СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПРИПОЙНОЙ ПАСТЫ Российский патент 1995 года по МПК B23K35/40 

Изобретение относится к пайке и лужению, в частности к способам и материалам для изготовления припойных паст.

Известен способ изготовления паяльной пасты, включающий смешение компонентов флюса, связующего, пластификаторов с порошкообразным припоем, подогрев и размешивание смеси до получения однородной массы.

Частицы припоя предварительно обволакивают слоем канифоли, сушат, а затем обволакивают слоем сополимера этилена с винилацетатом 10-35% после чего сушат, охлаждают и смешивают с остальными компонентами смеси [1]
Недостаток известного способа заключается в том, что он усложняет процесс получения припойной пасты.

Известен способ получения припойной пасты, согласно которому пасту получают путем смешения порошка припоя с флюсом, содержащим хлористый цинк, хлористый аммоний и глицерин [2] В соответствии с традиционными методами получения припойных паст перед смешением порошок припоя распыляют.

Недостатком прототипа является невысокое качество пайки припойной пасты. При этом за параметры оценки качества пайки принимают
коэффициент удержания припоя (К_у), который определяет степень разбрызгивания припоя при оплавлении и характеризует потери припоя на образование мелких шариков;
коэффициент смачиваемости (К_см) характеризует образование прочного контакта между металлизацией контактных площадок и припоем,
количество мелких шариков припоя характеризует степень разбрызгивания припойной пасты при оплавлении.

Изобретение направлено на решение задачи повышения качества пайки припойной пастой.

Изобретение позволяет получить припойную пасту с повышенной растекаемостью (коэффициентом смачиваемости К_см > >3%) и уменьшенной разбрызгиваемостью при пайке (увеличением коэффициента удержания припоя К_у до 98,0% и выше и уменьшением количества мелких шариков припоя до одного).

Для достижения обеспечиваемого изобретением технического результата в способе получения припойной пасты, включающем приготовление флюса путем смешения хлористого цинка с хлористым аммонием и глицерином, распыление расплавленного припойного порошка и соединение его с флюсом, после распыления припойный порошок замачивают в растворе, содержащем (2-5) мас. гидроокиси калия и (95-98) мас. глицерина, затем порошок промывают и сушат, после чего к нему добавляют флюс в следующем соотношении, мас.

Флюс 5-21
Припойный порошок 79-95
Исследование микроструктуры поверхности исходного припойного порошка, например, ПОСК 50-18 (состава Sn-Pb-Cd), методом растровой электронной микроскопии в режиме съемки во вторичных электронах показало наличие на поверхности частиц порошка припоя окислов тяжелых металлов. Частицы порошка ПОСК 50-18 имели типичную структуру тройной эвтектики Sn-Pb-Cd, состоящую из зон свинца-кадмия и олова. После обработки в растворе гидроокиси калия в глицерине в заявляемом соотношении их происходит растворение окислов тяжелых металлов и выравнивание поверхностной концентрации элементов, что улучшает в конечном счете технологические свойства припойных паст и качество пайки.

Характеристики получаемой припойной пасты приведены в таблице. Из данных, представленных в таблице, следует, что положительный результат достигается при соблюдении заявляемых пределов содержания "флюс-припойный порошок". Соответственно свойства припойной пасты в части разбрызгивания и растекаемости (смачиваемости) ухудшаются при содержании компонентов, выходящем за предельные значения.

Предлагаемый способ получения припойной пасты осуществляют следующим образом.

Хлористый цинк и хлористый аммоний тщательно растирают по отдельности в ступке и затем отмеряют в соотношении
ZnCl₂ 30-50 мас.ч.

NH₄Cl 40-30 мас.ч.

Отмеренные количества компонентов высыпают в ступку и тщательно растирают до тонкого порошка.

Отмеряют глицерин в количестве 100-200 мл и выливают в сосуд, который ставят на водяную баню. Смесь ZnCl₂ и NH₄Cl небольшими порциями добавляют в глицерин и каждый раз перемешивают до полного растворения в нем смеси.

