CC BY
17Химия и химические технологии
УДК 665.7.035.6/.944.2
РАЗРАБОТКА ОРГАНИЧЕСКОГО СВЯЗУЮЩЕГО ДЛЯ ПАЯЛЬНЫХ ПАСТ СО СТРОГО ЗАДАННЫМИ РЕОЛОГИЧЕСКИМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ
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: piv-80@mail.ru
Технологией поверхностного монтажа изготавливаются электронные изделия, широко используемые в ракетостроении. В паяльных пастах, основном композиционном материале для данной технологии, применяются органические связующие, обеспечивающие строго заданную реологию паст. В работе исследовано реологическое поведение концентрированных растворов полиэфирной смолы.
Ключевые слова: технология поверхностного монтажа, паяльная паста, органическое связующее, растворы полиэфирной смолы, вязкость, энергия активации вязкого течения.
DEVELOPMENT OF ORGANIC BINDER FOR SOLDER PASTE WITH STRICTLY SPECIFIED
RHEOLOGICAL CHARACTERISTICS
N. I. Polezhaeva
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 made electronic products, widely used in the rocket science. The solder pastes, mainly for the composite material of the technology used organic binders provide strictly predetermined rheology pastes. We have investigated the rheological behavior of concentrated solutions of the polyester resin.
Keywords: surface mount technology, soldering paste, organic binder, solutions of polyester resin, viscosity, energy, viscous flow activation energy.
Электронная промышленность развивается, и плотность монтажа компонентов на печатной плате растет, а размер компонентов уменьшается. Из-за этого требования к характеристикам и качеству паяльных паст ужесточаются [1].
Флюсы, входящие в состав паяльных паст, оказывают наибольшее влияние на качество печати. Флюс паяльной пасты - довольно сложная химически активная смесь растворителей, лубрикантов и др., обладающих разной вязкостью, тиксотропностью, химической активностью. Оптимизация конечных свойств подобной смеси имеет важное значение для качества печати [2].
Вязкость паяльной пасты влияет на растекаемость и другие свойства, отвечающие за качество печати. Тиксотропные добавки обеспечивают устойчивость пасты к напряжениям сдвига при печати. Это свойство обеспечивает восстановление вязкостных показателей (стойкость к осадке) при непрерывной печати. Тиксотропные вещества называются восками. Воски делают пасту устойчивой к механическим напряжениям, возникающим при ракельной печати, и снижают трение пасты о стенки, что важно для нормального отделения трафарета [2].
Скорость испарения растворителей, входящих в состав паяльных паст, определяет время жизни паяльной пасты. Различают время жизни паяльной пасты на
трафарете и время жизни после нанесения. Поскольку на контактную площадку наносится маленькое количество пасты, время жизни после нанесения зачастую меньше, чем на трафарете. Для обеспечения высокого качества паяльных паст в состав флюса вводится более 14 растворителей с температурами кипения до 220-290 °С. При использовании только низкоки-пящих растворителей с высокой скоростью испарения паста на трафарете высыхает слишком быстро [2].
Реологические исследования паст и исходных материалов позволяют классифицировать пасты по их реологическим характеристикам, получать органические связующие для паст со строго заданной реологией, управлять технологическим процессом приготовления паст и их нанесения. Реологические свойства пасты определяют ее поведение на трафарете, геометрические характеристики отпечатка и характер изменения их во времени [3-5].
Пасты относятся к категории неньютоновских жидкостей, в которых вязкость изменяется при заданных температуре и давлении и зависит от скорости деформации сдвига, конструктивных особенностей устройств для их нанесения и предыстории жидкости. Основное влияние на поведение паст в процессе печати оказывают природа и реологические характеристики используемого в их составе органического связующего.
Решетневскуе чтения. 2018
Эффективные энергии активации вязкого течения концентрированных растворов полиэфирной смолы,
модифицированной канифолью
Концентрация полиэфирной смолы масс.% Еа (кДж/моль) в интервале температур
20-30 оС 30-40 оС 40-50 оС 50-60 оС 60-70 оС 70-80 оС
66,7 89+2 87+2 71+2 69+2 63+2 42+2
69,6 101+2 88+2 81+2 72+2 71+2 62+2
75,0 103+2 97+2 79+2,0 76+2 69+2 66+2
Реология паст начинается с приготовления органического связующего со строго заданными реологическими характеристиками.
Для подбора необходимых вязкостных свойств органического связующего готовили растворы различной концентрации полиэфирной смолы, модифицированной канифолью, в бензиловом спирте [6].
Температурная зависимость вязкости полимеров существенно влияет на их технологические свойства, поскольку чувствительность вязкости к изменению температуры определяет не только выбор режима пайки, но и влияет на её качество. Вязкость органического связующего для паст должна минимально зависеть от температуры.
Для анализа изменения вязкости при переходе от одного температурного интервала к другому был выбран узкий температурный диапазон. Эффективные энергии активации вязкого течения растворов полиэфирной смолы в температурных интервалах рассчитывались по экспериментально найденным величинам вязкости (см. таблицу) по формуле
Ea =
RTT ln
T1 - T2 ^
Полученные значения энергий активации вязкого течения растворов полиэфирной смолы в 50...100 кДж/моль (см. таблицу) по числовым значениям соизмеримы с энергиями химических связей в макромолекулах и определяются числом и эффективностью пространственной сетки зацеплений формирующейся в концентрированном растворе полимера за счет межмолекулярных взаимодействий.
Полиэфирная смола содержит в сегменте цепи в среднем по 3 карбоксильные и 6 оксофункциональ-ных групп. Расчет показывает, что если энергия активации течения низкомолекулярных жидкостей 5.7 кДж/моль, то энергия активации вязкого течения растворов полиэфирной смолы должна составлять 50.70 кДж/моль, что хорошо согласуется с экспериментальными данными (см. таблицу). Также свой вклад в величину энергии активации вязкого течения вносит наличие разветвлений в цепях полиэфирной смолы.
Увеличение энергии активации с повышением концентрации полиэфирной смолы объясняется уменьшением гибкости цепи полимера и увеличением межмолекулярного взаимодействия.
Библиографические ссылки
1. 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).
2. 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).
3. Taylor B. E., Slutsky J., Larry J. R. Tecnology of electronic grade solder pastes // Solid-State Technology. 1981. Sept. P. 127-135.
4. Miller L. T. Screenability and Rheology // Solid State Technology. 1974. Vol. 17. P. 39-43.
5. Попов И. Г., Георгиев Н. П. Реологические свойства резистивных паст // Электронная техника. Сер. 6. Материалы, 1980. Вып. 5 (142). С. 109-111.
6. Исследование реологических свойств концентрированных растворов полиэфирной смолы, модифицированной канифолью / Н. И. Полежаева, А. Ю. Радзюк, В. А. Бабкин и др. // Химия растительного сырья. 2010. № 4. С. 171-175.
References
1. 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).
2. 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).
3. Taylor B. E., Slutsky J., Larry J. R. Tecnology of electronic grade solder pastes // Solid-State Technology. 1981. Sept. P. 127-135.
4. Miller L. T. Screenability and Rheology // Solid State Technology. 1974. Vol. 17. P. 39-43.
5. Popov I. G., Georgiev N. P. Reological properties of resistive pastes // Electronic equipment. Se. 6. 1980. P. 109-111.
6. Investigation of the rheological properties of concentrated solutions of polyester resin modified with rosin N. I. Polezhaeva, A. Y. Radziuk, V. A. Babkin et al. // Chemistry of plant raw materials. 2010. No. 4. P. 171-175.
© Полежаева Н. И., 2018
