Лабораторна робота 4.1 Підготовка компонентів і готування клею

Мета лабораторної роботи - вивчення технологічних процесів підготовки компонентів клею і його готування, а також основних особливостей спеціального технологічного устаткування, використовуваного для підготовки компонентів.

Задачі лабораторної роботи. Відповідно до кваліфікаційної характеристики спеціальності в результаті проведення лабораторного заняття студенти мають

знати: основні компоненти, що входять до складу клею, їхні характеристики, основні технологічні операції підготовки компонентів, особливості технологічного устаткування для підготовки компонентів;

уміти: виконувати операції контролю основних параметрів клею і його компонентів, готування окремих компонентів, мати уявлення про основні фізичні явища, що використовуються при підготовці компонентів.

4.1.1. Вхідна інформація

Синтетичні полімерні клеї застосовуються практично у всіх галузях народного господарства, у тому числі на підприємствах, що виробляють радіоелектронну апаратуру. Створення клеїв із заданим комплексом властивостей є актуальною і складною задачею.

Поява у всіх областях техніки нових матеріалів і зрослий рівень вимог до технології та якості їхніх з'єднань є найважливішою передумовою розвитку клейових з'єднань [1].

Сучасні клеї широко використовуються в приладобудуванні, радіотехніці радіоелектроніці.

Клейові з'єднання, застосовувані при виготовленні приладів, повинні мати цілий комплекс властивостей: високу міцність, стабільність, високі технологічні властивості, мають бути недефіцитними, недорогими і малотоксичними [2].

Застосування швидкозастигаючих клеїв для приклеювання начіпних компонентів створює передумови для автоматизації процесу зборки і підвищує надійність виробів.

Одним з найбільш розповсюджених методів з'єднання різних матеріалів один з одним є звичайне склеювання. Даним часом широке поширення одержали клеї на основі різних полімерів. Різноманітність застосовуваних полімерів дозволяє регулювати властивості синтетичних клеїв у широкому інтервалі. Склад, властивості і принципи спрямованого регулювання властивостей клеїв і підбору клейових композицій описані в ряді монографій і стандартів.

При виборі клею слід враховувати хімічну природу матеріалів, що з'єднуються, технологію склеювання, умови роботи клейового з'єднання.

Як основа синтетичних клеїв можуть застосовуватися такі полімери: полівінілацетат, перхлорвінілова смола, поліаміди, поліакрилати, поліізобутилен, поліетилен (термопластичні клеї), а також феноло-формальде-гідні, мочевино (мелангено) - формальдегідні, поліуретанові, поліефірні, епоксидні смоли й інші олігомери (термореактивні клеї).

Як основу швидкозастигаючого клею, призначеного для фіксації начіпних елементів з наступним паянням, не можна рекомендувати термопластичні полімери.

Під час паяння при підвищеній температурі термопластичні клеї розм'якшуються і не можуть забезпечити з високою точністю фіксацію начіпних елементів. З цієї же причини не слід уводити до складу клею пластифікатори і розчинники.

Аналіз літературних даних по властивостях термореактивних клеїв на основі інших олігомерів показує, що найкраще можуть задовольняти вимоги,які ставляться до швидкозастигаючих клеїв, полімерні сполуки на основі епоксидних смол, ненасичених поліефірів, кремнійорганичних смол.

Так, описується двокомпонентна епоксидна смола ВД 2116, призначена для кріплення електронних компонентів до друкованих плат. Вона має адгезію до більшості металів, скла, кераміки і твердих пластмас, добрі механічні, конструкційні, електричні властивості і високу стійкість до впливу різних органічних і неорганічних речовин.

При змішуванні компонентів ТР-ВО Д 2116 утворює однорідну тиксотропну пасту, що тримається на вертикальній поверхні. Вона затверджується за ніч при кімнатній температурі чи протягом декількох годин при підвищених температурах.

Фірма Дюпон (США) розробила матеріал марки К-3 на основі кремнійорганіки, здатний виконувати функції клею і герметика при роботі в умовах підвищених температур (до 260 °С) і коливань температури до 310 °С.

Матеріал може бути використаний для одержання різних видів з'єднань, герметизації, нанесення покрить.

