод терми-
ческого испарения не требует сложного оборудования для дозиров-
ки и контроля давления рабочего газа. На основании изложенного
можно считать наиболее целесообразным применение метода тер-
мического испарения для производства тонких пленок и особенно
прецизионных металлопленочных резисторов.
Методы очистки подложек
Процесс зарождения тонких пленок при конденсации вещества
из паровой фазы в сильной мере зависит от состояния поверхности
подложки и в первую очередь от степени ее очистки. Очистка по-
488
верхности подложки облегчает возможность введения атомов
наносимого вещества непосредственно в область действия сил
притяжения атомов к подложке. Состав и характеристики пленки,
а также прочность сцепления ее с подложкой зависят не только
от чистоты поверхности подложки, но и от состояния поверхности
подложки. Перед процессом напыления с поверхности подложки
должны быть удалены все посторонние включения, как-то: неор-
ганические загрязнения (инородные частички, абразивы, кислоты,
пыль и т. д.), органические загрязнения (жиры, масла, смолы,
отпечатки пальцев и т. п.), адсорбированная вода, газы, препят-
ствующие образованию прочной сплошной пленки.
Величина адгезии пленки к поверхности подложки в значи-
тельной мере определяет надежность изготовленного тонкопле-
ночного элемента.
Процесс очистки можно разделить на предварительную, кото-
рую в свою очередь можно разбить на грубую и тонкую, и оконча-
тельную очистку в вакууме, проводимую непосредственно перед
напылением.
К предварительным методам очистки относятся: протирка по-
верхности ватой или бязью (батистом), смоченным в органических
растворителях (бензин, спирт, ацетон), всевозможные методы
химической обработки: обработка поверхности мелом; активиро-
ванным углем; термообработка в пламени бунзеновской горелки;
обработка в ультразвуковой мойке и т. п.
К более тонкой обработке относится отмывка в холодной и
горячей (кипячение) деионизированной или бидистиллирован-
ной воде, промывка в органических растворителях, обработка
в парах органических растворителей и сушка при повышенной
температуре в атмосфере инертных газов в термовакуумном
шкафу.
К методам окончательной очистки рабочей поверхности под-
ложки в вакууме перед напылением с целью удаления адсорбиро-
ванных молекул воды и газа относятся: температурная обработка,
обработка в тлеющем разряде, обработка электронной бомбарди-
ровкой, расщепление адсорбированных молекул в сильном элект-
рическом поле.
Совокупность способов очистки поверхности подложки выби-
рается в зависимости от ее материала, состояния поверхности,
характера загрязнения и способов хранения. Следует отметить,
что процесс очистки требует высокой чистоты применяемых хими-
катов и определенных навыков в работе.
Из многочисленных методов предварительной очистки в послед-
нее время используются как наиболее эффективные химическая
и ультразвуковая, а также их сочетание.
Рассмотрим подробнее методы очистки.
Предварительная очистка подложек. В качестве материала
подложек для изготовления микросхем возможно применение стек-
ла, керамики, ситалла и др.
489
Химическая очистка. Следует отметить, что в на-
стоящее время конкретных данных о химической обработке ситал-
ловых поверхностей в литературе очень мало, а поскольку химизм
процессов обработки ситалловых, керамических и стеклянных
поверхностей достаточно близок, представляется целесообразным
рассмотреть химические методы очистки стекла и керамики.
Из наиболее распространенных химических способов очистки
стеклянных поверхностей можно привести следующие:
1.	Промывка подложек в едком натре или едком кали с после-
дующей обработкой в концентрированной хромовой смеси, состоя-
щей из двухромовокислого калия, растворенного в концентриро-
ванной серной кислоте.
2.	Обработка деталей в кипящем растворе хромовой смеси или
1—2 %-ном растворе плавиковой кислоты в течение 1—2 мин.
3.	Очистка стекла активированным углем. Этот метод заклю-
чается в протирке поверхности подложки непосредственно перед
внесением в вакуумную камеру порошком активированного угля,
нанесенного на чистую фильтровальную бумагу. Остатки порош-
ка снимаются обезжиренной тканью.
4.	Очистка подложек кипячением в 5 %-ном растворе перекиси
водорода в течение 20—30 мин с добавлением NH3 до pH = 11.
Одно из преимуществ этого метода состоит в выделении пузырьков
газа, оказывающих сильное механическое воздействие на поверх-
ность подложки, что исключает, по-видимому, необходимость
ультразвуковой очистки.
5.	Очистка поверхности путем протирки пастой из углекислого
кальция с последующей промывкой в 1%-ном растворе NaOH,
промывки в 5 %-ном растворе НС1 и дистиллированной воде.
В качестве завершающей операции очистки применяют обра-
ботку поверхностей подложек в парах органических растворителей,
таких, как трихлорэтилен, ацетон, изокриловый спирт. Химикаты
применяют особо чистые, часто они дополнительно очищаются
путем перегонки. Эта обработка в основном применяется для уда-
ления мономолекулярных слоев воды, углеродов и т. п.
Обработка осуществляется следующим образом:
Подложки, укрепленные в специальной подставке, после
промывки в дистиллированном органическом растворителе пере-
носятся в камеру очистки паром, экстрактор.
Подложки выдерживаются в парах органических растворите-
лей несколько минут, пока они не приобретут температуру испа-
рителя. Затем подставка вынимается из камеры, спирт быстро
испаряется с поверхности горячей подложки. Подложки, в част-
ности из кварца, стекла, сапфира, после обработки паром обла-
дают весьма большим коэффициентом сухого трения, характери-
зующим степень очистки подложки, поэтому имеется возможность
снизить интенсивность обработки в тлеющем разряде.
В качестве тонкой очистки перед загрузкой в вакуумную
камеру можно применять также промывку в деионизированной
490
или дистиллированной воде с последующей тщательной сушкой
в течение 20—30 мин в термошкафу при температуре 320 ± 30° С
в обеспыленной и очищенной инертной атмосфере, например, азота.
После обработки в термошкафу хранение подложек на воздухе
не допускается.
Ультразвуковая очистка. В настоящее время
успешно применяется очистка при помощи ультразвуковых коле-
баний большой интенсивности, воздействующих на детали, погру-
женные в раствор жидкости.
Под ультразвуковыми колебаниями в акустике понимают
такие колебания, частота которых лежит за верхним пределом
слышимости человеческого уха, т. е. превосходит примерно 20 кгц\
однако в настоящее время в технике используются колебания
с частотой ниже 20 кгц\ поэтому термин «ультразвуковые колеба-
ния» является до некоторой степени условным. Процесс ультра-
звуковой очистки является результатом действия различных фак-
торов, однако главную роль играет кавитация.
Кавитацией называют процесс образования, роста и захваты-
вания газовых пузырьков в жидкости под воздействием распро-
страняющихся ультразвуковых колебаний. Обязательным усло-
вием для возникновения кавитации является существование в
жидкости зародышевых микропузырьков, наполненных газом
или паром. Такие пузырьки всегда присутствуют в жидкости вслед-
ствие тепловых флуктуаций.
Кавитация предпочтительно возникает на жировой поверхно-
сти, так как жировая пленка обладает гидрофобными свойствами,
т. е. между ней и полярными молекулами воды наблюдается слабое
взаимодействие.
Если интенсивность колебаний достаточно велика, то непосред-
ственно у поверхности твердого тела будут происходить кавита-
ционные взрывы. Очень большие мгновенные гидравлические
давления, вызванные взрывами, способствуют эмульгированию
жировой пленки, удаляют загрязнения с поверхности, а также и
из микропор и трещин, а непрерывный поток жидкости удаляет
эти частицы.
Существуют разнообразные рецепты растворов, применяемых
при ультразвуковой мойке.
Хорошие результаты дает ультразвуковая очистка подложек
из керамики, ситалла и стекла, например, в следующем составе:
натрий фосфорнокислый трехзамещенный — 10 г, вспомогательное
вещество ОП — 7—50 г, вода дистиллированная — до 2 000 мл.
Подложки выдерживаются в мойке в течение 2,5 мин при темпера-
туре раствора 80—90° С.
После ультразвуковой очистки может производиться дополни-
тельная промывка подложек в холодной и горячей воде, а также
кипячение в деионизированной и бидистиллированной воде.
Промывка и кипячение в воде проводятся с целью удаления
остаточных продуктов обработки.
491
Термическая очистка. Наибольший эффект этот
способ дает при очистке поверхностей керамических подложек.
Он состоит в прокаливании подложек при температуре 550—600° С
в электрических нагревательных печах, возможна дополнительно
подача кислорода. При накаливании загрязнения, имеющиеся на
поверхности керамики, выгорают.
Применяется обработка подложек, например стеклянных, в пла-
мени горелки или также в печи при температуре 400° С. Разра-
ботана методика очистки при помощи окислительно-восстанови-
тельного отжига. В этом случае органические и солевые загрязне-
ния выжигаются в окислительной атмосфере (воздух или влажный
кислород), а затем производится термическая обработка в восста-
новительной атмосфере.
Итак, были рассмотрены различные методы предварительной
подготовки поверхности. Чаще всего процесс предварительной
очистки состоит из сочетания нескольких методов и разрабаты-
вается в зависимости от конкретных производственных условий и
технических требований.
В настоящее время оценка качества очистки поверхности и
соблюдение технологических режимов очистки зависят в основном
от опыта и искусства работников. Чтобы сделать процесс очистки
воспроизводимым и контролируемым, его необходимо автоматизи-
ровать и в первую очередь разработать методы объективного конт-
роля технологических режимов (температура, время обработки,
дозировка компонентов и пр.) и качества очистки поверхно-
сти.
Кроме того, необходимо также усовершенствовать существую-
щие методы предварительной очистки и разработать новые методы
окончательной очистки, разработать эффективные методы конт-
роля чистоты поверхности и создать методы защиты очищенных
деталей от повторного загрязнения.
Методы контроля степени очистки поверхности подложек.
Одной из самых существенных причин отсутствия воспроизводи-
мости свойств пленок является недостаточная очистка поверх-
ности подложки. Исходя из этого большое значение приобретает
контроль степени очистки поверхности.
Методы контроля очистки поверхности являются в настоящее
время самым узким местом вследствие множества противоречивых
требований, предъявляемых к методам контроля: должно фиксиро-
ваться наличие ничтожных следов посторонних веществ порядка
10-6—10"10 г!см\ метод должен быть достаточно прост и должен
занимать незначительное время. При этом детали не должны по-
вреждаться; хотя в настоящее время и разработаны некоторые
методы контроля, до сих пор еще нет ни одного серийного прибора,
который бы давал объективную оценку степени очистки поверх-
ности.
Методы контроля можно подразделить на визуальные и коли-
чественные.
492
Визуальные методы контроля степени очистки
поверхности подложек
К визуальным методам контроля очистки поверхности под-
ложек можно отнести следующие: метод разрыва водной
пленки, метод распыления, метод конденсации, метод запотева-
ния.
Метод разрыва водной пленки. Сущность
метода состоит в том, что испытуемые детали погружают на корот-
кое время в ванну с дистиллированной водой, а затем вынимают
и после стекания избытка воды наблюдают за сплошностью
водной пленки на поверхности детали. Разрыв водной пленки
свидетельствует о наличии на деталях гидрофобных загрязне-
ний.
Однако доверять полностью результатам контроля очистки
поверхности этим методом нельзя, так как он может создавать
ложную уверенность в чистоте деталей, хотя фактически они могут
быть загрязнены жирами. Ошибки этого метода обусловлены
многими причинами. Например, сплошная пленка воды может
образовываться и на загрязненных деталях, когда они плохо от-
мыты от моющих жидкостей, т. е. при наличии на них поверхно-
стно-активных веществ. Молекулы этих веществ адсорбируются
на островках гидрофобных загрязнений, а молекулы воды — на
последних и на чистой поверхности, и поэтому пленка воды может
перекрыть загрязненные участки и оказаться сплошной. Устра-
нить ложную смачиваемость деталей при контроле можно погру-
жением их в слабый раствор кислоты. На точность метода разрыва
водной пленки влияет толщина слоя воды, причем чем тоньше слой,
тем точнее метод.
Метод распыления. Сущность этого метода состоит
в следующем: на испытываемую деталь пульверизатором нано-
сится дистиллированная вода. При этом напыленные капельки
воды либо смываются, образуя непрерывную водную пленку, либо
остаются разрозненными, в виде «сыпи», если на поверхности при-
сутствуют гидрофобные загрязнения.
Метод конденсации. Метод заключается в том, что
испытываемую деталь помещают в пробирку, которую охлаждают
погружением в жидкий азот. После извлечения на воздух она бы-
стро покрывается инеем, который начинает таять по мере нагрева-
ния детали. Концентрация влаги в отдельные островки или мелкие
капли свидетельствует о загрязнении детали, а образование
сплошной пленки - о ее чистоте. Осмотр детали чаще всего
производится через лупу с 10—15-кратным увеличением.
Метод запотевания. Метод запотевания состоит
в том, что подложку обрабатывают струей пара воды. Чистые де-
тали покрываются сплошной пленкой влаги, а загрязненные —
отдельными мелкими каплями.
493
Количественные методы определения степени
очистки поверхности
К количественным методам определения степени очистки
поверхности относятся:
а)	определение степени очистки по краевому углу растекания
капли масла;
б)	определение чистоты поверхности по коэффициенту сухого
трения;
в)	определение степени очистки по оптическим константам;
г)	определение очистки поверхности по сравнительной оценке
электропроводности.
Одним из наиболее совершенных методов количественной
оценки степени очистки подложки является определение краевого
угла 9 растекания капли масла, помещенной на испытуемую по-
верхность.
Для измерения краевого угла промытую подложку укрепляют
в держателе, позволяющем помещать ее под объектив микроскопа
БМИ в вертикальном положении. На подложку на расстоянии
1—2 мм от края маслодозировкой наносится ряд (5—6 шт.) капель
масла. При помощи угломерной головки микроскопа пунктирная
линия, наблюдаемая в окуляр микроскопа, совмещается с верши-
ной капли, имеющей удлиненную чечевицеобразную форму. Фикси-
руются показания штриховой сетки. Пунктирная линия перево-
дится в положение касательной к капле. Показания опять фикси-
руются. Разница показаний составляет краевой угол 9. Краевой
угол 9 зависит от типа используемого масла, но во всех, случаях
чем лучше очищена поверхность, тем он меньше.
Надо отметить, что при данном способе проверки степени
очистки поверхности проверяемую подложку использовать без
дополнительной обработки для последующих технологических
операций нельзя, так как она загрязнена маслом, поэтому оценка
степени очистки ведется на некотором количестве подложек, вы-
борочно.
Величиной, характеризующей степень очистки стеклянной
поверхности, является коэффициент трения. Очищенные стеклян-
ные поверхности обладают исключительно высоким' коэффициен-
том трения, причем чем он больше, тем лучше очищена подложка.
Коэффициент трения определяется путем измерения силы трения
между движущейся с постоянной скоростью стеклянной поверх-
ностью и расположенным под прямым углом к ней стеклянным
штабиком. Ленгмюр показал, что наличие мономолекулярной
пленки жирной кислоты, адсорбированной на стекле, достаточно
для значительного снижения трения.
Другим методом, позволяющим контролировать степень очист-
ки подложек, является метод контроля электропроводности очи-
щающей воды.
494
Контроль электропроводности очищающей проточной (деиони-
зированной) воды, используемой для окончательной промывки
подложки, производят до и после промывки. Присутствующие
в воде ионы загрязнений с подложки определяют величину элект-
ропроводности.
Окончательная очистка подложек перед нанесением на них
тонких пленок в вакууме. Если для предварительной очистки
подложек используются в основном химические методы, то при
окончательной очистке перед нанесением пленок широкое приме-
нение нашли физические методы.
