Химия для электроники
Электроника – это объемная совокупность электронной аппаратуры, работа которой основана на контактировании электронов и электромагнитных полей. Преобразование электромагнитной энергии осуществляется при помощи разных методов с целью принятия, передачи, обработки и хранения каких-либо данных.
Работая в данной отрасли, необходимо четко осознавать, что в различных производственных процессах, в ходе эксплуатации и сервисного обслуживания электронной техники не обойтись без современных химических продуктов. С помощью химии травят печатные платы, производят их макеты и шаблоны, осуществляют пайку большого ряда компонентов, промывают детали, очищают поверхности от флюсовых остатков и т.д.
На сегодняшний день ассортимент химии для электроники состоит из необъятного перечня наименований и, к тому же, он постоянно расширяется. В связи с этим возникает масса вопросов, к примеру: чему отдать предпочтение при сборке или как обеспечить оптимальные эксплуатационные характеристики в будущем? Чтобы облегчить вам выбор химических средств, далее расскажем об основных нюансах, касаемых данной тематики.
Если подойти к выбору хим. продукции для очистки, смазывания, обеспечения изоляционных параметров, защиты деталей или целых электронных установок основательно, можно значительно увеличить срок жизни техники.
Как то или иное соединение повлияет при применении, главным образом, зависит от его физ. состояния (жидкое оно или газообразное). Одной из наиболее эффективных считается аэрозольная форма средств для электроники в индивидуальных упаковках из-за ряда преимуществ:
- постоянная готовность к использованию (чтобы получить желаемый результат, достаточно нажать на головку-распылитель);
- экономичность расходования и избежание непродуктивных потерь, благодаря продуманной фасовке;
- обеспечение равномерного нанесения на всю поверхность или локальная доставка вещества в необходимое место при помощи направляемой трубки;
- более интенсивное испарение капель аэрозоля, по сравнению с жидкими составами, а следовательно и интенсификация осаждения важных ингредиентов смесей;
- возможность задействовать растворители с меньшей агрессивностью, то есть минимизировать пагубное влияние средств на человека;
- отсутствие контакта с кислородом воздуха и подогрева под УФ-лучами при нахождении в герметичной упаковке. Благодаря этому уменьшается количество факторов, приводящих к преждевременному старению материалов. Следовательно, сроки хранения химии увеличиваются.
Не всегда для электронного оборудования применялись специальные материалы, однако, сегодня это так. И это открыло перед профессионалами и любителями новые возможности, за счет облегчения и повышения эффективности работы. Производителей и поставщиков, занимающихся снабжением рынка электроники такими товарами, предостаточно. Но нельзя забывать, что не вся продукция заслуживает внимания. Подходите к выбору со всей ответственностью.
Основные категории химии для электроники
- очистители. Очищающие композиции, состоящие преимущественно из многих составляющих, которые необходимы для обработки деталей перед сборкой оборудования, при выполнении ремонтных мероприятий и в процессе эксплуатации аппаратуры. В их функциональных обязанностях – большой спектр задач, среди которых: обезжиривание, изъятие пыли и грязи, ворса и продуктов окисления, подготовка к нанесению защитных покрытий, смывание лаков и компаундов. Какому именно очистителю отдать предпочтение, зависит от степени и природы загрязнений, типа обрабатываемой поверхности и находящихся на ней элементов;
- лаки и покрытия. Задействуются, обычно, после предварительного очищения и обезжиривания поверхностей. Только в таком случае получается достичь максимального эффекта от нанесения лаковых покрытий. В электронике ценны такие свойства лаков, как оперативное высыхание, бесцветность и прозрачность, высокая электроизоляция и защита. Разного рода покрытия обеспечивают устойчивость к коррозии, тепло- и гидроизоляцию, предотвращают утечки тока и короткие замыкания, защищают контакты от окисления, облегчают пайку, позволяют выполнять ее аккуратно и надежно, реализуют гальваническую защиту и защиту от влияния электромагнитных полей. А если еще прибавить к этому аэрозольную форму, то список преимуществ пополнится удобством работы и точностью нанесения;
- защитные и смазочные средства. Без них не обойтись перед сборкой техники и во время ее ремонта. Данные средства предотвращают искрение, стирание и спекание элементов, снижают абразивный износ, защищают от воздействия агрессивных сред, предохраняют металлы от ржавчины и коррозионных образований, от негативного влияния в условиях повышенной влажности и соленого воздуха, устраняют скрип и скрежет, способствуют запуску мокрых моторов и гарантируют долгий срок службы агрегатов с соблюдением надежности эксплуатации. Здесь, как и в случае с предыдущей группой, важно предварительно воспользоваться очистителем и выполнить очистку обрабатываемой поверхности. Тогда задачи смазать и защитить установку будут выполнены максимально удачно;
- специальные аэрозоли. Так как изготовление, использование и тех. обслуживание электронной техники связано с огромным количеством всяческих рабочих процессов и операций, часто становятся необходимыми и спец. хим. продукты. Одни помогают быстро обнаружить деталь, вышедшую из строя. Другие – где в электрической плате появилась трещина. Третьи удаляют связующие и смазки после застывания. Четвертые помогают разъединить прикипевшие болты и соединители. Среди других задач, с которыми справляются вещества данной группы: снятие электрозарядов, защита от статического электричества, снижение грязе- и пылеосаждения на диэлектриках, удаление наклеек, самоклеек и ярлыков, изъятие пятен (чернильных, жирных, от копоти, отпечатки пальцев и т.д.), а также липких материалов.