Клей-герметик у вигляді пасти червоного кольору не підданий усадці, затверджується при кімнатній температурі, утворює міцний твердий шар, не змінюється під дією атмосферних умов. У процесі експлуатації клей-герметик не розтріскується, не зникає при висиханні і не стає крихким з часом.

Фірмою Дюпон (США) розроблений клей 517-9, що має такі властивості.

Діапазон робочих температур, °С	-56150
Коефіцієнт теплопровідності, кал/ссм °С/Ом	0,012
КЛТР, 1/град,	1510-6
Режим затвердіння:	45 хв при t 188 °С
Міцність на зрушення, кгс/см2	140

Описується теплопровідний епоксидний клей А-8-6. В якості затверджувача використовується третинний амін, а наповнювача - оксид магнію (МgО). Клей має такі властивості.

Режим затвердіння	¾ години при 125 °С
Адгезійна міцність	20,67106 Н/м2
Міцність на розрив при 25 °С	17,24106 Н/м2
Коефіцієнт теплопровідності	0,9510-2 Вт/см3 °С
Максимальна робоча температура	+ 125 °С
Короткостроково допускає нагрів	+ 300 °С

Описується електроізоляційний двокомпонентний клей Р 7840, використовуваний для монтажу чипів і приклеювання компонентів на пластики, метали, кераміку. Адгезія клею при 250 °С складає 3000 Н. Клей термічно стабільний при 400 °С до 5 хв. Затверджується при 150 °С за 5 хв.

Фірма Дюпон (США) випускає велику кількість клеїв на епоксидній основі з різними властивостями. Наприклад, пастоподібний клей Еро-Тек Н70Е з температурою затвердіння від 50 до 175 °С, що не розтікається, пастоподібний клей Еро-Тек 930 з температурою затвердіння 120 °С.

Фірма Дюпон (США) також випускає значну номенклатуру клеїв з в'язкістю від 65000 до 16000 сСт при 25 °С. Клеї являють собою в основному епоксидну смолу з затверджуючими добавками, що модифікують і наповнювачами (Аl, Вео, В та ін.).

Фірмою Сумітомо (Японія) випускається однокомпонентний що швидко затверджується клей 50, застосовуваний для монтажу чип компонентів. Клей затверджується як під дією УФ - затвердіння, так і під дією термічного нагрівання.

Умови затвердіння: УФ - випромінювання (500-1000 млДж) + нагрівання при 150 °С - 1 хв. Можливо затвердіння тільки за рахунок нагрівання при 150 °С за 3 - 5 хв.

Деякі властивості клею 50:

В'язкість	350 лз/25 °С
Адгезійна міцність	0,5 кг
Твердість за Барколом	35
Температура скловання	170 °С
Водопоглинання	0,43 мас % за 24 год. при 23 °С
Питомий об'ємний опір	2,51015 Омсм
Діелектрична проникність при 106 Гц	3,8
Тангенс кута діелектричних втрат при 106 Гц	0,026

Відомий цілий ряд вітчизняних клеїв, що мають тривалу Придатність. Так, наприклад, клей КТ-33/2 Д, що являє собою склад на основі реакційних олігомерів, модифікованих еластомірами й латентновмісним затверджувачем, має Придатність 6 місяців.

Деякі властивості клею КТ-332 Д.

Межа міцності при зрушенні Д-16-Д-16, кгс/см2	49,8
при 125 °С	10,0
Тангенс кута діелектричних втрат при 106 Гц	0,05
Діелектрична проникність при 106 Гц	5,89
Питомий об'ємний опір, Омсм	2,3.1014
Електрична міцність, кВ/мм при 20 °С	13,38
при 85 °С	3,56
Інтервал робочих температур, °С	60125
Режим твердіння	8 год при 125 °С

Наведені галузі практичного застосування корозійно-пасивних клеїв для кріплення електрорадіоелементів (ЕРЕ). Так, для підвищення надійності і довговічності електрорадіоапаратури застосовуються клеї ГІПК-23-12,ГІПК-23-15 і ГІПК-23-16 (ТУ 6-05-251-128-82), призначені для кріплення ЕРЕ замість мастики ЛН і клею ВК-9. Мастика ЛН - корозійно-активна. Клей ВК-9 обмежений у застосуванні в зв'язку з корозійною активністю амінних затверджувачів. Клеї ГІПК-23-12, ГІПК-23-15, ГІПК-23-16 являють собою высоконаповнені гумові суміші на основі еластомірів, вулканізованих поліізоціанатами. Основні властивості клеїв наведені в табл. 4.1.

