ФЛЮС ДЛЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПАЙКИ Российский патент 2009 года по МПК B23K35/363 

Изобретение относится к пайке, в частности к паяльным флюсам, предназначенным для применения при пайке и лужении мягкими припоями в технологических процессах электронной, радиотехнической и других отраслях промышленности, для удаления оксидных пленок в процессе пайки и обеспечения высокого качества паяного соединения.

В настоящее время в производстве радиоэлектронной аппаратуры при низкотемпературной пайке наибольшее применение получили канифольные флюсы, активированные различными неорганическими или органическими соединениями [1].

Такие флюсы используются для пайки не только меди и ее сплавов, но и конструкционных и коррозионно-стойких сталей и других сплавов.

Канифоль в чистом виде как флюс применяется все реже, особенно в серийном и массовом производстве.

Большинство канифолесодержащих флюсов не вызывает коррозии паяного соединения, но обладают слабыми активными флюсующими свойствами.

Более активными флюсующими свойствами обладают флюсы на органической основе. Они изготавливаются на основе низкомолекулярных органических кислот и растворителей. Главным преимуществом данных флюсов является их высокая флюсующая активность.

Наиболее близким к данному техническому решению является пастообразный органический флюс [2] на основе глицерина с добавками активных компонентов, содержащий, мас.%:

Глицерин технический45Аммоний хлористый (насыщенный раствор)18Анилин солянокислый 5Триэтаноламин2Спирт30

Данный состав относится к группе активных галогенных флюсов. Однако после пайки в зоне паяного соединения образуются прочные твердые остатки, которые плохо удаляются даже в спирте или спиртобензиновой смеси. Пайка плат радиоэлектронной аппаратуры в условиях плотного поверхностного монтажа таким флюсом недопустима, так как флюс плохо удаляется из-под элементов и ножек микросхем, а сохранившийся хлор в остатках флюса в условиях повышенной влажности и температуры вызывает коррозию паяных соединений и, как следствие, нарушение контакта в местах монтажных соединений.

Кроме этого в процессе пайки при нагревании происходит разложение флюса с выделением хлористого водорода, вредного для здоровья и окружающей среды.

Целью заявляемого технического решения является создание флюса с улучшенными технологическими свойствами для ручной и механизированной пайки, в том числе печатных плат с высокой плотностью монтажа. Флюс должен обладать высокой активностью по удалению окисных пленок, при этом минимальным коррозионным воздействием на систему припой - паяемый материал паяного соединения, а после пайки его остатки хорошо смываться дистиллированной водой.

Заявляемый состав флюса содержит компоненты в следующем количественном соотношении, мас.%:

Глицерин технический30,5-32,1Триэтаноламин20,2-22,2Карбамид12,2-13,3Аммоний лимоннокислый11,5-12,2Спиртостальное

Высокая флюсующая активность заявляемого флюса позволяет осуществлять пайку различных материалов: медь, никель, латунь, сталь, золотое, серебряное, олово-висмутовое покрытия.

Количественное содержание карбамида, аммония лимоннокислого и глицерина позволяет снизить поверхностное натяжение расплавленного припоя на границе металл - припой - флюс, улучшить смачиваемость паяемых поверхностей и таким образом значительно активизировать процесс удаления окисных пленок с паяемых поверхностей и припоя, так как при нагревании активные составляющие флюса полностью реагируют с окисной пленкой.

Количественное содержание триэтаноламина и спирта в заявляемом флюсе обеспечивает необходимую вязкость флюса, что позволяет использовать его в ручной и механизированной пайке и избежать образования смолообразных веществ в местах пайки.

Количественное содержание компонентов в составе заявляемого флюса позволяет получить флюс, который после пайки хорошо смывается водой, а его остатки при этом не оказывают коррозионное действие на металлы и металлопокрытия.

При количественном содержании глицерина менее 30,5% и увеличении карбамида более 13,3% и аммония лимоннокислого более 12,2% флюс вызывает коррозию паяных соединений, при этом становится пастообразным, что затрудняет его использование при механической пайке.

При содержании глицерина более 32,1% и соответственно карбамида менее 12,2% и аммония лимоннокислого менее 11,5% снижается его активность и ухудшается качество пайки.