В этом случае применяется бомбардировка очищаемой поверх-
ности потоком заряженных частиц — ионов или электронов,
разогнанных предварительно в сильном электрическом поле.
Энергия удара потока частиц о поверхность эквивалентна нагреву
этой поверхности до 4 0000 С, что достаточно для удаления с по-
верхности всех типов загрязнений. В то же время эта энергия
сосредоточена на очень небольшом слое поверхности (менее 1 мк
в глубину), а поэтому подложка остается практически неповре-
жденной. При помощи такой обработки может быть удален наи-
более загрязненный мономолекулярный слой поверхности под-
ложки.
Наиболее широкое применение в промышленных напылитель-
ных установках нашла очистка в газовом тлеющем разряде.
Очистка подложек в газовом разряде.
Наиболее эффективным из существующих в настоящее время ме-
тодов является очистка в тлеющем газовом разряде при вакууме
10'1—10"3 мм рт. ст. Тлеющий разряд, используемый для очистки
подложек, характеризуется сравнительно небольшими токами
(15—600 ма) и высоким напряжением (0,7—20 кв).
По внешнему виду тлеющий газовый разряд имеет сложную
структуру — чередование темных и светлых полос. При очцстке
непосредственно используются два участка — это катодное темное
пространство и анодный столб. В темном катодном пространстве
электроны разгоняются приложенным напряжением до энергий,
необходимых для образования положительных ионов при столкно-
вении с молекулами газа. Для тлеющего разряда характерно то,
что почти все напряжение, приложенное к разряду, сосредото-
чивается на темном катодном пространстве. Падения напряжения
в положительном столбе почти нет.
Для целей более эффективной очистки желательно исполь-
зовать аномальный тлеющий разряд, характеризуемый повышен-
ной плотностью тока и большим падением напряжения. Этот режим
граничит с областью дугового разряда.
До настоящего времени характер процессов, происходящих
при очистке стекла в газовом разряде, слабо изучен. Помимо чисто
физических явлений, имеют место сложные химические реакции.
Эффективность очистки зависит не только от режима разряда, но
и от материала катода, состава остаточных газов, жидкостей, ис-
495
пользуемых в диффузионных насосах, скорости откачки, мате-
риала уплотнений.
В тлеющем разряде подложка подвергается интенсивной бом-
бардировке ионами, которые расщепляют углеводороды, входящие
в состав загрязнений. При этом нелетучие компоненты реагируют
с кислородом, содержащимся в среде остаточного газа, и в виде
окиси углерода удаляются из рабочего объема установки. Таким
образом, при очистке подложек тлеющим разрядом происходят
химические реакции, способствующие удалению нелетучих загряз-
нений, что является достоинством этого метода.
Основной задачей при очистке ионной бомбардировкой в тлею-
щем разряде является разработка условий, при которых будет
устранена бомбардировка поверхности быстрыми электронами.
Холлэнд предложил конструкцию, особенностью которой является
экранировка электродов. Заземленные плоские экраны защищают
стеклянную поверхность от попадания на нее быстрых электронов.
Очистка подложки производится хаотично перемещающимися
ионами. Сравнение систем с экранированными и неэкранирован-
ными электродами показало, что при использовании экраниро-
ванных электродов обеспечивается лучшее качество очистки стек-
лянных поверхностей. Электроды должны быть сделаны из мате-
риалов, не распыляющихся под действием ионной бомбардировки.
Рекомендуется использовать алюминий или молибден.
Очистка электронным пучком. Дюнайе пред-
ложил метод очистки поверхности электронной бомбардировкой и
предложил для этого аппаратуру. Он помещал мощный вольфрамо-
вый катод рядом с испарителем и использовал держатель подлож-
ки в качестве анода. При этом держатель был заземлен, а минус
ускоряющего напряжения подавался на изолированный катод.
Диммик усовершенствовал установку, применив электронную
пушку для создания сфокусированного электронного луча, скани-
рующего очищаемую поверхность, однако опыт других исследова-
телей показал, что лучшая очистка происходит расходящимся
электронным пучком. Очистка электронной бомбардировкой мо-
жет быть весьма эффективной, однако существует опасность на-
рушить структуру очищаемой поверхности. Электронная очистка
обладает двумя недостатками, которые ограничивают ее примене-
ние:
1. Катод может испаряться во время работы.
2. Пары углеводородов, составляющие часть остаточных га-
зов в вакуумной устацовке, разлагаются и образуют углеродистые
слои на очищаемой поверхности.
Второй недостаток присущ и ионной очистке, но в случае элект-
ронной бомбардировки предотвращение таких загрязнений зна-
чительно труднее.
Термическая очистка в вакуумной ка-
мере. Термическую очистку подложек в вакууме обычно прово-
дят непосредственно перед процессом нанесения пленок (при ра-
496
бочем вакууме). Нагрев подложек лучше всего производить подо-
гревателем, укрепленным на подложке держателя.
При температуре подложки 200—300° С происходит окон-
чательное удаление молекул воды как с поверхности, так и из
приповерхностного слоя подложки. Высокотемпературный ваку-
умный прогрев эффективен и для удаления газов, адсорбирован-
ных в микротрещинах подложки.
Обычно вслед за быстрым удалением большого количества
физически адсорбированных подложкой газов идет медленное газо-
выделение хемсорбированных атомов. Для ускорения этого про-
цесса надо повысить температуру, так как при этом физически
адсорбированные атомы частично могут перейти в хемсорбирован-
ные и их связь с подложкой только упрочнится.
Влияние температуры на физическую адсорбцию и хемсорбцию
газов на поверхности объясняется следующим образом. Число
физически адсорбированных молекул газа уменьшается с увели-
чением температуры, а процесс хемсорбции, требующий энергии
активации, протекает быстрее с увеличением температуры.
Дальнейшее повышение температуры приводит к уменьшению
числа хемсорбированных атомов, так как- вследствие теплового
движения их связи с подложкой ослабляются, атомы объединяются
в молекулы и испаряются.
Методы измерения толщин тонких пленок
Метод многолучевой интерферометрии
(метод полос равной толщины). Наиболее уни-
версальным методом измерения толщины тонких пленок, получае-
мых конденсацией в вакууме,
является метод многолучевой
интерферометрии.
Сущность метода заклю-
чается в следующем. Пленка,
толщину которой надо изме-
рить, наносится на подлож-
ку так, чтобы она образовала
ступеньку. Для этого при
изготовлении пленки часть
подложки закрывается мас-
кой, имеющей ровный край.
При измерении толщины к
пластинке с измеряемым
слоем сверху прижимается
Рис. 16-16. Увеличенное схематическое
изображение интерференционных пла-
стин клина.
другая стеклянная плоскопа-
раллельная тонкая пластинка так, чтобы между ними образовал-
ся воздушный клин (рис. 16-16) с углом ~ Г. Слишком сильного
давления следует избегать, поскольку оно может вызвать изгиб
497
стекол. Столь малое сближение пластин осуществляется с помо-
щью микрометрических винтов, а момент необходимого сближе-
ния пластин определяется появлением интерференционных полос
в поле зрения микроинтерферометра.
Если осветить клин параллельным монохроматическим пучком
света, падающим по нормали к поверхности, то при отражении
света от такой системы на поверхности клина образуется интерфе-
ренционная картина в виде чередующихся темных и светлых по-
лос, параллельных ребру клина. Чтобы избежать ошибки в резуль-
тате скачка фазы, происходящего при отражении на границе раз-
дела двух сред и сдвига фазы за счет различия оптических свойств
поверхности пленки и подложки, на внутренние поверхности пла-
стин, образующих клин, необходимо нанести слой серебра или
алюминия, причем на верхнюю стеклянную пластину клина путем
конденсации в вакууме наносится полу-
прозрачный слой серебра толщиной около
200 А, а на нижнюю поверхность с плен-
кой наносится равномерный отражающий
слой серебра или алюминия толщиной око-
ло 500 А. Имеющаяся ступенька при на-
несении дополнительного отражающего
слоя на пленку и подложку полностью
сохраняется той же величины (рис. 16-17).
С нанесением дополнительного слоя
отражательная способность внутренних
поверхностей клина становится приблизи-
тельно равной, и изменения фазы, испытываемые светом при от-
ражении от верхней и нижней поверхностей клина, будут при-
мерно одинаковы.
Толщина воздушного клина, где нанесена пленка, отличается
от толщины той части клина, где пленки нет (см. рис. 16-6), как
раз на толщину измеряемой пленки, вследствие чего возникают две
системы интерференционных полос, расположенных рядом. Рас-
стояние между полосами в каждой системе одинаково, но линии
систем отодвинуты относительно друг друга на величину, соот-
ветствующую толщине слоя d.
Измеряя расстояние между двумя соседними полосами I и
величину смещения AZ двух соседних полос, получающуюся за
счет толщины пленки, можно определить толщину пленки d в еди-
ницах длины световой волны из соотношения
d =	'(16-19)
где d — толщина пленки;
X — длина волны монохроматического света;
I — расстояние между соседними полосами;
AZ — смещение двух соседних полос различных интерферен-
ционных систем.
Серебро или
алюминий
Пленка

Подложка
Рис. 16-17. Исключение
разности скачков фаз
посредством напыления
дополнительного слоя.
498
ю
Величины I и AZ легко определяются с помощью окулярного
микрометра. На рис. 16-18 показана блок-схема установки для
определения толщины тонких пленок с помощью рассмотренного
метода.
Этот метод, получивший название многолучевой интерферо-
метрии, был разработан Толанским. Поскольку точность определе-
ния толщины пленки пропорциональна точности измерения рас-
стояния между полосами, т. е.
определяется в основном точ-
ностью замера относительно
смещения AZ/Z, то точность
метода повышается с увели-
чением резкости интерферен-
ционной картины. Толанский
подробно изучил причины,
влияющие на условия полу-
чения резких полос интерфе-
ренционной картины, и уста-
новил, что поверхности кли-
на должны быть покрыты
пленкой с большим коэффи-
циентом отражения и малым
коэффициентом поглощения;
кроме того, пленка должна
быть однородна по всей по-
верхности образца и иметь
четко выраженный контур
ступеньки; воздушная про-
слойка между образцом с
пленкой и пробным стеклом
должна быть как можно мень-
ше (ее величина подбирается
опытным путем при настрой-
ке прибора); угол отклоне-
ния светового пучка от парал-
лельности должен быть меньше 3°; падение света на клин должно
быть нормальным.
Соблюдение этих условий дает возможность получить в моно-
хроматическом свете очень резкие интерференционные минимумы
на светлом фоне. Погрешности, возникающие при измерении тол-
щины пленок методом многолучевой интерферометрии, как показал
Хевенс, в основном вызываются неровностями и волнистостью
поверхностей, на которых конденсируется пленка, а также прене-
брежением дисперсией фазового скачка.
К преимуществам рассмотренного метода следует отнести:
1.	Метод полос равной толщины позволяет определить толщину
любых пленок: металлических, диэлектрических и т. д. — в пре-
делах от 40 до 2 000 А.
Рис. 16-18. Блок-схема оптической ус-
тановки, для измерения толщины тон-
ких пленок методом полос равной тол-
щины.
1 — монохроматический источник света (на-
пример, натриевая лампа); 2 — конденсатор;
3 — диафрагма; 4 — коллиматор; 5 —фильтр;
6 — стеклянная светоделительная пластина
с полупрозрачным покрытием; 7 — клин; 8 —-
полупрозрачная серебряная пленка; 9 — не-
прозрачная серебряная пленка; 10 — из-
меряемая пленка; 11 — микроскоп; 12 —
интерференционная картина, наблюдаемая в
окуляр микроскопа: смещение полос равной
толщины.
499
2.	Точность измерения данного метода составляет примерно
20-30 А.
3.	Метод отличается простотой процесса измерения и рас-
чета толщины готовых пленок.
Недостатки метода:
1.	Невозможность контроля толщины пленки в процессе напы-
ления.
2.	Необходимость изготовления ступеньки и напыления до-
полнительного слоя серебра или алюминия.
3.	Невозможность использования измеряемой пленки для ка-
ких-либо дальнейших исследований.
Учитывая последнее обстоятельство, целесообразно одновре-
менно изготавливать два образца измеряемого слоя, располагая
их на одинаковом расстоянии от испарителя. Один образец со
ступенькой, так называемый «свидетель», предназначается для
непосредственного измерения толщины, а другой — для проведе-
ния дальнейших исследований.
Интерференционный метод полос рав-
ного хроматического порядка. Одной из раз-
новидностей интерференционного метода является метод полос
равного хроматического порядка, который отличается от преды-
дущего метода тем, что вместо монохроматического источника света
здесь используется источник белого света, а интерференция наб-
людается от параллельно расположенных пластин с тонким воз-
душным зазором. Вся подготовка пластин к измерению произ-
водится так же, как и в рассмотренном выше методе: пленка
должна иметь ступеньку, а пластины покрываются отражающими
слоями серебра или алюминия. Использование источника белого
света, во много раз увеличивает четкость линий интерференцион-
ной картины и разрешающую способность. Схема установки, ис-
пользующей этот метод для измерения толщин, рассмотрена в ли-
тературе. Для получения линий равного хроматического порядка
можно использовать и клин, как это было сделано раньше
(рис. 16-16). В литературе рассматривается применение универ-
сального монохроматора УМ-2 со специально разработанной для
измерения толщин пленок приставкой.
Этот метод применим для измерения толщин Х/2, но, вообще
говоря, применяя универсальный монохроматор УМ-2 с пристав-
кой, можно измерять толщину пленок металла, полупроводников^
диэлектриков в интервале от 80 до 50 000 А. Применив другой при-
бор Иси-67, можно довести нижний предел измерения до 40 А.
Точность метода достигает 5 А.
Фотоэлектрический метод. Этот метод можно
использовать для контроля толщины металлических, полупровод-
никовых и диэлектрических поглощающих, прозрачных и полупро-
зрачных пленок, на прозрачных и полупрозрачных, поглощающих
и слабо поглощающих подложках.
Для измерения толщин пленок этим методом в случае ненро-
500
зрачных подложек рядом с такой подложкой ставится стеклянная,
на которой и производится измерение. Сущность метода заклю-
чается в следующем.
Узкий пучок белого света, направленный нормально к поверх-
ности пленки, проходит сквозь нее и попадает на фотоэлемент.
С увеличением толщины пленки интенсивность проходящего света
уменьшается. Пропорционально уменьшению светового потока
уменьшается и фототок в цепи фотоэлемента. На выходе фото-
элемента имеется чувствительный прибор (гальванометр или от-
счетное устройство), который регистрирует всякие изменения фо-
тотока.
Измерив толщины пленок другим способом (например, интер-
ференционным), можно построить график зависимости фототока
от толщины пленки для различ-
ных материалов или провести гра-
дуировку шкалы гальванометра в
ангстремах, тогда прибор будет
непосредственно показывать тол-
щину пленки.
В том случае, когда толщина
измеряемой пленки такова, что
она поглощает весь падающий на
нее свет и фотоэлемент не реаги-
рует, можно воспользоваться сле-
дующим примером. В камере,
где производится испарение, вме-
сте с подложкой, предназначенной
Контрольный
слой
Измеряемый
слой
Рис. 16-19. Взаимное расположе-
ние измеряемой пленки и «свиде-
теля» в вакуумной камере.
для конденсации пленки, устанавливают вторую подложку —
«свидетель» (для получения контрольного слоя), но на другом
расстоянии от испарителя (рис. 16-19).
Причем расстояние от контрольной подложки до источника
испарения можно подобрать так, чтобы пленка «свидетеля» была
достаточно прозрачной для света и обеспечивала устойчивую
работу фотоэлемента. Кроме того, известно, что количество ве-
щества, осажденного на подложку в течение определенного вре-
мени, обратно пропорционально квадрату расстояния от подлож-
ки до источника испарения, поэтому толщина слоя также обратно
пропорциональна квадрату расстояния от источника испарения.