Хотим обратить ваше внимание на то, что одно и то же средство может выполнять сразу несколько предназначений. И если к выбору подойти со всей тщательностью, то можно, как говорится, одним выстрелом убить двух, а то и больше, зайцев.
Пайка как важный процесс в электронном производстве
Отдельного внимания заслуживают материалы, которые необходимы при пайке металлов.
Пайка – это такой способ соединения двух материалов, когда их прикладывают один к другому, а в пространство между ними вносят растопленный металл. Когда этот металл остывает, он превращается в прослойку, крепко соединяющую спаиваемые детали. Какое количество этого объемного затвердевшего сплава должно быть, зависит от выполнения предстоящих целей и условий работы.
Почетное место в пайке занимает припой. На выбор его типа влияют металлы, которые соединяются, способ пайки, ограничения температурного режима, масса и габариты компонентов, принимающих участие в процессе, необходимая коррозиоустойчивость и т.д.
О том, что припой качественный, свидетельствуют следующие признаки:
- его текучесть в растопленном виде достаточно высокая;
- он отлично смачивает скрепляемые детали;
- его свойства (прочность, твердость, устойчивость к воздействию агрессивных сред, электрическая проводимость, напряжение после усадки, относительное удлинение и др.) в твердом состоянии можно спрогнозировать.
В электронном производстве распространение получили припои, основу которых составляет тандем олово + свинец, следующих видов: сурьмянистые (количество Sb – 0,5 % и более), малосурьмянистые (до 0,5 %) и безсурьмянистые.
Хим. состав влияет на t плавления, всевозможные добавки – на эксплуатационные качества. Большинство современных припоев отличается отличными характеристиками. Однако каким бы хорошим припой не был изначально, если его хранить в ненадлежащих условиях, высокие качественные параметры могут быть утеряны. С другой стороны, сохранить необходимые свойства можно, используя антиокислители и спец. восстанавливающие добавки.
Формы торговых припоев существуют самые разные: брусочная, прутковая, проволочная, ленточная, фольговая, порошкообразная, а также в виде паяльных паст и др. Их выбирают, зависимо от способа паяния (ручного или механизированного).
В электронной промышленности задействуют припои, t функционирования которых составляет до 450 °С. По этому признаку их можно разъединить на две группы:
- легкоплавкие (t плавления до 100 °С). Подходят для паяния и лужения тогда, когда процесс требует малой температуры плавления припоя и когда самим металлам, которые спаиваются, характерна низкая t плавления. Также применяются, если элементы чувствительны к перегреву и на начальном этапе мультиступенчатой пайки;
- мягкие (t плавления от 100 °С). Их использование более разнообразно и происходит во всех случаях, кроме вышеперечисленных.
Еще один важный участник пайки – флюс. Он предохраняет металл от окисления, формирует условия, при которых металл лучше смачивается припоем. Его задействуют в таких случаях:
- перед самой пайкой (чтобы удалить пленки окисей и с материала, и с припоя);
- в ее процессе (с целью предотвратить формирование таких пленок).
Второй вариант предвидит задействование активных и неактивных флюсов. Они могут включать кислоты и спирты, канифоль, терпентин (скипидар) и пропантриол-1,2,3 (глицерин). При машинном паянии флюс преимущественно состоит из одного ингредиента (канифоль сюда не входит).
Способы нанесения флюсов:
- отдельно от припоя (печать, распыление пены/аэрозоля, опускание);
- вместе с ним (находясь внутри припоя-проволоки или в составе паяльных паст). Так иногда можно сократить или вообще исключить предварительную обработку спаиваемых поверхностей флюсом.
