Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,021

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ФЛЮСА, БРОМИДА ДИЭТИЛДИБЕНЗИЛАММОНИЯ, ДЛЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ПАЯЛЬНЫХ ПАСТ

Полежаева Н.И. 1 Ромулов А.В. 2
1 ФГБОУ ВО «Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева»
2 АО «КБ Искра»
Настоящая статья посвящена исследованию физико-химических свойств флюса, бромида диэтилдибензиламмония, для низкотемпературных паяльных паст, используемых в технологии поверхностного монтажа. Дифференциальной сканирующей калориметрией и термогравиметрией установлено, что при нагревании бромида диэтилдибензиламмония в инертной атмосфере аргона в интервале температур 140–250?°С происходит полное разложение четвертичной аммониевой соли с потерей 99?% исходной массы. Результаты масс-спектрометрического анализа показали, что в конечных продуктах термической деструкции флюса присутствуют этан, бутан, бутен, ацетилен, а также бромсодержащие осколочные ионы. Газообразные продукты термодеструкции бромида диэтилдибензиламмония не агрессивны и при конденсации на поверхностях компонентов печатных плат не вызывают коррозию электронной аппаратуры. Остатки флюса-связки, полиэфирной смолы, модифицированной канифолью, и бромида диэтилдибензиламмония, после оплавления некоррозионноактивны и непроводящи. Это позволяет исключить стадию отмывки печатных плат и их ремонт, уменьшить количество брака, что приводит к снижению трудоемкости при изготовлении электронных устройств и увеличению производительности труда.
флюс
бромид диэтилдибензиламмония
органическое связующее
полиэфирная смола
модифицированная канифолью
флюс-связка
паяльная паста
поверхностный монтаж
1. Материалы для пайки и ремонта печатных плат [Электронный ресурс] // Группа компаний Остек. – 2013. – № 14. – 92 с. URL: https://ostec-materials.ru/ upload/ iblock/f60/ f60 b6471a 7a2705150e35f4304955b10.pdf (дата обращения: 10.09.2017).
2. Кантер А, Вахрушев О. Качественная паяльная паста – залог успешного производства // Технологии в электронной промышленности. – 2009. – № 7. – С. 16–18.
3. Полежаева Н.И., Полежаева И.В., Левданский В.А., Кузнецов Б.Н. Получение и исследование свойств низкотемпературных припойных паст на основе полиэфирной смолы и бромида диэтилдибензиламмония // Журнал прикладной химии. – 2002. – Т. 75. – Вып. 4. – С. 689–690.
4. Федорчак М.А., Тарасова Л.С., Кузнецов П.Н. Исследование процесса термоокислительной деструкции бурых углей на воздухе методом дифференциальной сканирующей микрокалориметрии // Лесной и химический комплексы – проблемы и решения: статьи Всерос. науч.-практ. конф. (Красноярск, 3–4 декаб. 2009 г.). – Красноярск: СибГТУ, 2010. – Т. 1. – С. 240–245.
5. Полежаева Н.И., Тарасова Л.С. Термическая деструкция полиэфирной смолы, модифицированной канифолью // Химия растительного сырья. – 2010. – № 4. – С. 161–166.
6. Реакционная способность бурых углей в условиях термоокислительной деструкции / П.Н. Кузнецов [и др.] // Химия твердого топлива. – 2012. – № 1. – С. 12–16.
7. Нижник М. Паяльные пасты: все о главном // Производство электроники: технологии, оборудование, материалы. – 2008. – № 5. – С. 27–32.
8. Cускин В.В. Основы технологии поверхностного монтажа [Текст] / В.В. Сускин // Рязань: Издательство Узорочье, 2001. – 160 с.
9. Медведев А.М. Сборка и монтаж электронных устройств [Текст] / А.М. Медведев. – М.: Техносфера, 2007. – 256 с.
10. Полежаева Н.И., Полежаева И.В., Федоров В.А. Полиэфирная смола, модифицированная продуктом комплексной переработки коры лиственницы // Известия высших учебных заведений. Химия и химическая технология. – 2007. – Т. 50. – Вып. 6. – С. 88–90.
11. ГОСТ Р МЭК 61191-1-2010. Национальный стандарт РФ. Печатные Узлы. Часть 1. Поверхностный монтаж и связанные с ним технологии. Общие технические требования. – Введ. 2011-07-01 [Электронный ресурс]. – М.: Стандартинформ, 2011. – 69 с. – http://docs.cntd.ru/document/1200083562 (дата обращения: 10.01.2017).