Исходя из этого толщина измеряемого слоя может быть рассчитана
из соотношения
б?2
5?
1
rl *
(16-20)
Однако следует заметить, что зависимость от квадрата расстояния
строго справедлива лишь для точечного испарителя, обусловли-
вающего распределение испаряемого вещества по сфере. Помимо
этого, при такой оценке толщины предполагается, что плотность
осажденного материала не зависит от толщины слоя. Рассмотрен-
Б01
ныи метод позволяет измерять толщину готовых пленок, и произ-
водить контроль толщины в процессе конденсации непосредственно
в вакуумной камере. Схема установки для такого контроля пока-
зана на рис. 16-20.
Налаживая измерение непосредственно в вакуумной камере,
всегда следует помнить, что оптика измерительной установки
должна быть хорошо заэкранирована от попадания рассеянных
Образец
Испаритель
r/z/Z
Свидетель
на стеклянной
подложке
Источник света
(питание от батареи
или от стабилиза-
тора напряжения)
Фотоэлемент
К гальванометру
или отсчетному
устройству
Рис. 16-20. Контроль толщины пленки в процессе ее
получения.
молекул пара конденсата. Для того чтобы не допускать грубых
ошибок при измерении толщины тонких металлических пленок этим
методом, необходимо учесть следующее:
1.	В процессе измерения свет должен падать на пленку пер-
пендикулярно.
2.	Условия испарения и конденсации должны поддерживаться
неизменными.
3.	При смене испаряемого материала и изменении технологи-
ческого режима градуировку необходимо производить заново.
Определение толщины металлических пленок с помощью этого
метода ограничено сравнительно малыми величинами, порядка
нескольких сотен ангстрем, так как при больших толщинах боль-
шинство металлов имеет очень малый коэффициент пропускания
в видимом участке спектра, что значительно снижает точность
метода. Так, большинство металлических пленок непрозрачно
уже при толщине слоя ~ 500—1 000 А.
Описанный метод не дает высокой точности измерения, но от-
личается простотой и несложностью применяемых для этого при-
боров.
Фотометрический метод. Изменение интенсив-
ности светового потока, проходящего через пленку, лежит в ос-
602
нове другого, так называемого фотометрического метода. В этом
методе проходящий через полупрозрачную пленку поток видимого
света регистрируется микрофотометром, с помощью которого оце-
нивается зависимость степени почернения пластины от толщины
слоя конденсата. По данным эксперимента строят график зависи-
мости почернения от толщины пленки и затем используют его для
определения толщины пленок, полученных при тех же технологи-
ческих условиях. Метод позволяет измерять не только толщину,
но и судить о распределении плотности конденсата по поверхности
подложки.
Преимущества и недостатки метода такие же, как и в рассмот-
ренном фотоэлектрическом методе.
Рассмотренная методика определения толщины полупрозрач-
ных пленок по прохождению видимого света принципиально при-
менима для контроля непрозрачных пленок с помощью более жест-
кого невидимого излучения — рентгеновского и радиоактивного,
где источниками излучения являются рентгеновская трубка и
радиоактивные изотопы или a-излучения, а приемниками, ре-
гистрирующими изменение интенсивности при прохождении через
пленку, являются счетчик Гейгера-Мюллера или сцинтилляцион-
ный счетчик, v
Использование рентгеновских лучей
для определения толщин. Применяя рентгеновские
лучи для контроля толщины по изменению цнтенсивности про-
ходящего пучка лучей, следует учитывать их большую проникаю-
щую способность, чем видимого света. В случае тонких пленок
изменение интенсивности при прохождении через тонкую пленку
будет очень незначительно и его трудно будет обнаружить. По
этой причине контроль толщины с помощью проходящего через
пленку пучка нормально падающих рентгеновских лучей не при-
меняется для пленок, толщина которых составляет меньше 1%
от толщины подложки, и методика измерения несколько изме-
няется.
Источник рентгеновских лучей и счетчик Гейгера-Мюллера
располагают по одну сторону от исследуемой пленки. Рентгенов-
ские лучи от источника попадают на пленку под некоторым уг-
лом, проходят через нее, отражаются. от подложки и еще раз
пронизывают пленку перед попаданием на счетчик.
Этим достигается заметное поглощение рентгеновских лучей
пленкой. Кроме того, это поглощение можно еще увеличить, если
уменьшить угол наклона рентгеновских лучей по отношению к по-
верхности пленки. Толщина пленки в этом случае определяется
из уравнения
I _р — 2ftp'(d/sincp)
где /0 — интенсивность лучей, отраженных от непокрытой под-
ложки;
503
I — интенсивность лучей, отраженных от подложки, покры-
той пленкой;
d — толщина пленки;
к — коэффициент поглощения;
р'— плотность пленки;
ср — угол наклона пучка рентгеновских лучей по отношению
к пленке.
Диапазон измеряемых этим методом толщин от 1 000 А до
100 мкм.
Радиометрический метод. В этом случае для
измерения толщин пленок можно использовать явление мягкого
тормозного и характеристического рентгеновского излучения,
вызванного радиоактивными изотопами; явление обратного рас-
сеяния р-лучей, так как интенсивность обратного рассеяния
радиации является функцией * толщины обратно рассеивающего
материала; явление активации измеряемой пленки под действием
какого-либо вида радиоактивного облучения.
В последнем случае толщина пленки определяется из соотно-
шения активностей пленки и контрольного образца известной тол-
щины из того же материала, подвергнутых одинаковому и одно-
временному облучению, т. е.
(16-21)
°ютр ^ОТр
йпл = «йотр^а>	(16-22)
г ^ОТр
где а — поправка на самопоглощение наведенной активности.
Для радиометрического метода характерным является простота
источников излучения, широкий диапазон измеряемых толщин,
возможность контроля пленки без ее разрушения. Однако наряду
с этим метод имеет ряд ограничений: необходимость иметь ра-
диоактивные изотопы с достаточно большим периодом полураспада
и определенной активности; необходимость иметь изотопы, обла-
дающие различными энергиями; из большого числа известных
радиоактивных изотопов лишь немногие можно использовать
как источники излучения в радиационном методе. Помимо всего,
радиационный метод можно применять далеко не во всех случаях,
так как для этого существует целый ряд условностей.
Механический метод определения тол-
щины пленки. Механический метод основан на измерении
вертикального перемещения щупа с алмазным наконечником,
который приводится поочередно в соприкосновение с подложкой,
а затем с пленкой, нанесенной на эту подложку. По величине
перемещения шупа судят о толщине полученной пленки.
Вследствие того, что толщина пленки очень мала, величину
перемещения щупа измерить довольно трудно, поэтому для уси-
ления разбаланса используются различные приспособления. Так,
в толщиномере, предложенном Аббе, вертикальный стержень
504
с алмазным наконечником своей верхней .части переходит в стек-
лянную масштабную линейку, а для отсчета делений на линейке
прибор снабжен 50-кратным микроскопом с окулярным микро-
метром, позволяющим определить сдвиг до 0,1 мк.
Наиболее перспективным из механических методов является
профилографический (щуповой) метод с использованием приборов
профилографов. Профилограф — это щуповой прибор, служащий
для записи неровностей поверхности в виде профилограммы
и позволяющий измерить высоту этих неровностей, поэтому
его можно использовать для измерения толщины тонких пленок.
При измерении толщины этим методом пленка наносится на под-
ложку в виде ступеньки, затем ее помещают на горизонтальный
стол прибора, устанавливают на нее алмазный щуп и приводят
его в движение. По мере перемещения щупа механические коле-
бания алмазной иглы, повторяющей все неровности поверхности,
преобразуются в электрические, которые усиливаются и подаются
на самописец с электротермической записью, вычерчивающий
профилограмму.
По разности уровней профилограмм пленки и подложки, кото-
рая возникает вследствие имеющейся ступеньки, определяется
толщина пленки. Широкое применение этого метода в технике
измерения толщин тонких' пленок долгое время сдерживалось
тем, что профилографы высокой чувствительности представляли
собой весьма сложный, дорогой и громоздкий прибор, например
профилограф-профилометр завода «Калибр» — ВЗИ.
С появлением более компактного высокоточного профило-
графа-профилометра блочной конструкции модели 201 завода
«Калибр» этот метод заслуживает должного внимания, ибо на
этом приборе достигается вертикальное увеличение смещения
в 2 -105 раз, что дает возможность измерять пленки очень малой
толщины. Вообще говоря, профилографический метод позволяет
измерять толщины пленок от нескольких десятков ангстрем до
десятков и даже сотен микрон. К преимуществу механического
метода следует отнести возможность измерения толщин металли-
ческих, диэлектрических и полупроводниковых пленок. Однако,
пользуясь этим методом, следует помнить, что существенным недо-
статком его является неизбежное давление щупа на поверхность
измеряемого слоя, вследствие чего щуп может частично углубить-
ся в слой, а это приведет к значительной ошибке в измерении.
По этой причине метод становится совершенно непригодным
для мягких материалов, у которых даже небольшое давление
щупа вызывает значительную деформацию поверхности.
Определение толщины пленок методом
взвешивания. Одним из наиболее простых методов опре-
деления толщин слоя тонких пленок является весовой метод,
описанный в литературе.
Сущность метода заключается в определении массы конден-
сируемой пленки путем взвешивания подложки, на которую
505
наносится слои до и после эксперимента, и расчете толщины
пленки по формуле
=	(16-23)
где Атп — масса пленки;
р — плотность вещества пленки;
S — площадь пленки;
d — толщина пленки.
Выражение (16-23) предполагает равномерное распределе-
ние конденсата по поверхности подложки и равенство плотно-
сти полученной пленки и исходного материала. Однако формула
(16-23) может быть использована лишь с известным приближением,
потому что, во-первых, реальная площадь, занимаемая пленкой,
как правило, не соответствует видимой площади (в большинстве
случаев реальная площадь оказывается больше измеряемой
площади). Во-вторых, плотность очень тонких пленок при опреде-
ленных условиях получения оказывается значительно меньше
плотности исходных материалов, из которых они напыляются,
вследствие зернистой или пористой структуры, а надежных спо-
собов непосредственного определения истинной плотности полу-
ченных пленок в настоящее время не существует. Как показы-
вают ~ электронографические исследования, пленки, полученные
с большой скоростью конденсации испаряемого вещества
(~100 А/сек), начиная с толщины 150 А, не имеют зернистой
структуры, а их плотность почти такая же, как у исходного
материала. Поэтому рассмотренный метод в этом случае может
быть с успехом использован. Пленки, полученные при малых
скоростях конденсации (~1—10 А/мин), имеют зернистую струк-
туру Д° толщины 400—500 А, и, следовательно, описываемый
метод в этом случае дает приближенные результаты.
Точность метода значительно повышается, если воспользо-
ваться высокочувствительными микровесами, расположенными
в вакуумной камере, где происходит испарение. Это позволяет
избежать искажения результата, вносимого за 'счет адсорбции
пленкой газов и паров после соприкосновения ее с атмосферой.
Сконструированные в настоящее время крутильные микровесы
с точностью 10"8 г позволяют определить вес моноатомной пленки
на площади в 1 см2. Кварцевые микровесы для эксперименталь-
ных исследований тонких пленок описаны в литературе, а устрой-
ство и работа усовершенствованных кварцевых крутильных
микровесов для работы в сверхвысоком вакууме (10‘9 мм рт. ст.)
также подробно рассматриваются в литературе.
Метод кварцевого вибратора (радиочастотный
метод). Метод кварцевого вибратора подробно рассмотрен в лите-
ратуре. Сущность метода заключается в следующем. При конден-
сации вещества на кварц, включенный в схему генератора, его
масса изменяется, что приводит к изменению собственной частоты
506
колебаний кварца. Кроме того, установлено, что изменение
собственной резонансной частоты кварца пропорционально изме-
ненцю массы:
1•
где / —- собственная частота колебаний кварцевого резонатора;
т — масса кварца;
Д/ — изменение (уход) резонансной частоты;
Лтп — масса пленки.
Воспользовавшись формулой (16-23), после несложных пре-
образований выражений (16-23) и (16-24) получим соотношение
, d=js^f- -	(16'25)
Величины т, /, s можно считать постоянными. Что касается р',
то лишь для области очень малых толщин оно будет отклонено
от линейной зависимости. Обоснование
этого вывода для металлических пле-
нок, например, подтверждено практи-
чески. В приборах, основанных на
этом методе, контроль толщины пленки
в процессе ее напыления производится
по уходу собственной частоты колеба-
ний кварца или по расстройке частоты
двух генер аторов, стабилизиров анных
кварцем. Если прибор состоит из двух
кварцевых генераторов, то перед на-
чалом напыления пленки генераторы
настраиваются на одинаковую частоту.
В камеру, где производится напыление,
ряДом с образцом помещается кварце-
вая пластинка одного из генераторов
(рис. 16-21).
По мере конденсации пленки часто-
та кварца, находящегося в камере, бу-
дет изменяться, в то время как частота
второго генератора остается неизмен-
ной. Сигналы с обоих генераторов по-
падают на смеситель. Выделяемая раз-
ностная частота Д/ на выходе усили-
вается и измеряется частотомером,
шкала которого может быть отградуи-
рована в ангстремах. Рабочая частота
генератора выбирается в зависимости
мых толщин пленок.
Для измерения очень тонких пленок необходим прибор с боль-
шой чувствительностью и высокой рабочей частотой. Если тре-
507
Рис. 16-21. Контролируемая
пленка и кварцевый дат-
чик в вакуумной камере.
1 — источник напыления; 2 —
маска подложки; 3 — подлож-
ка с напыляемой пленкой; 4 —
корпус датчика; 5 — кварцевая
пластина; 6 — ввод в камеру;
7 — фланец камеры.
от диапазона измеряв-
буется производить измерение пленок в широком диапазоне
толщин, то выбирают кварц с относительно низкой рабочей ча-
стотой. Используемая радиотехническая аппаратура дает воз-
можность на рабочей частоте около 20 гц получить чувствитель-
ность при измерении толщины металлических пленок 10~9 г/см2.
Кварцевый измеритель толщины пленок КИТ-1 позволяет
измерять толщину тонких металлических, диэлектрических и по-
лупроводниковых пленок непосредственно в вакуумной камере
в процессе конденсации. Диапазон измеряемых толщин пленок
от 100 до 50 000 А. Точность измерения ±10% (в диапазоне
1 000—50 000 А).
Не меняя кварца, можно производить измерения 6—8 сеансов
конденсации. Для повторного использования кварца напыленное
вещество легко удаляется растворением в кислоте либо путем
обработки тонким абразивным порошком.
В процессе конденсации пленки кварцевая пластина нагре-
вается. Этот нагрев может привести к паразитному уходу частоты
кварца и внести погрешность в измерение. Поэтому с целью
термостатирования кварцевого датчика его держатель во время
работы охлаждается проточной водой.
Кроме того, при подборе кварца для измерения толщины
следует обращать внимание на температурный коэффициент
частоты, который зависит от типа среза кварцевой пластины
и ее геометрических размеров Лучшим в этом отношении счи-
тается А Г-срез — кристалл кварца, срезанный под углом 35°10'
к оси Z, обладающий минимальным и мало меняющимся темпе-
ратурным коэффициентом. Одним из существенных недостатков
метода является необходимость предварительной градуировки
прибора каждый раз при смене напыляемого вещества или изме-
нении режима напыления.
Тем не менее этот метод имеет очевидные преимущества:
1.	Возможность контроля толщины слоя в процессе его на-
пыления.
2.	Значительный диапазон измеряемых толщин от 100 до
50 000 А.
3.	Отпадает необходимость изготовления образцов — «свиде-
телей» при измерении толщины.
