Флюс для низькотемпературної пайки

Реферат: Винахід належить до приладобудування, а саме до розробки флюсів і може бути використаний для низькотемпературного паяння легкоплавкими припоями плат друкованого монтажу та контактних вузлів радіоелектронної апаратури. Флюс для низькотемпературної пайки, містить в мас. %: бурштинову кислоту 2,5-4,5, антранілову кислоту 0,2-1,0, формамід 1,0-3,0, гексаметилентетрамін 0,1-0,4, гліцерин 1,0-4,0, бензотріазол 0,5-0,8 та розчинник: суміш етилового або ізопропілового спирту з ацетоном (2:1) - решта. Технічний результат: висока флюсуюча здатність та низька корозійна активність. UA 102964 C2 (12) UA 102964 C2 UA 102964 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Винахід належить до радіоелектроніки, а саме, до технології пайки електро-радіоелементів з використанням флюсів і може бути використаний для низькотемпературного лудіння і паяння легкоплавкими припоями провідників та контактних площин друкованих плат, а також електричних виводів елементів радіоелектронної апаратури (PEA). Флюс, що пропонується, може бути використаний в електронній, радіоелектронній, приладобудівній та інших галузях промисловості. Досягнутий рівень техніки в області, що розглядається характеризується наступними винаходами. Відомий "Флюс для паяння і лудіння деталей PEA" [Справочник по пайке под ред. И.Е. Петрунина. - Москва: изд. Машиностроение, 1984], що складається з флюсуючих компонентів, поверхнево-активної речовини АНП-2 і розчинника. Флюс містить інгредієнти в наступних кількостях (%, мас): каніфоль 30-33 малеїнова кислота 0,3-3 поверхнево-активна речовина АНП-2 0,3-5 етиловий спирт решта (до 100 %). До складу флюсу в якості флюсуючого компонента - розчинника оксидної плівки металу входить відносно малоактивна двохосновна органічна малеїнова кислота. Недоліками відомого флюсу є невелика флюсуючa здатність, також він має високу корозійну активність. При паянні внаслідок наявності каніфолі відбувається утворення продуктів осмолення по поверхні друкованої плати. Видалення цих речовин потребує ретельного відмивання сумішами різних органічних розчинників, а в деяких випадках і додаткового механічного очищення. Це пов'язано із значними технологічними труднощами, особливо при великій компактності друкованого монтажу та при наявності на друкованих платах безкорпусних та навісних елементів. Вказані фактори знижують надійність PEA. Усунення їх призводить до підвищення витрат матеріалів, часу та коштів на технологію паяння. Відомий "Флюс для низькотемпературного паяння" (прототип), що містить в якості флюсуючого компоненту - розчинника оксидної плівки металу бурштинову кислоту, а також спирт ізопропіловий [По Патенту США № 4601763, М. Кл.В 23 К 35/34, опубл. 1986 р.]. Флюс містить інгредієнти в наступних кількостях в мас. %: бурштинова кислота 0,8-3,0 органічний складний ефір жирних кислот та суберінова кислота 0,6-2,5 ізопропіловий спирт решта (до 100 %). Цей флюс має достатньо високу активність. Однак, в процесі паяння під дією флюсу, який покриває всю поверхню друкованої плати, виникають сполуки, котрі в умовах підвищеної вологості здатні викликати корозію металу та знижувати опір ізоляції друкованих плат. Видалення залишків флюсу після паяння потребує ретельного відмивання водним розчином спирту, після чого необхідною є операція сушіння виробів. Це пов'язано із значними технологічними труднощами, особливо при великій щільності друкованого монтажу та при наявності на друкованих платах безкорпусних та навісних елементів. Вказані фактори знижують надійність PEA. Усунення їх призводить до підвищення витрат матеріалів, часу та коштів на технологію паяння. Задача, на розв'язання якої спрямовано винахід - створення складу флюсу для лудіння і паяння легкоплавкими припоями з новим технічним ефектом, який полягає в: - зменшенні продуктів осмолення; - підвищенні