CC BY
10Химия и химические технологии
УДК 621.791.048.5/.8
ИЗУЧЕНИЕ СМАЧИВАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ФЛЮСА, БРОМИДА ДИЭТИЛДИБЕНЗИЛАММОНИЯ, НА ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА МЕДЬ - ФЛЮС-СВЯЗКА
Н. И. Полежаева
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: [email protected]
Поверхностный монтаж - современная технология монтажа компонентов на печатные платы при изготовлении электронных средств, 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 бромида диэтил-дибензиламмония качественно меняется характер смачивания.
Ключевые слова: флюс, бромид диэтилдибензиламмоний, органическое связующее, полиэфирная смола, флюс-связка, поверхностное натяжение, смачивание, адгезия.
STUDY OF THE MIXING CAPACITY OF FLUX DIMETHYLBENZYLAMMONIUN BROMIDE,
AT COPPER - FLUX PHASE BOUNDARY
N. I. Polezhaeva
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]
Surface-mount technology is a method for producing electronic devices and it's widely used in rocketry. Mounting connections forms in soldering process which requies of soldered surfaces to be well-wettable. It is shown, that ab-sorbtive modification of solid surface with dimethylethylbenzylammonium bromide molecules changes wetting patterns.
Keywords: flux, dimethylethylbenzylammonium bromide, organic binder, polyester resin, flux binder, surface tension, wetting, adhesion.
Монтажная (электромонтажная) пайка представляет собой процесс механического и электрического соединения металлических деталей с нагревом ниже температуры их расплавления путем смачивания и заполнения зазора между ними расплавленным припоем и сцепления за счет отверждения паяного шва. 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). Развитие процессов на границе раздела: припой - спаиваемые поверхности - проходит несколько стадий: адсорбция - адгезия - смачивание - физическое растворение или поверхностные химические реакции - сцепление. Конечным условием надежной пайки является смачивание поверхности соединяемых металлов припоем. Следовательно, главным требованием к флюсу является обеспечение хорошей смачиваемости поверхности паяного шва расплавленным припоем за счет уменьшения поверхностного натяжения припоя и улучшения его растекания по всем зазорам паяного шва [1].
При серийном производстве изделий ремонт дефектов, проявляющихся на конечных стадиях процесса пайки, становится все более сложным и дорогим, а зачастую даже невозможным. Наиболее распростра-
ненный дефект, связанный с низким уровнем смачиваемости или её отсутствием, - это «холодная пайка», которая обнаруживается только в процессе эксплуатации или на рентгеновском снимке изделия [2].
Изделия могут работать в условиях переменных температур и влажности, подвергаться ударным и вибрационным воздействиям. Если паяное соединение недостаточно прочное, в процессе эксплуатации в соединениях разовьются трещины, что приведет к разрушению паяного соединения. Поэтому при выборе паяльных паст показатель смачиваемости зачастую играет большую роль, чем время жизни паяльной пасты и липкость.
При смачивании жидкий припой растекается по поверхности контактных площадок и выводов электронных компонентов. Когда жидкость попадает на поверхность твердого тела, она принимает форму, которая определяется свойствами и жидкости, и твердого тела. Угол, образованный поверхностью жидкости и твердого тела в точке контакта, называют «углом контакта» [2].
Контактный угол определяли следующим образом: на обезжиренную ацетоном медную подложку наносили каплю полиэфирной смолы, модифицированной канифолью, и флюс-связку, полиэфирную смолу с введенным в неё флюсом, бромидом диэтилдибен-зиламмония.
Решетневскуе чтения. 2018
Краевой угол смачивания, поверхностное натяжение, работа адгезии и работа смачивания полиэфирной смолы и флюса-связки, полиэфирной смолы и йодида диметилэтилфениламмония при 25 оС
Исследуемая система œs 0 стс, мДж/м2 W№ мДж/м2 WCM, мДж/м2
Полиэфирная смола, модифицированная канифолью 0,50 72,79 109,19 36,40
Полиэфирная смола + бромид диэтилди-бензиламмония 0,38 70,72 97,62 26,88
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 [3].
Если жидкость или твердое тело имеют поверхность раздела с другой жидкостью или твердым телом, то между ними проявляется адгезия (прилипание).
