Смачивание поверхности

Взаимодействие на границе «основной металл — жидкий припой». После расплавления припоя и достижения атомами металлов требуемого уровня энергии активации начинается взаимодействие, в процессе которого происходит смачивание поверхности твердого тела расплавом металла. От того, насколько хорошо расплавленный припой смачивает поверхность основного металла, зависит прочность, коррозионная стойкость и другие свойства паяных соединений.

Пасты для получения вожженных диэлектрических, резистивных и проводящих слоев разнообразны по составу. Их рецептура и режимы обработки представляют собой наиболее сложную часть толстопленочной технологии. Однако положение упрощается тем, что в настоящее время, как это уже неоднократно отмечалось, используются в основном толстопленочные слои проводящих материалов — серебра, палладий — серебра, палладий — золота, платины, платины — золота. Эти металлы входят в состав паст в виде окислов, карбонатов, мелкодисперсных порошков. При обжиге вначале постепенно выгорает органическая связка (например, канифоль в этиловом спирте), затем разлагаются соединения с выделением газообразных продуктов (например, СО2, Н2О) и, наконец, расплавленный металл смачивает поверхность керамической подложки, проникая в ее поры. После некоторой выдержки при этой температуре подложка постепенно охлаждается. Обжиг в массовом производстве ведется в туннельных печах, где равномерно продвигающееся изделие проходит цикл обжига, подобный показанному на 2.7 [12].

Например, в электронный германий вплавляют индий, являющийся акцепторной примесью. 'На пластинку германия / помещают таблетку индия 2 ( 3.3, а) и нагревают ее в вакууме примерно до 500° С. При этом индий расплавляется и смачивает поверхность германия; часть германия растворяется в индии, и на поверхности пластинки образуется углубление 3, заполненное насыщенным раствором германия в индии ( 3.3, б). При понижении температуры германий рекристаллизуется из расплава, захватывая атомы индия и образуя слой 4 германия р-типа ( 3.3, в). Р — п-пере-ход 5 возникает на границе основной пластинки германия п-типа с рекристаллизованной областью 6 германия р-типа. Для образования р — n-перехода в германии р-типа в качестве донорной примеси используют сплав свинца с сурьмой.

После обезжиривания промывают корпуса и крышки в течение 10—30 с в горячей воде, имеющей температуру 60—90° С. После горячей промывки корпуса и крышки промывают в течение 10— 15 с в холодной воде. После полного обезжиривания вода равномерно смачивает поверхность деталей. На 192—193 показано оборудование, применяемое для горячей и холодной промывки.

Существуют различные виды керметов. По результатам взаимодействия керамической фазы с металлом можно выделить две основные группы керметов. Первая группа — это керметы с применением металлоподобных тугоплавких соединений на металлической связке. К этой группе относятся керметы на основе большинства карбидов, боридов, нитридов, силицидов, а 'также керметы, содержащие карбид титана; по своим свойствам они не уступают лучшим видам твердых сплавов металлов. Для этой группы характерна плотная и прочная связь между металлом и металл'оподобной фазой благодаря ее хорошему смачиванию металлом. Спекание таких керметов основано на обжиге при температуре, несколько превышающей температуру плавления металла связки. Образующаяся при этом жидкая подвижная металлическая фаза полностью смачивает поверхность металлоподобного соединения, проникая в мельчайшие трещины и неровности поверхности зерен кер-мета и обеспечивая тем самым его высокие прочностные свойства. '

Спекание с керамикой припоя с активной присадкой, выполняемое в вакууме при жидкофазных реакциях, позволяет применять температуру спекания около 900° С. Высокотемпературный припой смачивает поверхность, обеспечивая адгезионное контактирование жидкого металла и керамики. В основе процесса лежит взаимодействие активного металла с окислами керамики.

Рассмотренные способы защиты от влаги с помощью негидрофобных покрытий основаны на преграждении пути движения молекул воды, поступающих с поверхности покрытия в его толщу и продвигающихся до защищаемой поверхности. Предполагалось, что влага смачивает .поверхность покрытия,

2) применяют водные растворы, если вода не смачивает поверхность образца;

Величина cos0 является мерой смачивания. Если cose имеет положительное значение, т. е. краевой угол смачивания G < 90°, то расплав хорошо смачивает поверхность металла. Если cos 0 имеет отрицательное значение, т. е. О > 90°, то говорят о плохом смачивании. При 8=0 имеет место полное взаимное смачивание двух металлов, а при 6 = 180° смачивание полностью отсутствует. В связи с этим величину cos 0 называют коэффициентом смачивания. Зависимость коэффициента смачивания от соотношения векторов поверхностных натяжений дана в табл. 6.