4.	Универсальность метода — применяемость для различных
материалов.
5.	Высокая чувствительность, доходящая до 3—5 А.
Электромагнитный метод (метод вихре-
вых токов). Метод вихревых токов может быть применен
для измерения толщины металлических покрытий на диэлектри-
ческих, а также металлических подложках, если существует
разница в электрических и магнитных свойствах материала пленки
и подложки, причем чем больше разница в электрических и маг-
нитных свойствах пленки и материала подложки, тем легче и точ-
нее можно произвести измерение. Сущность метода заключается
508
в следующем. При прохождении по катушке переменного тока
вокруг катушки возникает переменное магнитное поле. Если
в это поле поместить металлическое изделие, то в последнем ин-
дуктируется электродвижущая сила и появляются так называе-
мые вихревые токи. Следует заметить, что для этих целей лучше
использовать ток высокой частоты. Согласно правилу Ленца
вихревыми токами создается магнитный поток, направленный
в противоположную сторону основному магнитному потоку.
Поэтому магнитное поле вихревых токов снижает импеданс ка-
тушки-датчика, что в свою очередь вызывает изменение тока
в катушке. Точнее, если учесть, что вихревые токи — это пере-
менные токи высокой частоты, при которых возникает явление
поверхностного эффекта — скин-эффекта, что изменения, вноси-
мые вихревыми токами, позволяют судить о свойствах поверх-
ностных слоев. Так, по изменению тока в катушке можно судить
о толщине слоя металла на непроводящей подложке, а то обстоя-
тельство, что ток в катушке зависит от расстояния между метал-
лической поверхностью и катушкой, позволяет применить метод
для контроля толщины лакокрасочных и других неэлектропро-
водящих покрытий. Далее, принимая во внимание проникновение
электромагнитного поля в глубь проводника, следует учесть,
что электромагнитное поле и возбужденные им вихревые токи
затухают с проникновением в глубь изделия, а амплитуды электри-
ческого и магнитного полей имеют наибольшее значение у поверх-
ности тел из проводящего материала. Глубину проникновения
вихревых токов можно определить по формуле
Я =	(16-26)
где Н — глубина проникновения тока;
к — постоянный коэффициент;
р — удельное сопротивление материала изделия;
ц — магнитная проницаемость;
/ — частота тока.
Как видно из формулы (16-26), с увеличением частоты тока
уменьшается глубйна проникновения вихревых токов. Поэтому
рабочая частота генератора при измерении толщины покрытия
выбирается в зависимости от наибольшей толщины покрытия
с учетом электропроводности и магнитной проницаемости изде-
лия. Иначе метод вихревых токов называют электроиндуктивным
методом, так как рассмотренные явления возникновения вихре-
вых токов аналогичны явлениям в индуктивно связанных конту-
рах с той лишь разницей, что вместо вторичной катушки к пер-
вичной катушке-датчику подносится деталь с контролируемым
металлическим слоем на поверхности, который можно рассма-
тривать как вторичную катушку. Описанный выше принцип лежит
в основе устройства прибора ТПО-8, разработанного в Ленин-
градском институте точной механики и оптики (ЛИТМО). Прибор
609
служит для контроля толщины гальванических и лакокрасочных
покрытий. Диапазон измерения металлических покрытий на
ферромагнитной основе от 0 до 30 мкм. Погрешность измерения
при контроле пленок толщиной до 15 мкм не более 5%, а выше
15 мкм — не более 8%. На рис. 16-22 изо-
бражена схема измерения толщины покры-
**	Т 1 тия методом вихревых токов.
с =	> - Измерение толщины покрытия произво-
Т г дится следующим образом. Переменное на-
пряжение высокой частоты подается на вход
измерительной схемы (рис. 16-23).
Ток проходит через диоды П1 иП2, кото-
Рис. 16-22. Схема из-
мерения толщины по-
крытия методом вих-
ревых токов.
рые включены навстречу друг другу. Каждый
диод пропускает только один полупериод
тока. Последовательно с диодом П1 включена
катушка Д, которая настроена на частоту
Д — катушка датчика,
на которую подается на-
пряжение высокой часто-
ты; С — емкость, служа-
щая для настройки ка-
тушки в резонанс с по-
даваемым напряжением;
и — индикатор тока;
d — толщина измеряемой
пленки.
генерируемого тока и является выносным
датчиком. Для измерения толщины покры-
тия катушку сначала помещают на деталь
без покрытия и стрелку индикатора уста-
навливают на нуль. Нулевое значение то-
ка на индикаторе И устанавливается пере-
менным сопротивлением R. Затем датчик
Рис. 16-23. Принцип работы прибора
ТПО-8.
помещают на деталь с покрытием и по отклонению стрелки ин-
дикатора определяют относительную величину толщины покрьь
тия.
При определении толщины однотипных пленок строят соот-
ветствующую градуировочную кривую (рис. 16-24), пользуясь
эталонными образцами,
толщина которых измерена
другим способом.
Чем больше калибро-
вочных образцов исполь-
зуется для построения гра-
дуировочной кривой, тем
точнее градуировочная
кривая зависимости пока-
зания индикатора от тол-
щины контролируемого
слоя.
Используя метод вихревых токов, следует учитывать, что
величина вихревых токов в металле зависит от многих факторов
и в первую очередь от таких, как:
1)	электропроводность и магнитная проницаемость металлов;
2)	размеры и формы испытываемого изделия;
3)	расстояние (зазор) между катушкой и материалом.
В свою очередь электропроводность и магнитная проницае-
мость зависят от химического состава металла, его структурного
510
состояния и т. д. Серьезным фактором являются нарушения
сплошности, которые служат
Принимая во внимание
следует заметить, что хотя
прибора ТПО-8 нижний пре-
дел измеряемых толщин ука-
зан от нуля, остается неяс-
ной возможность точного
измерения малых толщин пле-
нок, порядка десятков, а
также и сотен ангстрем, опи-
санным методом. Правда, сле-
дует отметить, что в литера-
туре появились сведения о
приборах, основанных на
препятствием для вихревых токов,
вышеприведенные обстоятельства,
по техническим характеристикам
Толщина покрытия
Рис. 16-24. Градуировочная кривая для
медных покрытий на ферромагнитных
деталях.
принципе вихревых токов,
позволяющих измерять тол-
щину металлических покры-
тий на изоляционных мате-
риалах и толщину покрытий
из хорошо проводящих металлов на металлах с худшей проводи-
мостью в диапазоне от 300 до 6 000 А. Однако на сегодняшний
день этот метод в основном применяется для определения больших
толщин защитных покрытий, причем его можно считать наиболее
перспективным и надежным экспресс-методом в производственных
условиях при измерении толщин, начиная примерно от 1 000 А
до нескольких микрон.
Анализ свойств и выбор материалов
для подложек при изготовлении микросхем
Кроме технологических параметров процесса напыления, таких,
как: абсолютное давление и состав остаточных газов в камере,
состав испаряемого материала, скорость и время осаждения,
температура испарителя, термостабилизация, особо следует вы-
делить параметры, непосредственно относящиеся к подложке:
1.	Материал подложки.
2	Степень очистки поверхности.
3.	Микрорельеф рабочей поверхности подложки.
4.	Совместимость свойств материала подложки и напыляемого
вещества.
5.	Температура подложки во время осаждения.
В качестве подложки для микросхем могут быть использованы
такие материалы, как: стекла, кварц, ситаллы, фотоситаллы,
керамические материалы, в том числе глазурованные, керметы,
монокристаллы, слюды, органические материалы, органические
пленки, металлы, покрытые изоляционной пленкой, и др.
511
Высокий класс чистоты обработки поверхности необходим,
во-первых, для обеспечения однородности и воспроизводимости
параметров пленки, во-вторых, для получения прочной пленки,
что особенно трудно при толщинах в сотни ангстрем. Очевидно,
что высота микронеровностей поверхности подложки должна быть
меньше толщины наносимой пленки.
Электропроводность материалов подложки должна быть низ-
кой для уменьшения потерь в тонкопленочных схемах.
Электропроводность стекла и керамических материалов в силь-
ной мере зависит от содержания щелочей, что в свою очередь
определяет коррозиоустойчивость подложки. Удельная электро-
проводность подложки, слагаемая из объемной и поверхностной
составляющих, определяется прежде всего второй составляющей.
Поверхностная проводимость особенно сильно заметна в условиях
влажной среды. Считается, что в материалах с содержанием нат-
рия более 4% наблюдается заметная миграция ионов натрия
к поверхности. Образуя с адсорбированной влагой электролит,
ионы приобретают способность легко перемещаться под воздейст-
вием электрического поля, вследствие чего возрастает поверх-
ностная удельная проводимость и создаются благоприятные
условия для коррозии осажденных на подложку пленок.
Теплопроводность через подложку является основным спосо-
бом рассеяния тепла и снижения температуры резистивной пленки.
Поэтому хорошая теплопроводность подложки необходима для
рассеяния большой мощности.
Так, например, кварц, стекло, ситаллы при высокой чистоте
поверхности (микронеровности 10—100 А) обладают низкой теп-
лопроводностью.
Керамика, напротив, обладая высокой теплопроводностью,
имеет микронеровности величиной до 5 *10+3—5 *10+4 А.
Этот недостаток отсутствует у глазурованной керамики (вы-
сота микронеровностей до 300 А).
Подложки из органических материалов имеют низкую тепло-
проводность, малую твердость, низкую термостойкость.
Они применяются при изготовлении тонкопленочных перемен-
ных подстроечных резисторов. Металлические подложки, обладая
хорошей теплопроводностью, позволяют повысить уровень рас-
сеиваемой мощности, однако они требуют предварительной изо-
ляции рабочей поверхности.
В качестве материала для подложек может быть приме-
нен сапфир, так как он обладает большой твердостью., теп-
лостойкостью, сравнительно высокой теплопроводностью
(80 • 10'3 кал/см *сек -град), хорошо полируётся.
При изготовлении тонкопленочных радиоэлектронных микро-
схем и компонентов в качестве подложек используются жесткие
изоляционные материалы.
Выше были сформулированы основные требования к подлож-
кам. Однако подложку характеризует еще целый ряд свойств,
512
наиболее важными из которых являются: характер поверхности,
химический состав, стабильность, твердость, теплопроводность,
электропроводность. Менее существенны такие свойства, как
максимально допустимая рабочая температура, пористость и спо-
собность к формовке. Существенное значение имеет коэффициент
термического расширения материала подложки, который должен
согласовываться с КТР наносимого резистивного материала. Хими-
ческие свойства подложек должны обеспечивать возможность
проведения процессов очистки, травления и надежную работу
приборов в неблагоприятных климатических условиях. Также
необходимо, чтобы воздействие температурных и электрических
градиентов не вызывало в подложке ионный ток.
В качестве материала подложек при изготовлении тонко-
пленочных элементов и схем чаще всего используются стекла.
Следует воздерживаться от применения в качестве мате-
риала подложки щелочных стекол, так как щелочные стекла
обладают высокой ионной проводимостью. Ионы натрия, миг-
рируя по поверхности подложки, реагируют с материалом тон-
кой пленки, что приводит к ухудшению параметров и старе-
нию приборов. Повышение температуры усиливает процесс миг-
рации.
Подавление ионной проводимости возможно в силикатных
и боратных стеклах с добавкой ионов кальция и бария.
Лучшими из стекол для подложек являются бесщелочные
алюмосиликатные и боросиликатные сорта. В условиях повышен-
ной температуры предпочтительнее использовать кварц или
кварцевые стекла, например пирекс и викор.
Эти стекла являются одними из немногих типов стекол, на
которые не влияют пары воды (влажность). Остальные же стекла,
даже частично боросиликатные, расстекловываются. В контакте
с водой на их поверхности образуются кристаллы металличе-
ских силикатов.
Для изготовления гибридных микросхем применяются стекла
С-48-3 и С-41-1. Характеристики некоторых марок стекол приве-
дены в табл. 16-4. Основными недостатками стеклянных подло-
жек являются их низкая теплопроводность и сложность их меха-
нической обработки.
Применение в микроэлектронике находят новые твердые
изоляционные материалы — ситаллы и фотоситаллы.
Ситалл это кристаллическое стекло, в процессе получения
которого добавляется одно или несколько специальных веществ,
способных образовывать зародыши кристаллизации. Микрокри-
сталлы образуются в процессе термообработки при высокой тем-
пературе, например при Т = 980° С. Подбирая температуру
обработки и химический состав, можно получать стеклокристал-
лические материалы с большим разнообразием свойств.
Ситаллы, как и стекла, обладают рядом положительных ка-
честв: они непористы, газонепроницаемы, обладают нулевым
17 А. Т. Белевцев
613
Таблица 16-4
514
Физико-технические свойства стекол
Свойства	Зарубежные					Отечественные			
	Мягкое стекло	Алюмоси- ликатное 7059	Предмет- ное стекло микроско- па	Бороси- ликатное	Пирекс, Викору	С50-2	С-48-3	ЗС-11 (С-40-1)	С50-1
Объемный вес, г^см*		2,47	2,76	—	2,23	2,23	—	2,84	2,2	2,21
Предел прочности при стати- ческом изгибе, кг/см2 ....	С» -	—	—	—	—	500	450	—	500
Температура деформации, °C	470	613	502	512	520	—	—	—	—
Температура размягчения, °C	695	875	720	820	820	665	810 ±20	620	620
Коэффициент линейного тер- мического расширения а • 107, i/град		90—92	44,9	72	32,5	4,5—8	50±2	48	40	50
Коэффициент теплопроводно- „	.кал сти л • 103, 		: см • сек • град при 25° С			2,5	3,0	2,0—3,05	2,6—3,08	2,8	2,8	2—3,27	2,9	2,8
при 300° С		3,2	3,6	—	—	3,4	—	—	—	—
Объемное удельное сопроти- вление, ом • см: при 20° С								юю		Ю14
при 250° С		Ю0.4	1011	—	Ю8,1	Юю	—	—	—	—
Диэлектрическая проницае- мость 8 при 1 • 106 гц и 20 °C . . . .	6,2	5,0	6,7	4,6	3,8	3,74-8,0	3,7—8,0	4,7	4.54-7,1
влагопоглощением (не увеличивают веса после длительного хра-
нения в воде).
Кислотоустойчивость большинства ситаллов примерно такая
же, как у боросиликатного стекла, а устойчивость к действию
щелочей более высокая.
Теплопроводность ситаллов в среднем несколько выше тепло-
проводности стекол, а отдельные ситаллы, различные марки
пирокерамов имеют теплопроводность в 3—4 раза выше, чем у боро-
силикатного стекла. Значение теплопроводности зависит от хими-
ческого состава ситаллов.
Следует отметить, что теплопроводность ситаллов слабо ме-
няется с изменением температуры, в то время как теплопровод-
ность стекол с повышением температуры увеличивается, а у непо-
ристой керамики — уменьшается. Коэффициент термического рас-
ширения ситаллов можно варьировать в более широких пределах,
чем у стекол и керамики. Коэффициент термического расширения
различных марок ситаллов может меняться от отрицательной
величины до + 120 «Ю-7 град'1. Температура размягчения ситал-
лов находится в пределах 1 000—1 350° С, а термостойкость срав-
нима с термостойкостью кварца. Например, пластины пирокерама
не разрушаются при резком охлаждении от +900° С погружением
в воду с температурой +5° С.
Ситаллы являются электроизоляторами и по своим электро-
изоляционным свойствам сравнимы с лучшими керамическими
диэлектриками, а электрическая прочность их сравнима с электри-
ческой прочностью стекол.
Заслуживают внимания хорошие механические свойства си-
таллов при их относительно невысокой плотности — 2,40—
2,72 кг/см3. Ситаллы в несколько раз (в 2—3 раза) прочнее стекла,
прочнее большинства керамических материалов и некоторых
металлов. Их прочность на изгиб может достигать 2 500—
5 600 кг/см2, т. е. превышает прочность нержавеющей стали
и титана.