При содержании триэтаноламина менее 20,2% при пайке выпадает смолянистый осадок, снижающий активность флюса и плохо удаляемый с поверхности после пайки водой, а при содержании более 22,2% флюс становится более вязким, что затрудняет его нанесение, при этом образуются смолообразные вещества, которые плохо удаляются после пайки водой.

Способ получения флюса

Флюс готовят следующим способом. На водяной бане глицерин нагревают до температуры 80-100°С, последовательно растворяют в глицерине карбамид и аммоний лимоннокислый, затем вводят триэтаноламин. Полученную смесь охлаждают и разбавляют спиртом.

Свойства заявляемого флюса были исследованы на контрольных образцах.

Результаты эксперимента приведены в таблице 1.

Эксперимент проводился на плоских образцах из меди, никеля, покрытых олово-висмутом и серебряном покрытии. В качестве припоя использовали ПОС-61, пайку проводили при температуре нагрева 220°С и времени выдержки 5 с.

После пайки проводили очистку образцов от остатков флюса:

при использовании заявляемого флюса - в дистиллированной воде;

при использовании известного флюса - в спиртобензиновой смеси с предварительной замочкой.

Активность флюса определяли, измеряя коэффициент растекания

K_ps=S₁/S₀,

где S₁ и S₀ - площадь «навески» припоя до и после расплавления. Качество пайки и надежность паяных соединений исследовали на образцах, изготовленных внахлест.

Коррозионную стойкость паяных соединений оценивали массовым показателем коррозии, который определялся изменением массы образца, отнесенного к единице площади поверхности за единицу времени. Для этого образцы помещали в камеру влажности 95% влаги и температуры 40°С и через каждые 10 суток вынимали, отмывали, сушили и взвешивали.

Таблица 1ПоказателиЗаявляемый флюс, мас.%Известный флюс, мас.%: Ингредиенты (компоненты)не менеене болееГлицерин технический - 45Глицерин технический30,532,1Аммонии хлористый (насыщенный раствор) -18Триэтаноламин20,222,2Анилин солянокислый - 5Карбамид12,213,3Триэтаноламин - 2Аммоний лимоннокислый11,512,2Спирт - 30Спиртостальное При этом суммарное содержание всех ингредиентов должно равняться 100% Коэффициент растекания K_ps:  по меди6,9-7,45,4по никелю6,6-7,25,9по олово-висмуту10,1-10,29,8по серебру9,6-9,89,6Качество и надежность  паяных соединений:  усилие на срез (кг/мм²)  после пайки4,8-4,93,6через 3 месяца после пайки4,7-4,82,8Наличие коррозии послеКоррозионное воздействиеНаблюдается коррозиявлагокамерыотсутствует 

Таким образом, выбранное количественное соотношение компонентов позволяет активизировать процесс удаления окисных пленок и обеспечить высокое качество паяных соединений, повысить их коррозионную стойкость и надежность, при этом остатки флюса легко удаляются дистиллированной водой даже с печатных плат при высокой плотности навесного монтажа. При этом флюс является экологически безопасным, так как не образует токсичных соединений, и его использование позволяет не загрязнять водную и воздушную среду.

Источники информации

1. ОСТ 4ГО 033.200 «Припой и флюсы для пайки, марки, состав, свойства и область применения», 1978.

2. Хряпин В.Е. «Справочник паяльщика», М., Машиностроение, 1981, с.112.

Изобретение может быть использовано в производстве электронной и радиоэлектронной аппаратуры при сборке узлов и блоков на печатных платах и гибридных и интегральных схем. Флюс содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: глицерин технический 30,5-32,1, триэтаноламин 20,2-22,2, карбамид 12,2-13,3, аммоний лимоннокислый 11,5-12,2, спирт - остальное. Выбранное количественное соотношение компонентов позволяет активизировать процесс удаления окисных пленок и обеспечить высокое качество паяных соединений, повысить их коррозионную стойкость и надежность, при этом остатки флюса легко удаляются дистиллированной водой даже при высокой плотности навесного монтажа. 1 табл.

Флюс для низкотемпературной пайки, содержащий глицерин, триэтаноламин, этиловый спирт, отличающийся тем, что он дополнительно содержит аммоний лимоннокислый и карбамид при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Глицерин технический30,5-32,1Триэтаноламин20,2-22,2Карбамид12,2-13,3Аммоний лимоннокислый11,5-12,2СпиртОстальное