флюсуючої активності, - зниженні корозійної активності флюсу; - збільшенні обезжирюючої властивості. Поставлена задача розв'язується флюсом для низькотемпературної пайки, який містить суміш бурштинової кислоти, розчинника, і відрізняється тим, що склад додатково містить антранілову кислоту, формамід, гексаметилентетрамін, гліцерин, бензотріазол та як розчинник використовують суміш етилового або ізопропілового спирту та ацетону, а інгредієнти узяті в наступному співвідношенні в мас. %: бурштинова кислота 2,5-4,5 антранілова кислота 0,2-1,0 формамід 1,0-3,0 гліцерин 1,0-4,0 гексаметилентетрамін 0,1-0,4 бензотріазол 0,5-0,8 спирт етиловий або ізопропіловий та ацетон (у співвідношенні 2:1) решта (до 100 %). 1 UA 102964 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Флюс, що пропонується, може бути використаний для низькотемпературного паяння плат друкованого монтажу на приладах типу "Хвиля припою", паянням через занурення в стаціонарних ваннах розплаву. В зв'язку з підвищенням щільності друкованого монтажу сучасних плат, коли відстань між струмоведучими колами та ширина металізованих доріжок може бути менш, ніж 10 мкм, флюс, що застосовується має бути малоактивним і не викликати корозії. Одночасно він повинен забезпечувати високу паяльну спроможність. З цією метою в якості активного флюсуючого компоненту, як і в сполуці-аналогу, вибрано відносно малоактивну бурштинову кислоту (НООС-СН2-СООН), яка приймає участь в підготовці окисленого металу до відновлення. Для підвищення флюсуючої активності в склад додатково вводиться антранілова кислота (H2NC6H4CO2H), формамід (HCONH2), і гліцерин (СН2ОН-СНОН-СН2ОН). Таке сполучення бурштинової кислоти, антранілової кислоти, формаміду і гліцерину призводить до повного розчиненню оксидних плівок на поверхні основного металу, що паяється та припою. Особливістю запропонованого флюсу є то, що антранілова кислота виконує функцію не тільки активного компоненту, а і інгібітору корозії. Для збільшення обезжирюючої властивості флюсу як розчинник основних компонентів вибрано суміш спирту (етилового або ізопропілового) і ацетону у співвідношенні 2:1. Для додаткового очищення, а також, і поліпшення змочування та рівномірного розтікання розплаву припою по поверхні основного металу, до складу флюсу введено гексаметилентетрамін (C6H12N4), бензотріазол (C6H5N3), які забезпечують розчинення та видалення усіх оксидів і інших включень з поверхні металу. Гексаметилентетрамін і бензотріазол виконують також функцію інгібіторів корозії завдяки наявності аміногрупи. Таким чином, особливістю запропонованого складу є те, що введені в нього гексаметилентетрамін, бензотріазол та антранілова кислота виявляють інгібуючий ефект, який регулює процес травлення, не допускаючи руйнування металу після того, як зруйновані його оксиди. Внаслідок хімічних реакцій цих компонентів з металевою поверхнею створюються стійкі сполуки з гідрофобними властивостями, котрі захищають метали від корозії в умовах підвищеної вологості. В звичайних же кліматичних умовах неіоногенні органічні сполуки, що виникають в процесі паяння, здатні також підвищувати електричний опір діелектриків. Все це дозволяє вилучити операцію відмивання залишків флюсу після паяння. В запропонованому складі флюсу оптимальні кількісні співвідношення активних реагентів бурштинової кислоти, антранілової кислоти, формаміду і гліцерину підібрані так, щоб забезпечити достатню флюсуючу активність (необхідні змочування та розтікання), не збільшуючи корозійної активності флюсу, що дозволяє виключити операцію відмивання. Численні дослідження, проведені в Міжвідомчому науково-навчальному фізико-технічному центрі Одеського національного університету ім. І.