Плотная микрокристаллическая структура ситаллов обеспе-
чивает им твердость при вдавливании, приближающуюся к твер-
дости закаленных сталей и превышающую твердость чугуна,
плавленого кварца и стекла. Значение микротвердости сравнимо с
микротвердостью закаленной инструментальной стали. Благодаря
высокой твердости ситаллы отличаются большой износоустойчи-
востью.
В отличие от большинства высокопрочных тугоплавких кристал-
лических материалов ситалл обладает хорошей текучестью при
формовании. Его можно прессовать, вытягивать, выдувать, про-
катывать и отливать центробежным способом. Поверхность си-
талла может быть обработана до 14-го класса чистоты.
Некоторые .свойства ситаллов приведены в табл. 16-5.
Стоимость ситалла невысока, как правило, стоимость изделий
из ситалла значительно ниже подобных керамических изделий.
17*
515
Таблица 16-5
616
Физико-технические свойства ситаллов
Свойства	Зарубежные (США)			Отечественные				ЛФ-2
	9605	9606	9608	СТ-50-1	СТ-50-2	СТ-90-1	СТ-1	
Объемный вес, г 1см3 . .	2,62	2,61	2,5—2,6	2,65	2,55	2,67	2,5	2,43
Предел прочности при статическом изгибе, кг/см2		2 590	1 400—2 240	1138	2 800	1706					2 500
Температура размягче- ния, °C		1350	1 250—1 350	1250	1200	1250	1250	1250	800
Коэффициент линейного расширения а • 107, 1/град		14	57	2—20	50±2	50±2	86	0—1	100—120
Коэффициент теплопро- водности Л. Юз, кал см • сек • град	8,5—9,1	7,3—8,7	3,4—4,8	Не менее 2,9	3,35	3,36	2,8	4,1—5,0
Объемное удельное со- противление, ом • см, при 20° С		1012—Ю14	1012—Ю14	1013—Ю14	1012—Ю15	5 • 1012	8 • 1011	2 . Ю12—2 • 1014	1,5 • 1014
Диэлектрическая про- ницаемость 8 при 1—106 гц, 25° С ...	6,1	5,6	6,78	5,0—8,5	6,4	6,5	7,5	6,0—7,0
Диэлектрические потери tg б при 100° С . . . .	0,0017	0,0015	0,0035	0,0015	0,0016—0,0028	—	—	—
Фотоситалл — это стеклокристаллический материал, полу-
чаемый путем кристаллизации светочувствительного стекла. Фото-
ситалл представляет особый интерес в случае, когда подложке
требуется придать сложную геометрическую форму. При нагре-
вании рисунок проявляется, а затем травлением получают же-
лаемую конфигурацию. Фотоситалл обладает всеми преимущест-
вами стеклокристаллических материалов, однако наличие в его
составе щелочей делает его пригодным для применения в качестве
подложек микросхем.
Общим недостатком стеклокристаллических материалов яв-
ляется их сравнительно невысокая теплопроводность.
При изготовлении подложек находят применение всевозмож-
ные виды керамических материалов, которые выгодно отличаются
от стекол и ситаллов по теплопроводности.
Керамический материал является сложной системой и со-
держит в себе в большинстве случаев кристаллическую, стекло-
видную и газовую фазы. Свойства керамики предопределяются
характеристиками кристаллической фазы (диэлектрическая про-
ницаемость, коэффициент линейного расширения, механическая
прочность и т. д.).
Зависимость электрических свойств керамики от ее струк-
туры и химического состава' устанавливается прежде всего на
основании значений диэлектрической проницаемости и тангенса
угла потерь. Удельное объемное сопротивление при повышенных
температурах достаточно определенно характеризует качество
керамики, а значение электрической прочности характеризует
качество керамики с точки зрения ее микроскопических дефектов
(степень плотности черепка, отсутствие в нем закрытых пор).
Механическую прочность керамики определяют не только
химический и минералогический состав материала, но и его
структура. Наибольшей механической прочностью обладает кера-
мика с плотной мелкозернистой структурой, в которой преобла-
дает кристаллическая фаза.
Данные по основным свойствам некоторых керамических
материалов сведены в табл. 16-6.
Общим недостатком керамических материалов являются боль-
шая шероховатость поверхности (микронеровности 5 «103—
2-104 А) и пористость.
Для уменьшения шероховатости поверхности применяют гла-
зурование керамических материалов тонким слоем бесщелочного
стекла. Поверхность глазурованных материалов может быть
получена 14-го класса чистоты, микронеровности их могут быть
менее 300 А. Слой глазури имеет толщину порядка 75—100 мкм
и поэтому при малых уровнях рассеиваемой мощности не пред-
ставляет теплового барьера для переноса тепла от резистивной
пленки к подложке с высокой теплопроводностью. Однако при
больших уровнях рассеиваемой мощности и для керамических
материалов, обладающих очень высокой теплопроводностью (на-
517
СЛ	Физико-технические свойства керамики	Таблица 16-6
Свойства	Алюмооксидная керамика					Форстерито- вая	На основе ВеО	На основе MgO
	22Х	22ХС	М-7	Поликор («Лукалокс»)	Сапфирит-16			
Объемный вес, г [см3 . .	3,6—3,8	3,65	3,6	3,96—3,98	3,89—3,93	2,9—3,0	3,01	3,58
Пористость, %		3,0—8,0	3,0—7,5	5,0—7,0	0,25—0,5	1,8—0,5	—	—	3,0—7,0
Предел прочности при статическом изгибе, кг [см2: при 20° С	 при 900° С		3 000—4 200 1 100—1 170	3 200 1 100—1 170	300 2 200	2 500—3 200	3 200—4000 2 300—2 800	1400	2 450	1330
Предел прочности при ударном изгибе, кг • см/см2		6,0—7,5	6,6—7,5	4,5,	—	6,6—7,5	—	—	—
Модуль упругости 2? • 10®, кг/см2		2,3—2,6	2,4—2,5	2,07	3,92	3,3—4,4	—	30	—
Коэффициент линейного термического расшире- ния а-107, 1)град: при 20—300° С . . . при 20—700° С . . . при 20—900° С . . .	64,0 75,0 77,0—79,0	60,0±0,5 70,0+0,5 75,0+5	<1(3)01 со Сл -q ООО 1+1+1+ Си СП СП	70,0—76,0 79,0 80,0—83,0	65,0—67,0 81,0—83,0 84,0—86,0	75,0—88,0 84,0—103,0 106	68,0 84,0 84,0—96,0	128,0—135,0
Коэффициент теплопро- водности А, • 103, кал см • сек • град'	25,0—32,0	25,0—32,0	24,0	70,0—76,0	50,0—60,0	3,6	120,0—520,0	82,0—92,0
Продолжение тъбл. 16-6
Свойства	Алюмооксидная керамика					Форстерито- вая	На основе ВеО	На основе MgO
	22Х	22ХС	М-7	Поликор («Лукалокс»)	Сапфирит-16			
Влагопоглощение не бо- лее, °/о			0,02	0,02	0,02	—	—	—	—	—
Объемное удельное элек- трическое сопротивле- ние, ом • СМ'. при 20° С	 при 100° С	 при 200° С	 при 300° С	 при 400° С		> 2,5 • 1014 > 1,0 • 1014 3,3 • 1013 1.0 • 1010 2,8 • 108— 2,5 • 109	1013 10Ю 109 108	Ю13 Ю12 1010 109	> 1014 3 • 1014	2,5 • 1014 1.0 • 1014 > 1.0 • 10I4 1,5 • 1012 2,6 • 1013 6,0 • 1010	1017 1014 1012 1011	Ю16 1014	1014
Диэлектрические потери, tg 6 • 104, при / = 106 гц, 20° С. . 			3,0—5,0	Не более 6,0	4,0	1,0	1.0	5,0	—	—
Диэлектрическая прони- цаемость 8 при / = Ю6 гц, 20° С ...	19,0—10,3	Не более 10,3	9,5	10,5—11,0	10,0—10,7	5,8—6,7'	5,8	8,2
Электрическая проч- ность, кв/мм		30	Не менее 30	30	—	32—45	8—12	9,6—14	—
Класс чистоты поверх- ности V		12	* 12—14	10	14	12	10—12	8—9	7—8
* Для глазурованной керамики.
519
пример, бериллиевая керамика), влияние глазури становится
более заметным.
В микроэлектронике используют глазурованные керамиче-
ские материалы на основе алунда и окиси бериллия. Так, под-
ложки из высокоглиноземистого материала марки 22ХС, глазу-
рованного боросиликатным стеклом, применяются при изготов-
лении тонкопленочных микросхем. Они удовлетворяют основным
эксплуатационным требованиям, предъявляемым к приборам.
Недостатком глазурованных керамических материалов является
сравнительно большая волнистость поверхности, а также необ-
ходимость вводить в стекло РЬО и К2О, что может отрицательно
сказаться на свойствах тонкой пленки.
Необходимый после глазурования обжиг тонких пластин
толщиной 0,2—0,4 мм, размером 12x12 мм приводит к коробле-
нию и необходимости в связи с этим механической обработки,
что невыгодно.
Имеются данные, указывающие на перспективность исполь-
зования в качестве материала подложек керметов. Этот материал
представляет интерес исходя из двух основных соображений:
а)	поскольку кермет представляет собой керамический мате
риал с распределенными в нем частицами металлического порошка,
теплопроводность кермета может регулироваться в зависимости
от количества вводимого металла в более или менее широких
пределах;
б)	за счет наличия в материале металлических частиц упро-
щаются вопросы металлизации.
Основанием для тонкопленочных резисторов может служить
также кварц, который по своим свойствам близок к кварцевым
стеклам, но более дорог. Хорошйе прочностные свойства кварца
позволяют изготовить подложки более тонкие, чем из стекла.
Поверхность плавленого кварца может быть получена с плот-
ностью 0,02 мкм/см и рельефом 10 А. Некоторые его свойства
даны ниже:
Плотность, г/см3...................................2,32
Температура размягчения, °C........................1 500
Коэффициент термического расширения, ispad . » . . . 5
Теплопроводность, кал/см • сек • град: при 25° С .... 0,0035
при 300° С........................................ 0,0042
Диэлектрическая постоянная.........................3,8—4,5
Удельное сопротивление, ом • см . . . . ...........1015
Химическая стойкость...............................отличная
В качестве подложек могут быть использованы органические
и полимерные изоляционные материалы, как-то: текстолит, гети-
накс, стеклотекстолит, пластмассы, смолы и т. д.
Технология получения тонких пленок при изготовлении микро-
схем. Одними из основных направлений микроминиатюризации яв-
ляются разработка и усовершенствование методов изготовления
тонкопленочных схем. В этой области много нерешенных проблем.
Ъ2О
Например, необходимо найти способ осаждения металлов на
заданную площадь основания при различной толщине слоя.
В технологическом процессе изготовления тонкопленочных рези-
сторов и конденсаторов различных номинальных значений необ-
ходимо уменьшить число производственных операций. Наиболее
трудноразрешимой является проблема изготовления микроми-
ниатюрных индуктивностей (больших номиналов) и трансформа-
торов. Необходимо наряду с радикально новыми формами катушек
разработать соответствующие магнитные пленки и методы их
массового производства.
Часто элементы, используемые для соединения узлов (штеп-
сельные разъемы, лепестки и т. д.), занимают больший объем,
чем сами узлы. В связи с этим разработаны методы соединения
узлов с использованием печатного монтажа, осуществляемого
вакуумным испарением.
Унификация формы и размеров микроминиатюрных плат
позволяет создавать автоматическое оборудование для их изго-
товления. Автоматизировать производство тонкопленочных схем
чрезвычайно важно с экономической точки зрения, так как высо-
кая стоимость ручного изготовления микроминиатюрных узлов
до сих пор препятствует широкому их внедрению в промышлен-
ности. При разработке технологических процессов изготовления
микроминиатюрной радиоэлектронной аппаратуры необходимо
учитывать возможность их применения в условиях массового
производства. Ни один технологический метод нельзя считать
ценным, если он неэкономичен и не может быть применен в мас-
совом производстве.
Резисторы. Пленочные микрорезисторы изготовляют
путем осаждения в вакууме пленки из резистивного материала
на твердое основание. Выводы, необходимые для хорошего электри-
ческого и механического контакта с резистивной пленкой, нано-
сят вакуумным или химическим методами. Резистивный элемент
защищают пленкой диэлектрика, наносимой также вакуумным
осаждением, и слоем синтетической смолы. На первых этапах
освоения технологии микрорезисторов, получаемых вакуумным
осаждением, считалось, что защитные пленки из фтористого маг-
ния или окиси кремния существенно улучшают электрические
характеристики. Однако сама окись кремния из-за пористости
не обеспечивает полной защиты пленки от воздействия атмосфер-
ных водяных паров. Поэтому в настоящее время пленки защищают
от влаги, нанося на них слой лака или смолы. Использование
фтористого магния может привести к разрушению резистивной
пленки, если она осаждается при температуре более 300° С.
Для предотвращения химических реакций между резистивной
пленкой и активной смолой покрытия полезно наносить проме-
жуточный слой одноокиси кремния. Заливка всего резистора
обеспечивает надежную защиту пленки от механических и атмо-
сферных воздействий.
521
Выбор материала резистора определяется требуемой величи-
ной сопротивления. Используют материалы с высоким удельным
сопротивлением и низким ТКС. Удовлетворительные резистивные
пленки получают из хромоникелевого сплава (Ni 80%; Сг 20%);
при более высоком сопротивлении пленка получается слишком
тонкой и резко снижается ее стабильность. Для пленок с более
высоким удельным сопротивлением удовлетворительные электри-
ческие характеристики дают чистый хром или хромоникелевые
сплавы.
Конструкция металлопленочного резистора показана на
рис. 16-25.
Наиболее удовлетворительные свойства пленки получают при
осаждении сплава с одновременным его окислением. Установлено,
что при повышении температуры подложек до 300° С и разреже-
нии 5.-10~4 мм рт. ст. пленки из хромового сплава довольно
хорошо окисляются в широком диапазоне скоростей осаждения.
Осадок, вероятно, приобретает свойства полупроводника с малым
температурным коэффициентом сопротивления и имеет высокую
стабильность, так как дефек-
ты структуры отсутствуют
из-за высокой подвижности
атомов металла при высокой
температуре. Величину раз-
режения в вакуумной каме-
ре регулируют.
Хромоникелевые рези-
стивные пленки можно такжй
получать посредством сублимации (возгонки) сплава. Для этого
через спираль из хромоникелевого сплава пропускают ток большой
силы, пока спираль не нагреется до температуры сублимации.
При этом методе скорость испарения невелика.
Количество испаряющегося металла можно определить с вы-
сокой точностью, взвешивая спираль до и после испарения.
Особенно точно нужно подобрать рабочую температуру спирали
во избежание ее расплавления, так как даже обычные колебания
напряжения в сети могут вызвать плавление спирали или прекра-
щение испарений. При использовании метода сублимации хром
испаряется интенсивнее никеля и получаемая пленка содержит
несколько больше хрома, чем исходный материал. Испарители,
где происходит предварительное плавление испаряемого материала,
позволяют получать пленки с меньшим разделением компонен-
тов.
Разработана конструкция испарителя для непрерывного ис-
парения резистивного материала (например, хромоникелевых
сплавов), в виде проволоки.
Резистивный материал нагревается в результате бомбардировки
электронами, испускаемыми нагретой вольфрамовой спиралью
(рис. 16-26). Эта спираль представляет собой петлю проволоки
622
Рис. 16-25. Конструкция металличе-
ского пленочного резистора.