В связи с тем, что чистый свинец без применения специальных флюсов плохо смачивает поверхность твердых металлов и в расплавленном состоянии легко окисляется, использование его в качестве припоя затруднительно. Для улучшения технологических свойств и прочности свинца в него иногда вводят серебро.

а) 6>90°. Если бы система имела возможность затвердевать после достижения полного термодинамического равновесия, то условие 8>90° указывало бы на отсутствие смачивания между поверхностями жидкого и твердого металлов. Вероятно, в таком случае мы наблюдали бы явление, когда жидкий припой вообще не смачивает поверхность, а затвердевает на ней в форме, обусловливаемой действием различных сил, в частности поверхностного натяжения и силы тяжести. Одно лишь наличие капель припоя не позволяет нам на данном этапе определить, был ли угол 0 равен или меньше 180°. Правильное толкование явления можно дать в результате измерения угла смачивания по поперечному разрезу образца.

Взаимодействие на границе «основной металл — жидкий припой». После расплавления припоя и достижения атомами металлов требуемого уровня энергии активации начинается взаимодействие, в процессе которого происходит смачивание поверхности твердого тела расплавом металла. От того, насколько хорошо расплавленный припой смачивает поверхность основного металла, зависит прочность, коррозионная стойкость и другие свойства паяных соединений.

Для обеспечения равномерности травления по площади анода необходимо хорошее смачивание поверхности. В качестве смачивателей применяют спирты, например вводят до 20% «-бутилового спирта С4Н9ОН [67].

СМАЧИВАНИЕ ПОВЕРХНОСТИ ПАЯЕМОГО МЕТАЛЛА ПРИПОЕМ

СМАЧИВАНИЕ ПОВЕРХНОСТИ МЕТАЛЛА ПРИПОЕМ 15

СМАЧИВАНИЕ ПОВЕРХНОСТИ МЕТАЛЛА ПРИПОЕМ 17

В непосредственной связи со смачиванием находится растекание припоя по поверхности твердого металла: чем лучше припой г>'ят-;рща.,ущздпук поверхность, тем лучше он растекается*-^ ^ ней. г"г^**».ч

Как коэффициент смачивания cos в, так и коэффициент растекания Краст зависят от соотношения величин поверхностных натяжений твердого металла и расплава. Следовательно, смачивание поверхности твердого металла припоем можно улучшить изменением значений поверхностных натяжений. Величина поверхностного натяжения как твердых, так и жидких металлов, сильно зависит от характера и свойств той среды, на границе с которой определяется эта величина. Поэтому смачивание каждой конкретной пары металлов можно резко улучшить, взяв в качестве третьей среды, участвующей в процессе смачивания, не обычную атмосферу, а например, какую-либо расплавленную соль. В производственной практике хорошо известно, что без применения расплавленных солей (флюсов) пайку осуществлять невозможно. В качестве флюсов чаще всего берут смеси галогенных солей различных металлов.

Смачивание поверхности твердого металла припоем зависит от физико-химической природы флюса, поэтому

Смачивание поверхности паяемого металла припоем . 1-1 Поверхностное натяжение металлических расплавов

Если система затвердела, до того, как было достигнуто термодинамическое равновесие, то соотношение 0>9О° указывает на явление, называемое скатыванием припоя. Припой затвердел в процессе скатывания с поверхности, подлежащей пайке. Тогда сила действовала в направлении скатывания и угол смачивания являлся прямой функцией этого скатывания в данной частный момент времени. Здесь смачивание поверхности имело место в начале, а затем по той или иной причине (возможно, из-за образования какого-нибудь интерметаллического слоя) припой скатился с поверхности и на металле оказались следы смачивания. Следовательно, о скатывании можно говорить, если на поверхности наблюдаются следы смачивания. В противном случае мы имеем дело с несмачиваемой (0 = 180°) или с плохо смачиваемой (90° < 9 < 180°) поверхностью.

Так как смачивание поверхности твердого металла жидким припоем происходит при повышенной температуре, на промежуточной поверхности может в той или иной степени происходить взаимная диффузия, обусловленная термической активацией атомов. Образующийся слой твердого раствора может содержать некоторые интерметаллические соединения, которые не имеют принципиального значения для образования соединения, но, будучи неметаллическими по своей природе, не обладают пластичностью основного металла. Весьма важно иметь в виду, что как образование сплава в промежуточном слое, так и возникновение интерметаллических соединений являются в процессе смачивания побочными явлениями и поэтому не обязательны для образования связи. Вместе с тем они в сильной степени влияют на прочность соединения. Слой сплава, если он образуется, проч-