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].

Схема 1. Разложение катиона диэтилдибензиламмония при нагревании в инертной атмосфере

Схема 2. Распад бензильного катиона