1 — выводы; 2 — основание; 3 — защитное
покрытие; 4 — резистивная пленка.
из чистого вольфрама диаметром 0,75 мм, прикрепленную к двум
медным стержням диаметром 6,5 мм. Она нагревается током
около 50 а. Спираль имеет отрицательный потенциал 3 кв по отно-
шению к заземленной капле испаряемого хромоникелевого сплава.
Для фокусировки пучка электронов используют сетку, потен-
циал которой равен потенциалу спирали (или ниже).
Резистивный материал помещают в ванночке, изготовленной
из тугоплавкого материала — окиси алюминия и молибдена
и установленной на подставке из нержавеющей стали. В верхней
части ванночки имеется углубление, где находится капля хромо-
никелевого сплава.
По мере испарения материала капля расплава пополняется
благодаря непрерывной подаче хромоникелевой проволоки, кото-
рая плавится пучком элек-
тронов. Проволока подается
через направляющую труб-
ку; во избежание преждевре-
менного плавления проволо-
ки эта трубка охлаждается
проточной водой.
Толщину осажденной плен-
ки определяют следующим
образом. В каждой партии на
одно из оснований наклады-
вают маску в виде тонкой
стальной полоски для полу-
чения резкого перехода (усту-
па) от стекла к пленке. После
осаждения хромоникелевой
пленки маску удаляют и тол-
щину пленки определяют с
помощью интерферометра.
Конденсаторы.
Рис. 16-26. Схема испарителя, нагре-
ваемого электронным лучом.
1 — низкое напряжение; 2 — направляющая
трубка с водяным охлаждением; 3 — меха-
низм подачи проволоки; 4 — вольфрамовая
нить; 5 — капля испаряемого материала;
6 — стойка; 1 — подставка; 8 — высокое на-
пряжение (3 кв).
Пленочные конденсаторы можно изго-
товлять посредством вакуумного осаждения двумя способами:
осаждением на металлическое основание слоя диэлектрика и затем
слоя проводника либо осаждением на основание из диэлектрика
чередующихся слоев металла и диэлектрика.
Конденсаторы микросхем обычно изготовляют вторым спо-
собом, т. е. осаждением на основание из стекла или керамики
диэлектрических и проводящих пленок. Иногда в качестве одной
из обкладок используют проводник микросхемы.
Диэлектрическая пленка должна обладать следующими свой-
ствами:
а)	стабильностью физических и электрических параметров
в диапазоне рабочих температур изготовляемого конденсатора;
б)	высокими электрической прочностью и диэлектрической
пр ониц аемостью;
в)	малым углом диэлектрических потерь;
623
тора.
1 — ослабленная точка; 2 — затененный край.
г)	равномерностью толщины, однородностью структуры и от-
сутствием пор в осажденной пленке.
Указанным требованиям удовлетворяют пленки двуокиси крем-
ния, наносимые медленным испарением одноокиси кремния.
Качество пленки из сульфида цинка быстро ухудшается в при-
сутствии водяных паров; фтористый магний рекристаллизуется
при температурах, близких к температуре отжига, необходимого
для снятия внутренних напряжений. Полученные на этих мате-
риалах удовлетворительные результаты не устойчивы. Конденса-
торы с диэлектрической пленкой из окиси кремния во избежание
медленного поглощения атмосферных водяных паров и соответ-
ственного ухудшения диэлектрических свойств защищают син-
тетическими смолами эпок-
сидной группы.
Для изготовления об-
кладок конденсаторов ме-
тодом вакуумного осажде-
ния используют золото,
хром и алюминий. Наилуч-
шим из них является хром,
так как он обладает хо-
рошей адгезией к стеклу,
но, чтобы обеспечить до-
статочно высокую прово-
димость, пленка должна
иметь толщину около 500 А.
На рис. 16-27,а при-
ведена схема конденсатора
с пленками из алюминия и окиси кремния, нанесенными осажде-
нием в вакууме на основание из стекла. Из-за острого уступа
на проводящей пленке — первой обкладке — на пленке диэлек-
трика образуются электрические слабые участки. На рис. 16-27,6
показано, как устраняют этот недостаток: для получения скоса
на краю обкладки маску располагают не вплотную к основанию,
а на некотором расстоянии (~1 мм) от него.
Толстые пленки окиси кремния (более 1 000 А) имеют тен-
денцию к отслаиванию при извлечении из вакуумной камеры.
Чтобы избежать этого, производят отжиг при температуре около
250° С, нагревая основание с помощью терморадиационного
нагревателя перед началом процесса осаждения и поддерживая
указанную температуру в течение всего процесса.
Одноокись кремния (выпускается в виде порошка или в ку-
сках) можно испарять в лодочке открытого типа из молибдена
или в закрытом тигле с решетчатой крышкой, которая препятст-
вует выплескиванию расплавленного материала. Лодочки стан-
дартных размеров изготовляют из фольги толщиной 0,05 и шири-
ной 12,7 мм. Эти же лодочки можно использовать для испарения
золота; алюминий лучше испарять с вольфрамовой трехжильной
624
спирали (диаметр 0,5 мм), а хром — из корзинки, изготовленной
из такой же трехжильной вольфрамовой проволоки. Для этих
трех видов испарителей необходим ток 40—60 а напряжением 12 в.
Испарение одноокиси кремния производят при разрежении
1 «Ю-4 мм рт. ст., так как при меньшем разрежении осаждения
пленка получается рыхлой, имеет пористую структуру и плохую
адгезию к стеклу.
При большой скорости осаждения в пленках возникают попереч-
ные внутренние напряжения, а при слабой адгезии к основанию
наблюдается наращивание пленок. Растягивающие и сжимающие
напряжения снимают отжигом, для чего в вакуумной камере
должен быть установлен радиационный нагреватель.
Многослойные пленки во избежание термического удара,
который может вызвать отслаивание, рекомендуется охлаждать
до температуры 100° С перед впуском воздуха и извлечением
из вакуумной камеры. Для получения наилучших диэлектри-
ческих характеристик пленок окиси кремния скорость осаждения
не должна превышать 5 к/сек.
Порошкообразные одноокись кремния и фтористый магний
перед применением следует прокаливать на воздухе, чтобы уда-
лить влагу. Это уменьшает разбрызгивание материала при ис-
парении.
Контролировать толщину обкладок или диэлектриков в про-
цессе их нанесения нет необходимости v так как испарение строго
определенного материала (по весу) дает отличные результаты.
Скорость осаждения регулируют изменением величины тока,
протекающего через нагреватель испарительного устройства.
Особенно важно точно контролировать скорость осаждения при
нанесении одноокиси кремния. Поэтому для получения требуемой
скорости осаждения величины тока в нагревателе следует пред-
варительно подобрать опытным путем.
Диэлектрическую пленку можно контролировать оптическим
методом: измеряя с помощью фотометра отражение поверхностью
пленки монохроматического света. Точного измерения толщины
этот метод не обеспечивает, но является простым средством
определения минимальной и максимальной отражательной спо-
собности, которая дискретно изменяется при каждом увеличении
толщины пленки на одну четвертую часть длины световой волны.
Стандартные вакуумные камеры выпускаются со встроенными
фотометрами для контроля толщины пленок окиси кремния
указанным методом.'
Выводные соединительные контакты изготовляют осаждением
толстой пленки хромоникелевого сплава с последующим нанесе-
нием слоя меди, к которому можно припаивать мягким припоем
проволочные выводы.
Конструкция приспособлений определяется формой оснований.
Для плоских стеклянных оснований можно использовать непо-
движное приспособление со специальными масками для нанесения
525
каждого типа пленки. В камере можно поместить все три маски
и устанавливать их в рабочую позицию с помощью механизма,
управляемого извне, но это ведет к уменьшению полезной рабо-
чей площади. При отсутствии такого механизма вполне допустима
смена масок вручную с нарушением герметизации камеры.
Технологический процесс изготовления тонкопленочного кон-
денсатора состоит из следующих операций:
а)	осаждения концевых контактов — выводов из хрома; сред-
нюю часть будущего конденсатора закрывают маской. Эта опе-
рация может выполняться как первой, так и последней;
Рис. 16-28. Изменение тока утечки (а) и tg б (б) в за-
висимости от температуры для пленок из окиси крем-
ния.
Для каждой кривой указаны толщина пленки и скорость
осаждения.
б)	осаждения нижней обкладки из хрома или алюминия.
Обкладку соединяют с одним из выводов; второй вывод закрывают
маской;
в)	осаждения диэлектрика (одноокиси кремния). Диэлектрик
перекрывает нижнюю обкладку; оба вывода закрывают маской;
г)	осаждения верхней обкладки (хром или алюминий). Об-
кладку соединяют со вторым выводом.
Конденсаторы с диэлектриком в виде пленки окиси кремния тол-
щиной 0,15—2 мк имеют емкость в пределах 0,01—0,001 мкф/см\
Рабочее напряжение (12—60 в) зависит от толщины диэлектрика
и рабочей температуры. При температурах, превышающих 200° С,
величины угла диэлектрических потерь (tg б = 0,1) и тока утечки
(0,5 мка! см2) обычно неприемлемы. Скорость осаждения окисного
слоя оказывает заметное влияние на tg б, 8 (рис. 16-28, б) и ток
утечки (рис. 16-28, а). В общем случае наименьшие показатели
тока утечки и tg б получаются при скорости осаждений менее
5 k/сек, но 8 при малых скоростях осаждения у окисных пленок
оказывается меньшей, чем у окиси кремния в куске. Это объяс-
няется в известной мере меньшей плотностью пленок.
626
Рис. 16-29. Конструктивное оформ-
ление мультивибратора на транзи-
сторах в пленочном исполнении (а)
и его принципиальная схема (б).
Готовые пленочные конденсаторы могут иметь довольно высо-
кую проводимость из-за точечных неоднородностей или других
микроскопических дефектов в диэлектрике. Эти дефекты легко
устранить «прожиганием» конденсатора, для чего на него раз-
ряжают предварительно заряженный до напряжения 100 в бу-
мажный конденсатор емкостью 4 мкф. При этом на верхней об-
кладке пленочного конденсатора в зоне точечного дефекта диэлект-
рика происходит выгорание
пленки (как и в металлизиро-
ванных бумажных конденсато-
рах, обладающих способностью
самовосстанавливаться после
пробоя).
Изготовление тон-
копленочных схем.
Микросхемы, как уже было ска-
зано, представляют собой соче-
тание пленочных схемных эле-
ментов и соединительных про-
водников, нанесенных на общее
основание из диэлектрика. В
качестве примера на рис. 16-29
представлены конструктивное
оформление мультивибратора на
транзисторах в пленочном ис-
полнении и его принципиальная
схема. В качестве оснований
для изготовления мультивибра-
тора используют квадратную
пластинку из стекла со сторо-
ной 25,4 мм и толщиной 1,6 мм.
Осаждение схемы производят в
несколько этапов. Первый этап—
осаждение четырех резисторов
(из сплава хрома и кремния),
после чего производят осажде-
ние нижних обкладок обоих конденсаторов с одновременным
получением некоторых соединительных проводников (толстый
слой хромоникелевого сплава). Затем следует нанесение диэлект-
рической пленки одноокиси кремния на нижние обкладки кон-
денсаторов. Заключительный этап — нанесение верхних обкладок
конденсаторов и оставшихся соединительных проводников. В со-
ответствующих точках схемы наносят толстые пленки меди,
которые служат для подключения к схеме транзисторов и источ-
ника питания.
Сведения о материалах, применяемых для изготовления кон-
денсаторов и резисторов, приведены выше. В данном случае для
резистивных пленок используется сплав хрома с кремнием,
527
так как требуется получить сравнительно большие сопротивления
при довольно большой толщине пленки. Размеры резисторов —
длина 14,2 и ширина 1,2 мм. Эту же пленку используют для
резисторов с сопротивлением 1 ком (длина 6,5 и ширина 4,8 мм).
В испаритель загружается смесь порошков, состоящая из равных
по объему частей хрома и кремния (или его одноокиси).
Для нанесения обкладок конденсаторов обычно применяют
алюминий, но в данном случае для упрощения процесса исполь-
зуется тот же хромоникелевый сплав (Сг 20%, Ni 80%), который
применяли для нанесения соединительных проводников схемы
(при достаточно большой толщине пленки этот сплав позволяет
получить малое сопротивление — менее 1 ом /см2), т. е. он при-
годен для нанесения соединительных проводников; в большинстве
случаев этим сопротивлением можно пренебречь.
Диэлектрические прокладки конденсаторов изготовляют на-
несением одноокиси кремния, которую (с использованием соот-
ветствующих масок) наносят также поверх пленочных резисто-
ров как дополнительный защитный слой перед покрытием смолой
или лаком.
Контроль сопротивления резистивной пленки осуществляют
по специальному контрольному образцу; по достижении требуе-
мой величины сопротивления испаритель закрывают крышкой,
чтобы прекратить осаждение. После нанесения резисторов на-
носят нижние обкладки конденсаторов и соединительные про-
водники из хромоникелевого сплава толщиной 500—1 000 А.
При выполнении обеих операций температуру оснований поддер-
живают около 300° С, а разрежение в камере 10-4 мм рт. ст.
Диэлектрик наносят из одноокиси кремния при скорости
осаждения 5 к/сек\ остаточное давление 0,1 мм рт. ст. поддер-
живают с помощью игольчатого клапана. Основания нагревают
до 250° С. Установлено, что скорость осаждения сильно зависит
от величины тока, протекающего через испаритель, которая
подбирается опытным путем.
Верхние обкладки конденсаторов и оставшиеся соединитель-
ные проводники из хромоникелевого сплава осаждают одно-
временно через соответствующую маску. Процесс заканчивается
нанесением толстого медного слоя на выводные контакты, к ко-
торым припаивают проволочные выводы.
16-4,
ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТВЕРДЫХ СХЕМ
Как уже было сказано, способ создания твердых схем состоит
в том, что на базе одного или нескольких кристаллов полупро-
водникового материала изготавливают устройства, эквивалентные
целым функциональным схемам. Для получения активных и пас-
сивных элементов твердой схемы применяют сплавные, диф-
фузионные и планарные полупроводниковые приборы, а также
528
эпитаксиальные пленки. В такой конструкции, которая приоб-
ретает объемный характер, обычно трудно четко разграничить
отдельные элементы схемы.
Некоторые типичные структуры представлены на рис. 16-30.
На рис. 16-30, а показан резистор, полученный диффузией сурьмы
Рис. 16-30. Типичные структуры функциональных уст-
ройств на твердых схемах.
в кремний с проводимостью p-типа. В результате диффузии об-
разуется тонкий слой с низким удельным сопротивлением с про-
водимостью тг-типа. Отношение удельного сопротивления исход-
ного материала к удельному сопротивлению полученного слоя
с проводимостью тг-типа оказывается больше 100, поэтому обра-
зованием узкой канавки можно изолировать один полупровод-
никовый резистор этого типа от другого.
529
Если на обе поверхности рассматриваемого элемента нанести
металлическую пленку металла с достаточной проводимостью,
то получится схема, изображенная на рис. 16-30, б. Значения
емкости и сопротивления зависят от величины приложенно-
го напряжения. Схема такого вида может быть несколько из-
менена. Устройство, изображенное на рис. 16-30, в является
фазосдвигающим НЧ фильтром с распределенными парамет-
рами.
Вентильная схема (рис. 16-30, г) строится за счет использо-
вания свойств однополюсного транзистора. Запирающее сопро-
тивление между точками 1 и 2 достаточно велико, если к эле-
менту приложено большое обратное напряжение смещения. При
нулевом смещении запирающее сопротивление мало. Таким
образом, изменение смещения п-р перехода открывает или запи-
рает схему между точками 1 и 2. Эта методика может быть при-
менена для получения большой логической схемы, изображенной
на рис. 16-30, д.