Распыленный мелкодисперсный порошок припоя (ПОС-63 или ПОСК 50-18) замачивают в растворе, содержащем 2-5 мас. гидроокиси калия и 95-98 мас. глицерина в течение 1-2 ч.

Приготовленный раствор наливают в стакан, который устанавливают на предварительно нагретую до 130^оС плитку и, непрерывно перемешивая, выдерживают до полного выкипания растворенной в глицерине воды (до прекращения образования пузырьков). Далее устанавливают температуру нагрева плитки 200^оС, а температуру раствора контролируют термометром и поддерживают на уровне не ниже 190^оС в течение 3-5 мин.

После замачивания порошок припоя промывают в этиловом спирте три раза, каждый раз заменяя раствор на свежий.

Просушку порошка осуществляют в термостате или сушильном шкафу при 50-70^оС в течение 0,5-1 ч. Просушенный порошок не позднее, чем через 2 ч после просушки, взвешивают в нужном соотношении (79-95)% и перемешивают с флюсом-связкой (5-21)%
В таблице приведены свойства припойной пасты, полученной в результате использования предлагаемого способа, и пасты, полученной экспериментальным путем в результате реализации способа-прототипа (без обработки припойного порошка в растворе).

При определении свойств припойной пасты применяют следующую методику:
для установления коэффициента удержания припоя (Ку) на ситалловую подложку помещают каплю припойной пасты, затем ее оплавляют. При оплавлении пасты припой образует одну основную каплю (ядро) и мелкие шарики вокруг нее. Коэффициент Ку определяют как разность между общей массой капли из припойной пасты и массой мелких шариков (потерь);
для определения коэффициента смачиваемости (растекаемости) (Ксм) на металлизированные контактные площадки через трафарет наносят пятно припойной пасты, затем производят оплавление, замеряя диаметр пятна после оплавления. Величину коэффициента К_см определяют как отношение диаметров до и после оплавления.

На практике установлено, что для получения качественных паяных соединений К_см должен быть не менее 2,0. Уменьшение К_см приводит к образованию соединений с низкой механической прочностью.

Практически установлено, что количество мелких шариков вокруг основной капли припоя порядка 5-ти и более затрудняет отмывку изделия, снижая тем самым качество на операции пайки.

Из данных, представленных в таблице, следует, что улучшенные свойства припойной пасты наблюдаются в примерах 1, 2, 3, 6 и 7. (К_у ≈ 98,0% К_см 3,0-3,2% количество шариков 1-2). В примерах на запредельные значения (примеры NN 4, 5, 8 и 9) показано, что свойства припойной пасты ухудшаются (К_у 91,2-95,8% К_см 1,3% и менее; количество шариков более 20).

Соответственно для припойной пасты, полученной по способу-прототипу, К_у 97,2% К_см 1,6% количество шариков 5.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет улучшить качество пайки припойной пастой, обеспечив снижение разбрызгиваемости и повышение смачиваемости пасты.

Полученная припойная паста успешно применяется для пайки проволочных выводов компенсаторов К10-43, К10-47, для лужения к-ров К15-20, для пайки поверхностно-монтируемых элементов на печатные платы, микросборки, для лужения никелевых выводов микросборок.

Использование: пайка изделий электротехнической и электронной техники. Сущность изобретения: полученный припойный порошок замачивают в растворе, содержащем, мас. гидроокись калия 2 5; глицерин 95 98, затем порошок промывают и сушат, после чего к нему добавляют флюс, содержащий хлористый цинк, хлористый аммоний и глицерин, в следующем соотношении, мас. флюс 5 - 21; припойный порошок 79 95. 1 табл.

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПРИПОЙНОЙ ПАСТЫ, включающий приготовление флюса путем смешения хлористого цинка с хлористым аммонием и глицерином, распыление расплавленного припойного порошка и соединение его с флюсом, отличающийся тем, что после распыления припойный порошок замачивают в растворе, содержащем 2 5 мас. гидроксида калия и 95 98 мас. глицерина, затем порошок промывают и сушат, после чего к нему добавляют флюс в следующем соотношении, мас.

Флюс 5 21
Припойный порошок 79 95