CC BY
10Химия и химические технологии
УДК 621.38
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ФЛЮСА, ЙОДИДА ДИМЕТИЛЭТИЛФЕНИЛАММОНИЯ НА СМАЧИВАНИЕ И АДГЕЗИЮ НА ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА МЕДЬ - ФЛЮС-СВЯЗКА
Н. И. Полежаева, И. О. Мосин
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: piv-80@mail.ru
Поверхностный монтаж - технология изготовления электронных устройств, широко используемых в ракетостроении. Монтажные соединения образуются в процессе пайки, для прохождения которой необходимо хорошее смачивание паяемых поверхностей. Показано, что в результате адсорбционного модифицирования твердой поверхности молекулами йодида диметилэтилфениламмония качественно меняется характер смачивания.
Ключевые слова: флюс, йодид диметилэтилфениламмоний, органическое связующее, полиэфирная смола, флюс-связка, поверхностное натяжение, смачивание, адгезия.
FLUX, DIMETHYLETHYLPHENYL IODIDE INFLUENCING ON WETTING AND ADHESIVE PROPERTIES AT COPPER - FLUX PHASE BOUNDARY
N. I. Polezhaeva, I. O. Mosin
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: piv-80@mail.ru
Surface-mount technology is a method to produce electronic devices and it is widely used in rocketry. Mounting connections are formed in soldering process which requires soldered surfaces to be well-wettable. It is shown, that absorptive modification of solid surface with dimethylethylphenylammonium iodide molecules changes wetting patterns.
Keywords: flux, dimethylethylphenylammonium iodide, organic binder, polyester resin, flux binder, surface tension, wetting, adhesion.
Флюсы, применяемые при пайке, представляют собой неорганические или органические вещества с неметаллической связью. Они защищают паяемое соединение от химического воздействия окружающей среды и очищают паяемые места и припой в процессе пайки от загрязнений и продуктов химической реакции с окружающей средой, а также в некоторых случаях уменьшают поверхностное натяжение и улучшают растекание и затекание в зазор жидкого припоя [1].
Паяное соединение получается в результате перемещения жидкой фазы по твердой и образования между ними прочной связи до затвердевания, при затвердевании и после него. Хорошая смачивающая способность припоя при этом является одним из важнейших условий получения качественного паяного соединения.
В процессе пайки развиваются реакции на границах жидкого, а потом и затвердевшего, припоя и поверхностей спаиваемых деталей. Течение твердофазных реакций определяется двумя механизмами: диффузией и процессами на границе фаз: жидкой (расплавленный припой) и твердой (соединяемые детали) [2].
Развитие процессов на границе раздела: припой -спаиваемые поверхности - проходит несколько стадий: адсорбция - адгезия - смачивание - физическое
растворение или поверхностные химические реакции - сцепление.
Смачивание количественно характеризуются краевым углом 6 или cos 6. Краевой угол определяется как угол между касательной, проведенной к поверхности смачивающей жидкости, и смачиваемой поверхностью твердого тела [3; 4].
Краевой угол определяли следующим образом: на обезжиренную ацетоном медную подложку наносили каплю полиэфирной смолы, модифицированной канифолью, синтезированную по реакции поликонденсации [5] и флюс-связку, полиэфирную смолу с введенным в неё флюсом, йодидом диметилэтилфе-ниламмонием, изготовленную по методике [6]. После установления равновесия в системе, подложку с нанесенной на ней каплей фотографировали. Величину угла смачивания замеряли между твердой поверхностью и касательной, проведенной к поверхности капли в точке соприкосновения твердой, жидкой, газообразной фаз. Измерение угла производили со стороны жидкости.
Для расчета работ смачивания и адгезии необходимо иметь данные о величине поверхностного натяжения на границе раздела жидкость-газ. Поверхностное натяжение измеряли методом наибольшего давления пузырька на приборе Ребиндера [3].
Решетневские чтения. 2017
Краевой угол смачивания, поверхностное натяжение, работа адгезии и работа смачивания полиэфирной смолы и флюса-связки, полиэфирной смолы и йодида диметилэтилфениламмония при 25 °С
Исследуемая система TOS 0 стс, мДж/м2 W№ мДж/м2 WCM, мДж/м2
Полиэфирная смола, модифицированная канифолью 0,50 72,79 109,19 36,40
Полиэфирная смола + йодид диметилэтилфениламмония 0,47 64,14 94,25 30,15
Количественной характеристикой адгезионных свойств флюса-связки является её работа адгезии к подложке. Расчет работы адгезии полиэфирной смолы, модифицированной канифолью, и полиэфирной смолы с добавлением флюса производился по уравнению Дюпре-Юнга:
= СТж/г (1 + сОБ 6).