І. Мечникова, показали, що при зменшенні концентрації флюсуючих інгредієнтів нижче мінімальних, що заявляються, погіршуються змочування та розтікання припою по поверхні основного металу. При збільшенні концентрацій флюсуючих компонентів вище, ніж ті, що позначені в складі флюсу, що заявляється, має місце корозія контактних з'єднань, особливо в умовах підвищених вологості та температури. Оптимальні концентрації інгібіторів корозії бензотріазолу (0,5-0,8 %, мас), гексаметилентетраміну (0,1-0,4 мас. %), підібрано таким чином, щоб, з одного боку, забезпечити необхідний інгібуючий ефект, з другого боку, щоб забезпечити необхідні змочування та розтікання припою. При зменшенні концентрації інгібіторів - бензотріазолу менше 0,5 %, гексаметилентетраміну менше 0,1 % відбувається зменшення інгібуючої активності. При збільшенні концентрації інгібіторів - бензотріазолу більш 0,8 %, гексаметилентетраміну більш 0,4 % відбувається погіршення змочування і розтікання припою по поверхні основного металу. Флюс виготовляють таким чином: всі компоненти в указаних кількостях послідовно розчиняють в заданій кількості суміші спирту і ацетону у співвідношенні 2:1, шляхом перемішування доводять їх до повного розчинення. Для прискорення процесу розчинення суміш можна підігріти до температури 60-70 °C. Порівняння технічних характеристик флюсу, що пропонується, і флюсу-прототипу проводили при паянні навісних елементів друкованих плат на установці типу "Хвиля припою" припоєм ПОС-61. Залишки флюсу після паяння не вилучали. Далі проводили прискорені випробування друкованих плат в камері вологості при температурі 40 °C та відносній вологості 98 %. Після паяння і після проведених прискорених випробувань вимірювали опір ізоляції друкованих плат, який залежить від корозійної активності флюсів. Флюсуючу активність складів визначали по значенню коефіцієнту розтікання (по міді, сріблу). 2 UA 102964 C2 Таблиця Технічні характеристики флюсів Коефіцієнт розтікання (по міді, сріблу) Якість паяння Корозійна активність залишків флюсів Опір ізоляції 5 10 Флюс, що пропонується Флюс - прототип 1,4 1,2 Відповідає нормативно-технічним Відповідає нормативно-технічним вимогам вимогам Залишки не корозійні, відмивання Залишки корозійні, відмивання поверхні не потрібне поверхні потрібне Опір ізоляції друкованих плат після Опір ізоляції друкованих плат після паяння збільшується в два рази, паяння не змінюється, після після прискорених випробувань - не прискорених випробувань змінюється. зменшується в 5-10 разів. Експериментальна перевірка флюсу, що пропонується, підтвердила досягнення поставленої задачі. Перевагою флюсу є низька корозійна активність та висока флюсуюча здатність при паянні плат друкованого монтажу. Після паяння не потрібне очищення поверхні друкованих плат та контактних вузлів від залишків флюсу та продуктів хімічних реакцій. Економічна ефективність при впровадженні винаходу досягається тим, що при практично тій же вартості хімічних компонентів (інгредієнтів), що й у складі-прототипу, значно підвищується якість паяння, знижуються витрати на операцію відмивання плат і підвищується надійність та експлуатаційний (часовий) ресурс апаратури в цілому. Технологія виготовлення флюсу, що пропонується, не змінюється по відношенню до відомих складів. Технологія ж обробки паяних з'єднань (контактів) при цьому значно спрощується. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 15 20 Флюс для низькотемпературної пайки, який містить суміш бурштинової кислоти, розчинника, який відрізняється тим, що склад додатково містить антранілову кислоту, формамід, гексаметилентетрамін, гліцерин, бензотріазол та як розчинник суміш етилового або ізопропілового спирту з ацетоном, причому інгредієнти узяті при наступному їх співвідношенні, мас. %: бурштинова кислота 2,5-4,5 антранілова кислота 0,2-1,0 формамід 1,0-3,0 гліцерин 1,0-4,0 гексаметилентетрамін 0,1-0,4 бензотріазол 0,5-0,8 спирт етиловий або ізопропіловий та ацетон (у співвідношенні 2:1) решта. Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3