При подаче сигнала смещения на один из электродов Gt,
G2, G3 схема между точками 1 и 2 открывается.
На рис. 16-30, е изображены усилитель и его эквивалентная
схема. Металлический электрод /7-слоя образует коллектор.
Базовые электроды образуются нанесением металлических пле-
нок с проводимостью п-типа. В упрощенной эквивалентной схеме
усилителя на двух транзисторах Qt и Q2 не указаны компенсацион-
ные термосопротивления и соединительная емкость. На
рис. 16-30, ж изображено устройство, не имеющее стандартной
схемной аналогии, а также характеристика такого элемента.
На графике штриховой линией обозначена нагрузочная характе-
ристика элемента. Схема в этом случае имеет два устойчивых
положения. При наличии нагрузки большой величины (сплошная
прямая линия) схема становится генератором пилообразных им-
пульсов, частота которых определяется величиной приложенного
напряжения. Одновременное использование нескольких подобных
элементов позволяет получить более сложные функциональные
схемы.
Сравнение сложных полупроводниковых цепей со стандарт-
ными схемами лучше всего производить, сравнивая их функции,
используя известные аналогии между элементами схемы и раз-
личными переходами в полупроводнике.
В твердых полупроводниковых схемах решается проблема
объединения отдельных элементов. Благодаря использованию
однородного, обладающего высокой чистотой материала число
контактов сокращается, основные электрические соединения при-
ходятся на входные и выходные контакты и на выводы для под-
ключения питания.
Для превращения пластинки полупроводникового материала
в функциональную схему требуется от 15 до 20 технологических
операций. При таком небольшом количестве операций можно
630
применять строгий пооперационный контроль качества. Это
способствует повышению надежности схем.
Трудности математического описания процессов в полупро-
водниковых приборах связаны с их объемным исполнением.
Этим объясняется и трудность теоретического описания методов
создания функциональных полупроводниковых схем. Поэтому
твердые схемы пока создают путем обработки отдельных частей
полупроводникового материала в соответствии с обычными схе-
мами. Одни участки выполняют как резисторы, другие как кон-
денсаторы, диоды, транзи-
сторы и т. п. Можно реа-
лизовать любое число та-
ких участков так, чтобы
их сочетание образовало
желаемую схему. Так как
все эти участки представ-
ляют собой часть одного и
того же образца полупро-
водникового материала, то
получается полностью мо-
нолитная структура. Часто
в устройстве подобного ти-
па, как было сказано вы-
ше, невозможно опреде-
лить тот или иной участок
по функциональному приз-
наку. Поэтому составляют
эквивалентную схему, ко-
Рис. 16-31. Твердая схема RС с распре-
деленными параметрами (конструкция и
эквивалентная схема).
торую можно построить
по принципу проводимо-
сти в полупроводниковом
материале. Если известны
электрические устройства
1 — диффузионный строй; 2 — р-п переход с
большой поверхностью; 3 — объемный кусок по-
лупроводника.
участков, то можно уз-
нать и характеристики всего устройства в целом. В отдельных
случаях некоторые участки можно имитировать подключением
обычного элемента схемы, например при макетировании.
На основе полупроводниковых материалов легко формируются
цепи с распределенными 2?С-параметрами (рис. 16-31).
Индуктивность значительно труднее выполнить в малом объеме.
В настоящее время не существует такого микроминиатюрного
полупроводникового прибора, который обладал бы большой
индуктивностью. Разработан полупроводниковый диод, эквива-
лентная схема которого при определенных условиях представляет
собой индуктивность с высокой добротностью в последовательном
соединении с отрицательным сопротивлением. Можно выполнить
индуктивную цепь на активных элементах или заменить ее дру-
гими элементами, обеспечивающими в итоге эквивалентный
531
эффект. Например, в схеме временной задержки можно вместо
индуктивности применить полупроводниковую линию задержки;
схемы RC могут заменить в ряде случаев схемы LC, дроссели
" заменяют полупроводниковыми приборами, использующими эф-
фект поля; вместо согласующих трансформаторов применяют
другие схемы согласования, без индуктивностей.
Небольшие индуктивности выполняют в виде спирали из
полупроводникового материала. Если же требуются большие
индуктивности, то практически выгоднее использовать смешан-
Рис. 16-32. Один из методов соедине-
ния твердых схем.
1 — тефлоновые листы, покрытые медью с
травлеными отверстиями для выводов; 2 —
твердые схемы; з — проводник, изолирован-
ный от листа; 4 —листы для подачи напря-
жения питания; 5 — лист для вывода сиг-
нала цепей; 6 — проводник, приваренный к
листу.
ную конструкцию с примене-
нием индуктивностей обычно-
го типа.
Диоды и транзисторы из-
готовляют методами диффу-
зии или сплавления; диффу-
зионный способ более удобен
и при создании твердых схем.
В структуре полупровод-
никовых схем можно выпол-
нять, например, однополюс-
ные транзисторы, работаю-
щие на основе эффекта поля,
туннельные диоды, приборы
типа р-п-р-п, солнечные эле-
менты, термоэлектрические^
элементы.
Ввиду малых размеров
твердых схем их можно объ-
единять разными способами,
так как в любом случае дости-
гается существенное умень-
шение размеров аппаратуры
по сравнению с обычным ее выполнением. Попытки укладывать
твердые схемы в одной плоскости дают наименьшую экономию
объема. Наиболее эффективный способ состоит в их монтаже
параллельными рядами (рис. 16-32).
При выполнении малогабаритной аппаратуры необходимо
обеспечить минимальное рассеяние тепла на единицу объема.
Для этой цели твердые схемы выполняют с минимальным потреб-
лением электроэнергии и с большим отношением площади поверх-
ности к объему.
Интересно провести оценку плотности элементов в твердых
схемах. Сами по себе твердые схемы имеют плотность 350 млн.
элементов в 1 дм3. Если учесть объем, занимаемый соединениями
при объединении этих схем в блоки и системы, то плотность
уменьшится до 9 млн. в том же объеме. С учетом заключения
твердых схем в герметические корпуса получается плотность
0,6 млн. элементов, и, наконец, с учетом объема внешних элект-
532
рических соединений блоков, равного объему самих блоков, —
280 тыс. элементов в 1 дм3. В целом твердые схемы позволяют
значительно уменьшить габариты и вес радиоаппаратуры по
сравнению с пленочными микроминиатюрными конструкциями.
Не следует, однако, считать, что пределы микроминиатюри-
зации аппаратуры на основе твердых схем безграничны. Как
известно, существенные ограничения накладывают условия рас-
сеяния тепла и многие другие факторы.
Температура сферического блока радиусом /?, выполненного
из одинаковых элементов, имеющих объем d3 и развивающих
мощность Р, вт, каждый, определяется уравнением
где 0 — температура в точках внутри сферы, имеющих ра-
диус г;
0О — температура на поверхности сферы радиуса /?;
т] — коэффициент теплопроводности.
Для твердых схем, состоящих из слоев полупроводника,
заключенных между керамическими прокладками с печатным
монтажом, коэффициент теплопроводности определяется как неко-
торая средняя величина между коэффициентами теплопроводности
воздуха (0,025 вт/м на 1° С), полупроводника (148 вт/м на 1° С
для кремния и 58 вт/м на 1°*С для олова). С достаточной степенью
точности можно считать, что коэффициент теплопроводности
такой схемы имеет величину порядка 1 вт/м на 1° С.
Для устройства cd = 5-Ю"4 м и рабочими температурами
0О = 50° С и 0Макс — 175° С получается величина R = 3 -10"3 м,
что соответствует шес1и слоям или приблизительно 200 элементам
при мощности каждого элемента 0,01 вт. Существует несколько
методов повышения допустимой предельной температуры: ис-
пользование полупроводников с широкой запретной зоной (мышья-
ковистый галлий, фосфористый натрий и т. п.); проектирование
устройств с большим отношением площади поверхности к объему
для повышения эффективности охлаждения и др. С целью повы-
шения теплопроводности выгодно ограничивать размеры твердой
схемы некоторым оптимальным числом каскадов (порядка 100).
Рассеяние тепла ограничивает реальную плотность монтажа
твердых схем, и указанная выше высокая плотность монтажа,
достигающая 36 «IO5 элементов на 1 дм3, не может быть осущест-
влена, если не принять специальных мер для охлаждения. Для
сферической конфигурации отношение объема к площади поверх-
ности возрастает по линейному закону с увеличением диаметра,
поэтому чем больше размеры твердой схемы, тем ниже должна
быть плотность монтажа.
Твердую схему легче всего применить в устройстве, состоя-
щем из ряда каскадов тождественной конструкции, работающих
по простому принципу. Это относится в первую очередь к элект-
533
ронным вычислительным машинам и радиоаппаратуре автомати-
ческого регулирования. С другой стороны, преимущество твердых
схем с точки зрения уменьшения веса и объема аппаратуры опре-
деляет целесообразность их применения в тех случаях, когда
сокращение веса и объема имеет решающее значение, в частности
в подвижных установках.
В заключение следует отметить, что технология изготовления
твердых схем имеет очень много особенностей; научно обоснован-
ные технологические процессы пока отсутствуют, за исключением
отдельных данных, и эта область техники требует самостоятель-
ного изучения и описания.
16-5
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ МИКРОМИНИАТЮРИЗАЦИИ
РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ
Ознакомление с разработками и технологией изготовления
микроэлектронных устройств позволяет не только сделать неко-
торые выводы, но и наметить ближайшие тенденции развития
этого направления.
1.	В настоящее время имеются схемы на тонкопленочных ре-
зисторах/ полупроводниковые интегральные схемы и дискрет-
ные микрокомпоненты с улучшенными характеристиками.
2.	Несмотря на увеличение объема производства интеграль-
ных схем в болыпийстве случаев их невозможно использовать в
различной аппаратуре без серьезных схемных ограничений или
ухудшения характеристик.
3.	В настоящее время наиболее правильным решением при
разработке аналоговых систем является использование интег-
ральных активных компонентов, тонких пленок (для конденсато-
ров небольшой емкости и резисторов) и дискретных компонентов
(катушек индуктивности и конденсаторов большой емкости).
4.	Хотя гибридные микроэлектронные схемы превышают по
габаритам сравниваемые с ними интегральные кремниевые и тонко-
пленочные схемы, их размеры и вес удалось уменьшить до такой
степени, что существующая разница не играет большой роли даже
при использовании этих схем в космической аппаратуре.
5.	Отсутствие в настоящее время.различных радиоэлектронных
компонентов в виде интегральных схем, в частности катушек ин-
дуктивности, конденсаторов большой емкости и высокоомных ре-
зисторов, а также высокочастотных компонентов, служит причи-
ной форсирования разработок гибридных микроэлектронных схем
для более широкого применения.
6.	Так как в гибридных схемах используются компоненты с
оптимальными электрическими параметрами, эти схемы при незна-
чительном увеличении их размеров могут обеспечить оптимальные-
электрические и функциональные характеристики.
7.	Необходимая зависимость между рабочими характеристи-
ками схемы, имеющимися компонентами, их надежностью и ком-
634
поновкой микроэлектронных устройств требует тесного сотруд-
ничества и координации работ инженера-конструктора по ком-
поновке радиоэлектронных устройств, разработчика схем и тех-
нолога-исследователя. >
В связи с бурным развитием микроминиатюризации радио-
электронной аппаратуры наметились несколько новых направле-
ний, одни из них уже широко развиваются, как, например, соз-
дание пленочных микросхем, другие, например твердые схемы,
только намечаются.
Интересен тот факт, что для выявления перспективных тенден-
ций микроминиатюризации радиоэлектронной аппаратуры еще
в 1961* г. американская фирма Р. R. Mallory разослала более чем
300 фирмам вопросники с просьбой высказать свое мнение отно-
сительно развития различных методов микроминиатюризации на
период 1960—1980 гг. В этих вопросниках указано 16 основных
методов микроминиатюризации.
Ответы на вопросы фирмы Mallory прислали 98 фирм. Кроме
того, по этим вопросам высказались 250 инженеров, ученых,
агентов по закупке, специалистов по изучению рынка, занятых
в области микроминиатюризации. На основе полученных ответов
были сделаны следующие выводы. В 1970 г. около 20% всей радио-
электронной аппаратуры будет микроминиатюрной: стоимость та-
кой аппаратуры составит 1,5—5. млрд. долл, в год, из которых
на молектронную аппаратуру придется 40%. В 1980 г. ежегодная
сумма продажи молектронной аппаратуры увеличится примерно
до 14 млрд. долл, и будет составлять 85% общей суммы продажи
микроминиатюрной аппаратуры. Последняя сумма в свою очередь
составит 85% стоимости всей радиоэлектронной аппаратуры, на-
меченной к выпуску в 1980 г.
Как известно, одной из важнейших проблем микроэлектроники
остается соединение отдельных элементов схемы на плате и плат
при их объединении в блоки. Применение оптических соединений
оказалось возможным благодаря тому, что наряду с фотопроводи-
мостью р—п переходы обладают способностью излучать свет.
За рубежом ведутся исследования в области оптико-электроники,
направленные на разработку новых устройств и принципов свя-
зывания контуров. По мнению разработчиков, это существенным
образом расширит и усилит рост микроэлектроники. Применение
оптической, или фотонной, связи имеет ряд преимуществ по срав-
нению с индуктивной или емкостной связью.
В последние годы наблюдается прогресс в области автоматиза-
ции производства микроминиатюрных схем на всех этапах. Ши-
роко применяются также методы очистки атмосферы в производ-
ственных помещениях. Создается оборудование для автоматиче-
ской сборки и одновременно улучшаются методы обработки.
* Control Engineering, 1961, IV, № 4,
535
ЛИТЕРАТУРА
1.	Андриевский М. Н., Конструирование элементов радиопере-
датчиков, устанавливаемых на подвижных объектах, Оборонгиз, 1959.
2.	Астафьев А. В., Окружающая среда и надежность радиотехни-
ческой аппаратуры, изд-во «Энергия», 1965.
3.	Б е л е в цев А. Т., Технология производства потенциометров, Обо-
ронгиз, 1958.
4.	Б е л е в ц е в А. Т., Технология электроприборостроения, МЭИ, ч. I,
1960, ч. II, 1961.
5.	БелевцевА. Т. и Буянов И. А., Изготовление моточных
изделий, МДНТП, серия «Радиоприборостроение», вып. 5, 1958.
6.	БелевцевА. Т., Микроминиатюризация радиоэлектронной ап-
паратуры, изд-во «Энергия», 1965.
7.	Б е л е в ц е в А. Т., Монтаж и регулировка радиоаппаратуры,
изд-во «Высшая школа», 1966.
8.	Б е л е в ц е в А. Т., Потенциометры, изд. III, изд-во «Машино-
строение», 1969.
9.	Богородицкий Н.П., Пасынков В. В., Материалы в радио-
электронике, Госэнергоиздат, 1961.
10.	-Б о р о д а ч е в Н. А., Обоснование методики расчета допусков
и ошибок размерных и кинематических цепей, ч II, изд. АН СССР, 1946.
И. Бородач ев Н. А., Анализ качества и точности производства,
Машгиз, 1946.
12.	Б о р о д а ч е в Н. А., Основные вопросы теории точности произ-
водства, изд. АН СССР, 1950.
13.	Браславский Д. А., Логунов С. С., Пельпор Д. С.
Расчет и конструкция авиационных приборов, Оборонгиз, 1954.
14.	БуклерВ. О., Валяев И. Н., Казаринов Ю. М., Ра-
бинович Ю. И., А н г е л е в и ч Н. Э., Регулировка радиоаппаратуры.
Госэнергоиздат, 1957.
15.	Буловский П. И., Поваляев А. В., Технология изго-
товления деталей и узлов электроизмерительных приборов, Машгиз, 1952.