Природу поверхности твердого тела и характер контактного взаимодействия его со смачивающей жидкостью можно изменить путем модифицирования поверхности, например, проводя ее химическую обработку. Один из широко распространенных способов изменения состава поверхностных слоев основан на адсорбции на них поверхностно-активных веществ (ПАВ). Адсорбционное модифицирование твердых поверхностей проводят либо из водных растворов, либо из органических растворителей. В результате адсорбции ПАВ изменяется не только значение 6, но и скорость растекания смачивающей жидкости.
Влияние ПАВ на смачивание зависит от того, на какой поверхности раздела фаз они адсорбируются. Медная поверхность подложки лиофобная, следовательно, из раствора флюсующей составляющей молекулы йодида диметилэтилфениламмония адсорбируются и на медной твердой поверхности, и на границе раствор-воздух.
Степень взаимодействия твердой поверхности подложки со смачивающей флюсующей составляющей определяли по работе смачивания (^см). Для расчета Шсм использовали уравнение:
Wсм = Стж/г соб 6.
В таблице представлены значения косинуса краевого угла смачивания, поверхностного натяжения, работы адгезии и работы смачивания.
Величины работ адгезии и смачивания (таблица), показывают, что введение в полиэфирную смолу, модифицированную канифолью, флюса - йодида диметилэтилфениламмония улучшается смачивание и растекание флюса-связки на медной подложке, в результате адсорбционного модифицирования твердой поверхности молекулами флюса.
Библиографические ссылки
1. Сускин В. В. Основы технологии поверхностного монтажа. Рязань : Узорочье, 2001. 160 с.
2. Медведев А. М. Сборка и монтаж электронных устройств. М. : Техносфера, 2007. 256 с.
3. Лабораторные работы и задачи по коллоидной химии / под ред. Ю. Г. Фролова, А. С. Гродского. М. : Химия, 1986. 216 с.
4. Щукин Е. Д., Перцов А. В, Амелина Е. А. Коллоидная химия. М. : Юрайт, 2014. 444 с.
5. Полежаева Н. И., Пашенных М. Н., Вдовин Д. Е. Полиэфирная смола, модифицированная канифолью // Лесной и химический комплексы - проблемы и решения : сб. статей Всеросс. науч.-практ. конф. (9 декабря 2016, г. Красноярск) : в 2 т. / ред. коллегия: И. В. Ковалев [и др.] ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2016. С. 228-231.
6. Получение порошков припоя и исследование свойств низкотемпературных припойных паст на основе полиэфирной смолы и иодида диметилэтилфе-ниламмония / Н. И. Полежаева [и др.] // Журнал прикладной химии. 2003. Т. 76. Вып. 6. С. 1042-1044.
References
1. Suskin V. V. Osnovy tekhnologii poverkhnostnogo montazha [The Basics of Surface Mount Technology]. Ryazan', Uzoroch'e Publ., 2001, 160 p.
2. Medvedev A. M. Sborka i montazh eletronnykh us-troistv [Assembly and installation of electronic devices]. Moscow, Teknosfera Publ., 2007, 256 p.
3. Frolov U. G., Grodskiy A. S. Laboratornye raboty i zadachi po kolloidnoy khimii [Colloid chemistry laboratory works and assignments]. M. : Khimiya Publ., 1986, 216 p.
4. Shchukin E. D., Pertsov A. V., Amelina E. A. Kol-loidnaya khimiya [Interface and colloid science]. M. : Urayt Publ., 2014, 216 p.
5. Polezhaeva N. I., Pashennykh M. N., Vdovin D. E. [Rosin modified polyester resin]. Sbornik statey Vseross. Nauch.-prakt. konf. "Lesnoy I khimicheskiy kompleksy: problemy I resheniya" [Materials All-Rusian Scientific and Practical Conference "Forestry and chemical industry: problems and solutions"]. Krasnoyarsk, 2016. Р. 161-166.
6. [Preparation of solder powders and properties of low-temperature solder creams based on a polyester resin and dimethylethylphenylammonium iodide] / N. I. Pole-zhaeva [et al.]. Russian Journal of Applied Chemistry. 2003, no. 6, P. 1042-1044. (In Russ.)
© Полежаева Н. И., Мосин И. О., 2017