Таблиця 4.1

Найменування показників	Марка клею
	ГІПК- 23-12	ГІПК- 23-15	ГІПК- 23-16
Придатність, після введення поліізоціаната при 29 °С, годин, не менше	8,0	40	15
Межа міцності при зрушенні на зразках зі сплаву Д-16 кгс/см (час затвердіння 72 год при 20 °С)	11,0	35,0	20,0
Діапазон робочих температур, °С	-60+125	-60+125	-60+125
Стійкість клейових з'єднань плата - ЕРЕ до впливу вібраційних і ударних навантажень	Стійкі	Стійкі	Стійкі
Термін експлуатації клейових з'єднань, роки, не менше	8,0	8,0	8,0

Клеї є діелектриками і розрізняються за еластичністю після затвердіння.

Описується однокомпонентний низьков' язкий клей ГІПК-23-13

ТУ 6-05-251-132-81 гарячого затвердіння, застосовуваний для кріплення напівпровідникових кристалів до склотекстолітових плат.

В'язкість клею забезпечує його нанесення на автоматичному устаткуванні методом "відбитка" без ниттєутворення.

Клеї марок ГІПК мають тривалий термін зберігання. Так, однокомпонентний клей ГІПК-215 ТУ 6-06-251-20-73 на основі розчину наіриту в суміші етилацетату з бензином має придатність 3 год. Температура склеювання 10 - 25 °С. Термін зберігання в щільно закритій тарі 3 міс. при температурі 10 - 30 °С.

Клей ГІПК-61 ТУ 6-05-1710-74 на основі спиртоацетонового розчину ПВА, модифікованого фенол-формальдегидною сумішшю з добавкою природної смоли має термін зберігання в герметично закритій тарі 3 міс. Режим склеювання: 10 хв при кімнатній температурі.

Однокомпонентний клей ГІПК-331 ТУ 6-05-251-75 являє собою суміш ПВА і двооксиду титану в етилацетаті. Термін зберігання: 12 міс. при 5 - 30 °С. Режим склеювання: 10 - 20 с при кімнатній температурі.

Усі три клеї не можуть бути застосовані для приклеювання компонентів РЕА на плати в зв'язку з недостатньою придатністю при кімнатній температурі.

Описуються однокомпонентні клеї УП-5-207 ТУ 6-05-241-221-83, УП-5-207-І, УП-5-207-ІІ ТУ 6-05-241-199-80, що швидко твердіють. Клеї являють собою композиції на основі епоксидної смоли і латентної затверджуючої системи. Клеї відрізняються високою придатністю при (25  5)°С не менше ніж 6 міс. Клеї швидко затверджуються протягом 30 - 40 хв при температурах 120 - 150 °С.

Клеї УП-5207-І, УП-6-207-ІІ призначені для склеювання частин РЕА, що працюють в інтервалі температур від - 60 до +150 °С. Клеї мають стійкість в умовах багаторазового термоциклування, вологи, вібрації, термоокислювального старіння. Деякі властивості клеїв наведені в табл. 4.2.

Таблиця 4.2

Найменування показників	Марка клею
	УП-5-207	УП-5-207-I	УП-5-207-II
1	2	3	4
Час желатинізації, годин	0,15 (120 °С)	0,2-0,25 (120 °С)	0,2-0,25 (120 °С)
Межа міцності при зру- шенні, Мпа при 20 °С	22	20	22
Питомий об'ємний опір, Омм при 20 °С	-	11013	11013
Електрична міцність, Вт/м	-	20	20
Температура твердіння, °С	1502 (0,5год)	120 (0,7 год)	120 (0,7 год)

Клей УП-5-207-1 впроваджений у виробництво радіокомпонентів і використовується для склеювання деталей на прес-матеріалі ДСВ-2Р-2М з склонаповненого поліаміду ПА 610-1-108 замість багатокомпонентних клеїв Д-9, ВК-9, К-400. У табл. 4.3 наведені значення межі міцності при зрушенні для клею УП-5-207-1 кгс/см².