Поверхностный монтаж – технология изготовления электронных устройств, а также связанные с данной технологией методы конструирования печатных узлов [1].

Целью технологии является качественный результат пайки с максимальной повторяемостью. Это основные требования при крупносерийном и мелкосерийном производстве [1].

Выбор материалов для пайки является самым сложным, так как необходимо подобрать паяльную пасту, соответствующую требованиям технологии поверхностного монтажа [2].

Флюс, являясь компонентом паяльной пасты, обеспечивает прохождение процесса пайки.

Целью данной работы является исследование физико-химических свойств флюса, бромида диэтилдибензиламмония, для низкотемпературных паяльных паст.

Материалы и методы исследования

В качестве флюса для низкотемпературной паяльной пасты использовали бромид диэтилдибензиламмония [N (C2H5)2(C6H5СН2)2]Br [3].

Комплексный термический анализ бромида диэтилдибензиламмония проведен с помощью cинхронного термоанализатора STA 449 Jupiter (фирмы NETZSCH), сочетающего одновременное измерение изменений массы (термогравиметрия) и тепловых потоков (дифференциальная сканирующая калориметрия) и совмещенного с квадрупольным масс-спектрометром QMS 403 Aeolos (фирмы NETZSCH) для анализа газов, выделяющихся при нагревании образцов. Использовался платина/платино-родиевый держатель (TG-DSC cенсор типа S) в сочетании с корундовыми (Al2O3) тиглями c проколотыми крышками [4–6]. Флюс, бромид диэтилдибензиламмония, подвергался нагреванию от температуры 40 °С до 600 °С по температурной программе со скоростью 5 град/мин, в динамической атмосфере аргона (скорость потока газа: 30 мл/мин.) [5].

Квадрупольный масс-спектрометр (ионизация электронным ударом) подключен к STA с помощью линии подачи газов с постоянной температурой 230 °С. Масс-спектрометр QMS 403 позволяет определить массовые числа от 1 до 300 а.е.м. Данные, полученные с масс-спектрометра, программно объединены с данными STA системы [4–6].

Результаты исследования и их обсуждение

Паяльная паста представляет собой суспензию порошка припоя в флюсующей связующей [7].

Без флюса пайка становится невозможной [8]. Даже незначительное окисление предотвращает нормальное смачивание места пайки.

Флюс – компонент паяльных паст должен хорошо растворяться в органической связке; не взаимодействовать с порошком припоя при хранении пасты; проявлять химическую активность при температуре пайки; обладать возможно меньшими коррозионным воздействием и токсичностью [1].

Механизм действия флюса заключается в том, что окисные пленки металла и припоя растворяются или разрыхляются и всплывают на поверхности флюса. На поверхности очищенного (активированного) металла образуется защитный слой флюса, препятствующий возникновению новых окисных пленок и загрязнений (если сам флюс не разлагается при перегреве). Жидкий припой должен замещать флюс и взаимодействовать с основным металлом. Поэтому смачиваемость припоем спаиваемых поверхностей должна быть больше, чем у флюса [9].

Химическая активность флюса, используемого в технологии поверхностного монтажа, должна проявляться только при температуре пайки. При температурах эксплуатации аппаратуры флюс должен быть нейтральным и некоррозионноактивным [9].

Термический анализ показал, что бромид диэтилдибензиламмония химически активен при рабочих температурах оплавления низкотемпературных паяльных паст 140–250 °С (рис. 1).

Дополнительное требование к флюсу состоит в том, что он не должен образовывать агрессивных паров, которые, конденсируясь на компонентах печатных плат, вызывают коррозию металлических поверхностей и влияют на работу электронной аппаратуры [9].

Для определения продуктов термодеструкции бромида диэтилдибензиламмония был проведен его термический масс-спектрометрический анализ в инертной атмосфере.

При нагревании бромида диэтилдибензиламмония в интервале 140–250 °С происходит полное разложение четвертичной аммониевой соли с потерей 99 % исходной массы (рис. 1).