Такой материал, как паяльная (припойная) паста, требует отдельного разъяснения. Это совокупность припоя в мелкодисперсном порошкообразном состоянии (около 80-90 %) и жидкой основы-связки. В ней уже присутствуют и припой, и флюс, соотношение которых очень важно для конечных качеств продукта.
Параметры припойных частиц, находящихся в пасте, крайне важны для качества соединения. Они также определяют, как лучше наносить материал и каким должен быть техноцикл пайки.
Что касается активности флюса, которая наряду с характеристиками частиц припоя, влияет на паяльную пасту в целом, то она сказывается на удалении окислов, предотвращает окисление припоя в ходе пайки, обеспечивает оптимальную реологию и изменяет тиксотропность.
Среди негативных факторов совокупности припой + флюс: уменьшенный срок годности пасты, увеличенные требования к хранению и ограничения при перевозке.
Вещества для пайки металлов
Бура (тетраборат натрия). Мега значимый компонент восстановительных флюсов для плавления, который способствует формированию глазури на тиглевых стенках, не допускает к расплаву кислород, отлично растворяет металлические окислы уже при t приблизительно 700 ºС. Это очень важный флюс при работе с драгоценными металлами и дамаском. Считаем нужным акцентировать внимание на том, что бура может быть как самостоятельным флюсом, так и его составляющей.
Борная кислота. Обычно, является составляющей частью флюса, куда входит вместе с такими веществами: бура, хлорид калия и хлорид цинка, фтористый кальций и фторид калия, тетрафторборат калия. Задействуется для пайки твердых сплавов, в частности, титано-карбидных, нержавейки и жаропрочных материалов, а также стали, меди, латуни и бронзы с припоями из латуни, серебра, меди, медь+цинк/никель. Также она – отличный компонент флюсов для паяния небольших элементов.
Канифоль. Популярный флюс для пайки мягкими припоями. При его применении важно не забывать о его малоактивности, то есть детали перед паянием нужно хорошо подготавливать (очищать и залуживать). В работу можно брать и натуральную канифоль, и ее растворы в спирте (КЭ-флюсы и глицерино-канифолевые).
Иногда (к примеру, если канифолевые не совсем справляются с задачей) на помощь приходят активированные флюсы. Они также могут ускорить пайку меди/медных сплавов. Как активировать канифоль? С участием солянокислого или фосфорнокислого анилина, солянокислого диэтиламина или салициловой кислоты.
Хлорид олова. Участник реактивно-флюсового паяния сплавов из алюминия при небольших температурах. Процесс происходит без готового припоя или с ним.
Гидроксид натрия. Данное вещество задействуют при подготовке элементов к паянию, а именно в нанесении на металл толстых оловянных пленок (хим. лужение алюминия и его сплавов). Примечательно, что здесь нет необходимости применять внешний источник тока.
Припой ПОС-40, припой ПОС-61. Популярные оловянно-свинцовые припои, которые обеспечивают низкую электросопротивляемость и коррозиоустойчивость. Это универсальные материалы, состав, цена и качество которых совпадают лучшим образом. Им свойственна мин. t плавления, благодаря чему формируется жидкий металл, наносящийся очень тонкой прослойкой на любые элементы. Благодаря легкоплавкости достигается значительная адгезия (проникновение в структуру других материалов).
В чем отличие между этими припоями? В температуре плавления: у ПОС-40 это 183-238 ºС, у ПОС-61 – 183-190 ºС. То есть первый нуждается в применении паяльника увеличенной мощности. К тому же, прочность сороковой модификации немного больше, по сравнению с шестьдесят первой, которая наносится мягко, но уязвимее к нагрузкам. ПОС-61, все же, более предпочтителен там, где имеет значение перегревоустойчивость.
Углерод четыреххлористый. Очиститель, хорошо подготавливающий поверхность к пайке, в том числе, и обезжиривая ее. После применения данного вещества не забудьте промыть и просушить деталь.
Хлорид цинка. Востребованный кислотный флюс. Также может быть составляющей флюс-паст. Активно растворяюще действует на пленки окисей, гарантируя тем самым отличную адгезию, а соответственно и значительную механическую прочность крепления.
Ортофосфорная кислота. Может задействоваться как флюс или очиститель, избавляющий заготовки от ржавчины. Формирует пленку-защиту, предотвращающую дальнейшие коррозионные проявления.
Карбонат калия. Выступает флюсом или его компонентом при плавке драгоценных металлов.
Химия для электроники – это объемная часть не только производства, но и эксплуатации, и технического обслуживания. Мы рассмотрели основные группы материалов и отдельные вещества, которые могут понадобиться. Надеемся, это поможет вам в выборе. Если же остались вопросы, обращайтесь – наши специалисты помогут найти на них ответы!