Таблиця 4.3

Умови випробування	Матеріал підкладки
	Сталь-3	Дюра-люміній Д-16	Прес-матеріал ДСВ-2Р-М	Прес-матеріал ВГС-Е	Полі- амід ПА-610 -1-108
Нормальні	220	120	60	70	45
При температурі -60 °С	230	120	-	-	-
+120 °С	200	110	-	-	-
Після впливу підвищеної вологості 98 % при температурі 40 °С протягом 56 діб	150	110	65	74	45
Температура 150 °С протягом 1000 год	200	120	30	25	40
Температура термоударів при температурі від -60 °С до +150 °С (3 цикли)	200	98	41	46	12

Описується епоксидний клей для склеювання феритових ситалових матеріалів. Клей має такий склад, мас. %:

Епоксидна діанова смола, (ЕД-16)	22-27
Епоксидна діанова смола, модифікована поліорганосилоксаном (Т-III)	22-27
Діетиленгликольепоксидна смола (ДЕГ-I)	7 -8
Тетракіс - (метилфенілсилоксаногідроксил) - титан (продукт ТМФТ)	2 – 5
Діціандіамід	6,5-8,5
Пилоподібний кварц	Інше
Придатність клею	3 міс.
Режим затвердіння 160 °С	3 год
Межа міцності склеювання феритситаловых стрижнів при статичному консольному вигині в нормальних умовах	595 - 975 кгс/см2

Описується клейова композиція складу, мас. % год:

Алкіл – ціанакрилат	100
Гідрохінон	3 – 4
Порошкоподібний суспензійний щеплений сополімер метилового ефіру метакрилової кислоти з фторкаучуком	22 - 24
Аеросил, модифікований бутиловим спиртом	3 – 4

Клейова композиція використовується переважно для збирання і монтажу РЕА. Клей має такі характеристики:

Придатність, с	40 – 60
Механічна міцність ( залежно від природи матеріалу, що склеюється), кг/см2	100 - 300

Відома клейова композиція, що відрізняється підвищеною придатністю і теплостійкістю, яка має склад, мас. %

Стирол	78,7 - 80,1
Метилметакрилат	5,9 - 6,7
Діметиламінобензальдегід	0,2 - 0,9
Полістирол	13,0 - 14,5

Композиція має характеристики:

Придатність	не менше 3-х років
Тривалість полімеризації при склеюванні (склеювання під дією УФ-випромінювання дорівнює 365 нм)	2 - 3 год
Межа міцності при відриві при 20 °С -70 кгс/см2	70 кгс/см2
В'язкість вихідна	0,2 Пас
Теплостійкість	170 °С

Відомий клей, що відрізняється підвищеною придатністю при 75-90 °С і міцністю клейового шва при 200 °С.

Склад клею, мас. %:

Епоксикремнійорганічна смола (Т ІІІ)	76,0
Полімеламінхінон	0,9 - 10,0
Гідрохінонариаламінова смола	9,5 - 9,7
Наповнювач (нітрид бору, азбест, каолін та ін.)	30,4 - 33,4

Клей має такі характеристики:

Межа міцності при зрушенні на Ст 3 при 200 °С, кгс/см2	45 - 50
Придатність при 20 °С	8 - 9 мес.
Придатність при 75 -90 °С	2,5 доби
Затвердіння при 200 °С	2 години

Описується епоксидный клей, призначений для склеювання металів, пластмас, кераміки і скла.

Склад клею, мас. %.

Епоксидна смола (ЕД-20)	33 - 45
Поліксилітанмалеінат	33 - 54
Цільові добавки (наприклад, полівінілбутираль)	1- 34
Клей має тривалу придатність при кімнатній температурі	1- 1,5 міс.
Епоксидна смола (ЕД-20)	33 - 45
Поліксилітанмалеінат	33 - 54
Цільові добавки (наприклад, полівінілбутираль)	1 - 34
Клей має тривалу придатність при кімнатній температурі	1- 1,5 міс.
Режим затвердіння: при тиску - 0,5 - 2,0 кгс/см2	4 - 5 год при 120- 130 °С
Межа міцності клею при зсуві складає	330 кгс/см2