16.	Буловский П. И. и Поваляев А. В., Технология
сборки электроизмерительных приборов, Оборонгиз, 1955.
17.	Буловский П. И. Теоретические основы технологии сборки
авиационных приборов, Труды Л И АП, вып. 15, 1956.
18.	Буловский П. И., Основы построения технологического про-
цесса сборки приборов, Оборонгиз, 1959.
19.	Б о д а к С. И. и др., Руководство по монтажу радиоаппаратуры,
Госэнергоиздат, 1962.
536
20.	БрандтА. А., Техника монтажа и налаживания радиосхем,
изд. Московского университета, 1961.
21.	Буклер В. О. и др., Монтаж радиоаппаратуры, Госэнергоиз-
дат, 1962.
22.	Буклер В. О., Рабинович Ю. И., Сборка радиоаппара-
туры, Госэнергоиздат, 1960.
23.	В а р д е н б у р г А. К., Пластические массы в электротехничес-
кой промышленности, Госэнергоиздат, 1957.
24.	ВиноградовВ. А. и Белов Д. Г., Пайка и лужение в кон-
денсаторном производстве, Госэнергоиздат, 1953.
25.	Виц Ю. И., Прессование электроизоляционных деталей, Госэнер-
гоиздат, 1955.
26.	Власов М. Ф., ПигиньС. М. и Червякова В. И.,
Сборка и регулировка электроизмерительных приборов, Госэнергоиздат,
1955.
27.	Введение з микроэлектронику, под ред. Степаненко И. П., изд-во
«Советское радио», 1968.
28.	Г отман П. Е. и др., Электротехнические материалы (справоч-
ник), изд-во «Энергия», 1964.
29.	Гальп.ерпн Б. С., Непроволочные сопротивления, Госэнерго-
издат, 1958.
30.	Г р и б о в с к и й П. О., Горячее литье керамических изделий, Гос-
энергоиздат, 1961.
31.	Д о б р о г у р с к и й С. О., Казаков В. А., Титов В. К.,
Счетно-решающие устройства, Оборонгиз, 1959.
32.	Довгалевский Я. М., Сплавы для постоянных магнитов,
Металлургиздат, 1954.
33.	Дринберг А. Я., Гуревич Е. С., Тихомиров А. В.,
Технология неметаллических покрытий, Госхимиздат, 1957.
34.	Данилин Б. С., Вакуумное нанесение тонких пленок, изд-во
«Энергия», 1967.
35.	Е в т е е в Ф. Е. и Жуков В. А., Технология радиоаппара-
туры, Госэнергоиздат, 1952.
36.	Жестянников В. М., Обновленский П. А., Произ-
водство деталей и узлов радиоаппаратуры, Оборонгиз, 1958.
37.	Жуков В. А., Технология производства радиоаппаратуры, Гос-
энергоиздат, 1959.
38.	Астафьев А. В., Окружающая среда и надежность радиотехниче-
ской аппаратуры, Госэнергоиздат, 1959.
39.	3 а х а р о в И. М., Р а б и н о в и ч А. Г., Сборка и регулировка
радиотехнических устройств, Л., Судпромгиз, 1960.
40.	И в а н о в Б. Н., Т калин И. М., Солнцев В. А.,
Штрум В. А., Шнейдер Р. И., Маянский И. И., Борисо-
ва В. П., Технология электроприборостроения, Госэнергоиздат, 1959.
41.	Иванов-ЕсиповичН. К., Инженерные основы пленоч-
ной микроэлектроники, изд-во «Энергия», 1968.
42.	Кречмар Э., Напыление металлов, керамики и пластмасс,
изд-во «Машиностроение», 1966.
537
43.	Калашников Н. А., Точность в машиностроении и ее законы,
Машгиз, 1950.
44.	Кутай А. К., Кондоне кий X. О., Анализ точности и кон-
троль качества в машиностроении, Машгиз, 1958.
45.	ЛайнерВ. И., Кудрявцев Н. Т., Основы гальваностегии,
Металлургиздат, ч. I, 1954; ч. II, 1957.
46.	Л ю б и м о в М. А., Спаи металлов со стеклом, изд-во «Энергия»,
1968.
47.	МасловЕ. Н., Технология печатного монтажа, Госатомиздат,
1961.
48.	Малов А. Н., Холодная штамповка, Оборонгиз, 1963.
49.	Михеев И. П., Автоматическая роторная линия для прессова-
ния пластмассовых изделий, «Механизация и автоматизация производства»,
1961, № 1.
50.	Многослойные полупроводниковые структуры, изд-во .«Знание»,
Рига, 1967.
51.	Майорове. А., Проектирование и производство модулей и
микромодулей, изд-во «Машиностроение», 1968.
52.	МетфессельС., Тонкие пленки, их изготовление и измерение,
Госэнергоиздат, 1953.
53.	НейштадтС. 3. иРоссиянский Л. С., Технология из-
готовления деталей и узлов радиоаппаратуры, Госэнергоиздат, 1960.
54.	Николаевский И. Ф., Эксплуатационные параметры и осо-
бенности применения транзисторов, Связьиздат, 1963.
55.	Пленочная микроэлектроника под общ. ред. Л. Холленда, изд-во
«Мир», 1968.
56.	П л е ш и в ц е в Н. В., Катодное' распыление, Атомиздат, 1968.
57.	П л а х о т н и к С. М., Технология производства радиоаппара-
туры, Госэнергоиздат, 1949.
58.	Попилов Л. Я., Технология электрополпрования металлов,
Машгиз, 1963.
59.	Соболевский А. Г., Измерения в радиоаппаратуре, Воен-
издат, 1961.
60.	Слуцкая В. В., Тонкие пленки в технике СВЧ, изд-во «Энер-
гия», Ленинград, 1968.
61.	Северденко В. П., Точицкий Э. И., Структура тонких
металлических пленок, изд-во «Наука и техника», Минск, 1968.
62.	Справочник по пластическим массам под ред. М. И. Гарбара и др.,
изд-во «Химия», 1967.
63.	Сачков Д. Д., Конструирование радиоаппаратуры, Госэнерго-
издат, 1951.
64.	Скуратов А. Е., Анализ точности изготовления проволочных
кольцевых потенццометров, Труды МВТУ им. Баумана, № 30, Машгиз, 1955.
65.	Т р о с т я н с к а я Е. Б., Комаров Г. В., Шишкин В. А.,
Сварка пластмасс, изд-во «Машиностроение», 1967.
66.	Усов В. В., ЗаймовскийА. С., Проводниковые, реостат-
ные и контактные материалы, Госэнергоиздат, 1957.
67.	Физика тонких пленок, т. I, изд-во «Мир», 1967.
538
68.	Физика тонких пленок, т. II, изд-во «Мир», 1967,
69.	Физика тонких пленок, т. III, изд-во «Мир», 1968.
70.	Федосеев Д. Н., Проектирование технологических процессов
сборки прйборов, Машгиз, 1957.
71.	ФедосеевД. Н., Технология изготовления силовых трансфор-
маторов и дросселей, применяемых в радиотехнике, Госэнергоиздат, 1959.
72.	Харине к ий А. Л., Основы конструирования элементов радио-
аппаратуры, Госэнергоиздат, 1959.
73.	X о л л э н д Л., «Нанесение тонких пленок и вакууме», Госэнерго-
издат, Ленинград, 1963.
75.	Цымбалюк В. С., КрюковЮ. Г., Грибов Э. Б., Мини-
атюризация приемо-усилительной аппаратуры, изд-во «Связь», 1968.
76.	Чистяков Н. И., Электрические авиационные приборы, Обо-
ронгиз, 1950.
77.	Ш и ш к о в Б. И., Точная штамповка в приборостроении, Маш-
гиз, 1960.
78.	Ш л я н д и н В. М., Элементы автоматики и телемеханики, Оборон-
гиз, 1954.
79.	Ш р а. й б е р Л.‘ Я., М а к у ш е в Э. Л., Печатные схемы в радио-
технике, изд-во «Энергия», 1967.
80.	Шевченко В. А., МейтинЯ. М., Слоистые пластики, изд-во
«Техника», Киев, 1964.
81.	ЯхинА. Б., М а л о в А. Н., МаталинА. А., Кашепава
М. Я., Технология точного приборостроения, Оборонгиз, 1949.
82.	Яхин А. Б., Ефимов В. П., Технология приборостроения,
Оборонгиз, 1955.
83.	Яковлев А. Д., Технология изготовления изделий из пласт-
масс, изд-во «Химия», 1968.
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие........................................................ 3
Глава I
Характерные особенности радиоаппаратуры
1-1.	Радиоаппарат как система, состоящая из элементов и узлов	.	...	5
1-2. Общие условия эксплуатации, хранения и транспортировки
радиоаппаратуры............................................ 8
1-3.	Надежность радиоаппаратуры................................. 9
1-4.	Микроминиатюризация радиоэлектронной аппаратуры........... 12
1-5.	Понятие о технологичности конструкции..................... 20
1-6.	Основные особенности технологии производства радиоаппаратуры	22
Глава II
Общие основы проектирования технологических процессов
2-1.	Общие сведения............................................... 23
2-2. Основные понятия о производственном и технологическом
процессах................................................... 26
2-3.	Особенности различных видов производств...................... 28
2-4.	Общие характеристики технологических процессов............... 31
2-5.	Пути повышения технологичности конструкции................... 35
Глава III
Основы точности и контроля качества производства
радиоаппаратуры
3-1.	Общие понятия и определения производственных погрешностей	41
3-2.	Законы распределения производственных погрешностей и методы
их анализа................................................... 44
3-3.	Влияние производственных погрешностей на конструктивные
производственные и эксплуатационные характеристики радио-
аппаратуры................................................... 49
3-4.	Предупредительный контроль.................................   50
3-5.	Приемный статистический контроль............................. 51
3-6.	Испытания радиоаппаратуры ................................... 52
Глава IV
Изготовление заготовок
4-1. Способы получения заготовок и их выбор....................... 53
4-2. Основные виды холодной штамповки............................. 55
640
4-3. Технологичность конструкции холодноштампуемых деталей 72
4-4. Получение заготовок способом литья......................... 76
Глава V
Изготовление изделий из пластических масс
5-1. Общие сведения о пластических массах....................... 85
5-2. Применяемые материалы и их технологические свойства......	89
5-3. Требования к технологичности конструкций изделий из пластмасс	94
5-4. Технология изготовления.................................... 97
Глава VI
Изготовление изделий из керамики
6-1. Общие сведения о керамике................................. 103
6-2. Применяемые материалы и их характеристики................. 104
6-3. Технологические процессы.................................  106
Глава VII
Поверхностные металлические и неметаллические покрытия,
химическая и электрохимическая обработка
7-1.	Общие сведения............................................ 121
7;2.	Подготовка поверхности перед нанесением покрытий.......... 122
7-3.	Металлические негальванические покрытия .................. 131
7-4.	Неметаллические химические покрытия....................... 135
7-5.	Металлические и неметаллические гальванические покрытия 138
7-6.	Лакокрасочные покрытия.................................... 145
Глава VIII
Изготовление магнитных цепей
8-1.	Общие сведения........................................... 152
8-2.	Применяемые материалы и их технологические	свойства.......156
8-3.	Изготовление сборных магнитопроводов...................... 165
8-4.	Изготовление ленточных магнитопроводов ................... 165
8-5.	Изготовление магнитопроводов из магнитодиэлектриков......	173
8-6.	Изготовление магнитопроводов из ферритов.................. 175
8-7.	Контроль ................................................. 182
Глава IX
Изготовление обмоток
9-1.	Виды обмоток и технические требования к ним............... 188
9-2.	Применяемые материалы и их технологические	свойства......	194
9-3.	Изготовление каркасов..................................... 197
9-4.	Анализ точности процесса наматывания...................... 201
9-5.	Оборудование для наматывания ............................. 211
9-6. Наматывание резистивного элемента многооборотных потенцио-
метров ................................................... 227
9-7.	Механизация и автоматизация намоточных работ.............. 243
9-8.	Контроль ................................................. 247
541
Глава X
Изготовление резисторов
10-1. Общие сведения о резисторах, применяемых в радиоаппаратуре 249
10-2. Изготовление	углеродистых резисторов..................... 251
10-3. Изготовление	металлопленочных и металлоокисных резисторов 253
10-4. Изготовление	композиционных резисторов................... 257
10-5. Изготовление	проволочных резисторов...................... 258
10-6. Изготовление	полупроводниковых резисторов................ 263
Глава XI
Изготовление конденсаторов
11-1. Общие сведения о конденсаторах, применяемых в радиоаппа-
ратуре ........................................................ 263
11-2. Изготовление	конденсаторов	постоянной	емкости............ 265
11-3. Изготовление	конденсаторов	переменной	емкости............ 273
Глава XII
Технология сборочных работ
12-1.	Общие сведения	о технологическом процессе сборки......... 278
12-2.	Склепывание,	развальцовка	и запрессовка.................. 281
12-3.	Пайка ................................................... 288
12-4.	Сварка .................................................. 310
12-5.	Склеивание	............................................ 312
Глава XIII
Технология объемного монтажа радиоаппаратуры
13-1. Общие сведения о блок-схемах, принципиальных и монтажных
схемах........................................................ 319
13-2. Основные технические	требования к монтажу............... 326
13-3. Методы монтажа радиоаппаратуры.......................... 330
13-4. Уплотненный монтаж	обычных (навесных)	элементов...... 333
13-5. Механизация и автоматизация заготовительных электромонтаж-
ных операций.................................................. 340
13-6. Заготовка жгутов ....................................... 351
13-7. Способы закрепления концов проводов и заделки выводов радио-
деталей ...................................................... 356
13-8. Технический контроль	монтажа................... 361
13-9. Техника безопасности	при выполнении монтажа . .......... 363
Глава XIV
Технология печатного монтажа
14-1. Общие сведения ......................................... 365
14-2. Технологичность конструкций печатных узлов и плат ....	373
14-3. Классификация методов изготовления печатных плат........ 391
14-4. Создание токопроводящих покрытий....................  .	401
14-5. Многослойные печатные схемы . .......................... 409
14-6. Технология и механизация пайки радиоэлементов на печатных
платах........................................................ 417
542
Глава XV
Защита радиоаппаратуры от воздействия окружающей среды
15-1. Общие сведения и методы защиты......................... 422
15-2. Материалы, применяемые при защите радиоаппаратуры, и их
технологические свойства ............................... 427
15-3. Технологические процессы пропитки, заливки, обволакивания
и герметизации............'.................................. 436
Глава XVI
Основы технологии микроминиатюризации радиоаппаратуры
16-1. Направления микроминиатюризации и	основные требования 444
16-2. Технология изготовления микромодулей................... 457
16-3 Технология изготовления пленочных микросхем............. 467
16-4. Технология изготовления твердых схем................... 528
16-5. Перспективы развития микроминиатюризации радиоэлектрон-
ной аппаратуры............................................... 534
Литература................................................... 536
Белевцев Артем Тихонович
Технология
производства радиоаппаратуры
Редактор И. А. О дер о в
Переплет художника
А. М. Кувшинникова
Технический редактор Н. В. Сергеев
Сдано в набор 16/Ш 1970 г. Подписано
к печати 20/V 1971 г. Т-12560. Формат
60x90716. Бумага типографская № 2.
Усл. печ. л. 34. Уч.-изд. л. 38,3. Тираж
20 000 экз. Цена 2 р. 03 к. Зак. 1760.
Издательство «Энергия».
Москва, М-114, Шлюзовая наб., 10.
Ордена Трудового Красного Знамени
Ленинградская типография № 1 «Пе-
чатный Двор» им. А. М. Горького Глав-
полиграфпрома Комитета по печати
при Совете Министров СССР, г, Ленин-
град, Гатчинская ул., 26.