Этот процесс описывается на кривой DSC сдвоенным эндотермическим эффектом с максимумами при температурах 174,4 °С и 185,1 °С. Энтальпия разложения бромида диэтилдибензиламмония составила DН = 555,50 ± 0,01 Дж/г.

Результаты масс-спектрометрического анализа (рис. 2) показали, что разложение бромида диэтилдибензиламмония начинается с отщепления от молекулярного иона бензильных заместителей С6Н5СН2+ (m/z 91) с образованием третичного (m/z 163) или вторичного (m/z 73) аминов, с последующим отщеплением этильного заместителя C2H5+ (m/z 29) и элиминированием молекулы этилена (m/z 28) по схеме 1.

Кроме того, в масс-спектре разложения бромида диэтилдибензиламмония зафиксированы различные углеводороды: этан (m/z 30), бутан (m/z 58), бутен (m/z 56) – продукты рекомбинации отщепляющихся этильных заместитетелей, ацетилен (m/z 26) – продукт перегруппировки бензильного катиона, который, в свою очередь, распадается с отщеплением ацетилена:

В масс-спектре продуктов разложения бромида диэтилдибензиламмония присутствуют также бромсодержащие осколочные ионы с m/z 81, 82, 96, 110.

Остатки флюсующего связующего после пайки должны быть нейтральными и не вызывать коррозию электронной аппаратуры.

В процессе оплавления паяльной пасты основная часть флюсующего связующего испаряется и выгорает, оставшаяся же часть должна быть некоррозионной и непроводящей. На коррозионную активность флюс-связка после оплавления была проверена на медных пластинках в камере влаги: температура (40 ± 2) °С, время 21 день, влажность (93 ± 3) % [10]. Полученные результаты показали, что оставшаяся часть после оплавления флюса-связки некоррозионноактивна [11]. Удельное объемное сопротивление оставшейся части после оплавления и выдержки ее в камере влаги составило в среднем 1,7×1013 Ом×м [3].

polSH1.wmf

Схема 1. Разложение катиона диэтилдибензиламмония при нагревании в инертной атмосфере

polSH2.wmf

Схема 2. Распад бензильного катиона

pol1.tif

Рис. 1. Кривые TG и DSC для бромида диэтилдибензиламмония при нагревании в инертной атмосфере

pol2.tif

Рис. 2. Фрагмент масс-спектра бромида диэтилдибензиламмония при нагревании в инертной атмосфере

После пайки остатки флюсующего связующего, полиэфирной смолы, защищают металлические поверхности от контакта с окружающей средой. Полиэфирная смола является хорошим диэлектриком, но при этом она чувствительна к внешним воздействиям и разрушается при температурных колебаниях. Разрушение полиэфирной смолы приводит к попаданию на поверхность печатных плат продуктов термодеструкции, которые обладают проводимостью и вызывают коррозию при соприкосновении с влагой.

Считается, что безотмывочные пасты не должны содержать галогенов. Однако в процессах без отмывки после пайки можно использовать и галогенсодержащие пасты, ибо вопрос «мыть или не мыть?» следует решать только исходя из требований надежности готового продукта [7].

Заключение

Комплексным термическим анализом установлено, что флюс бромид диэтилдибензиламмония в интервале температур 50–140 °С химически активен и не изменяет состав при нагревании. С повышением температуры от 140 до 250 °С происходит полное разложение бромида диэтилдибензиламмония с потерей 99 % исходной массы.

Масс-спектрометрическим анализом показано, что при разложении бромида диэтилдибензиламмония не образуется агрессивных паров, обладающих коррозионным воздействием на электронную аппаратуру.

Оставшаяся часть флюса-связки после пайки является некоррозионноактивной и непроводящей, что позволяет исключить стадию отмывки печатных плат и их ремонт, что снижает трудоемкость при изготовлении электронных устройств.


Библиографическая ссылка

Полежаева Н.И., Ромулов А.В. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ФЛЮСА, БРОМИДА ДИЭТИЛДИБЕНЗИЛАММОНИЯ, ДЛЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ПАЯЛЬНЫХ ПАСТ // Современные наукоемкие технологии. – 2017. – № 10. – С. 45-49;
URL: http://top-technologies.ru/ru/article/view?id=36826 (дата обращения: 27.09.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074