Количественно адгезия оценивается работой адгезии Wад, которая соответствует работе, затрачиваемой на разрыв межфазного соединения и приходящейся на единицу площади поверхности. Её можно рассчитать по уравнению Дюпре-Юнга:
Wад = Стж/г (1 + соб 6). (1)
Для нахождения величины поверхностного натяжения на границе раздела флюс-связка - воздух (стж/г) использовали метод наибольшего давления пузырьков [4].
Явления адгезии и смачивания тесно связаны между собой. Влияние смачивания на адгезионное взаимодействие отражает уравнение (1). Из этого уравнения видно, что чем лучше смачивание (меньше 6), тем больше работа адгезии.
Степень взаимодействия медной поверхности подложки с флюсом-связкой определяли по работе смачивания ^см). Для расчета Wсм использовали уравнение
Wсм = Стж/г соБб. (2)
В таблице представлены значения косинуса краевого угла смачивания, поверхностного натяжения, работы адгезии и работы смачивания.
При нанесении флюса-связки на медную подложку образуется граница раздела фаз флюс-связка - медь на которой адсорбируются молекулы бромида ди-этилдибензиламмония. Благодаря свойству дифиль-ности молекулы ПАВ на границе раздела фаз начинают ориентироваться в соответствии с принципом уменьшения свободной поверхностной энергии Гиб-бса: лиофобные (неполярные группировки молекул) поворачиваются к лиофобной медной подложки, а лиофильные (полярные) поворачиваются к раствору флюса-связки.
Образующийся монослой из молекул ПАВ лиофи-лизирует поверхность медной подложки. Величины работ адгезии и смачивания (см. таблицу), показывают, что введение в полиэфирную смолу, модифицированную канифолью, флюса - бромида диэтилдибен-зиламмония улучшается смачивание флюсом-связкой поверхности медной подложки, в результате адсорб-
ционного модифицирования твердой поверхности молекулами флюса.
Библиографические ссылки
1. Медведев А. М. Сборка и монтаж электронных устройств. М. : Техносфера, 2007. 256 с.
2. Нижник М. Паяльные пасты: все о главном. Ч. 1 [Электронный ресурс]. URL: https://www.mettatron.ru/ stati/103-payalnye-pasty-vse-o-glavnom-chast-1 (дата обращения: 04.09.2018).
3. Нижник М. Паяльные пасты: все о главном. Ч. 2 [Электронный ресурс]. URL: https://www.mettatron.ru/ stati/103-payalnye-pasty-vse-o-glavnom-chast-2 (дата обращения: 04.09.2018).
4. Полежаева Н. И., Мосин И. О. Исследование влияния флюса, йодида диметилэтилфениламмония, на смачивание и адгезию на границе раздела медь -флюс-связка // Решетневские чтения : материалы XXI Междунар. науч.-практ. конф (08-11ноября 2017, Красноярск) : в 2 ч. / под общ. ред Ю. Ю. Логинова ; СибГТУ им. М. Ф. Решетнева. Красноярск, 2017. С. 57-58.
5. Лабораторные работы и задачи по коллоидной химии / под ред. Ю. Г. Фролова, А. С. Гродского. М. : Химия, 1986. 216 с.
References
1. Medvedev A. M. Sborka i montazh eletronnykh us-troistv [Assembly and installation of electronic devices]. Moscow, Teknosfera Publ., 2007. 256 p.
2. Nizhnik M. solder pastes: all about the main thing. Part 1. [Assembly and installation of electronic devices]. Available at: https://www.mettatron.ru/stati/103-payalnye-pasty-vse-o-glavnom-chast-1 (accessed: 09.04.2018).
3. Nizhnik M. solder pastes: all about the main thing. Part 2. [Assembly and installation of electronic devices]. Available at: https://www.mettatron.ru/stati/103-payalnye-pasty-vse-o-glavnom-chast-2 (accessed: 09.04.2018).
4. Polezhaeva N. I., Mosin I. O. Investigation of the effect of flux, dimethylethylphenylammonium iodide, on wetting and adhesion at the coppe-flux-bond interface // Reshetnevsky readings: materials XXI Intern. Research. conf. (08-11 November, 2017, Krasnoyarsk): at 2 parts / under the total. Ed Yu. Yu. Loginova ; Siberian State University of Science and Technology Academician M. F. Reshetnev. Krasnoyarsk, 2017. P. 57-58.
5. Frolov U. G., Grodskiy A. S. Laboratornye raboty i zadachi po kolloidnoy khimii [Colloid chemistry laboratory works and assignments]. Moscow, Khimiya Publ., 1986. 216 p.
© Полежаева Н. И., 2018
