Флюс для лужения медных контактных площадок печатных плат Советский патент 1992 года по МПК B23K35/363 

Изобретение относится к пайке, в частности к слабокоррозионным активированным водосмываемым флюсам, и может быть использовано для механизированного лужения медных контактных площадок печатных плат оловосвинцовыми припоями или сплавом Розе.

Известен флюс для лужения меди и других покрытий, содержащий, мас.%: Тетраэтиламмоний

уксуснокислый0,2-0,5

Мочевина0,4-0,8

Цинк хлористый5,0-10,0

Аммоний хлористый0,4-0,8

Спирт этиловый5,0-15,0

Глицерин5,0-15,0

Вода84,0-47,0

К недостаткам флюса следует отнести наличие в его составе коррозионного компонента - хлористого цинка. Флюс содержит 47 и более мас.% воды, что вызывает разбрызгивание припоя в процессе лужения.

Известен флюс для пайки легкоплавкими припоями, содержащий, мас.%:

Природная смола12,0-60,0

Тетрабромид дипентена 0,67-1,25 Неионогенное ПАВ3,20-12,45

Простой олигоэфирОстальное

Указанный флюс не содержит коррозион- но-активных компонентов, однако требует использования при отмывке остатков флюса с печатных плат органических растворителей и сравнительно большого количества горячей воды вследствие присутствия в рецептуре флюса значительных количеств природной смолы и ПАВ.

Наиболее близким по составу к предлагаемому флюсу является флюс, содержащий, мас.%:

Хлористый цинк5-15

Хлористый аммоний3-15

Мочевина5-18

Соляная кислота35-45

Этиловый спирт10-30

ПАВ0.05-0,02

(Л

2

ел

4 1 х|

Вода15-20

Недостатком указанного флюса является его коррозионное воздействие на медный рисунок плат и оборудование из-за наличия в его составе хлористого цинка и соляной кислоты, суммарное содержание которых во флюсе составляет не менее 40 мае. %. Кроме того, содержащийся во флюсе хлорис гый цинк оказывает сильное токсическое воздействие на кожу, слизистые и органы дыхания. Применение этого флюса связано с необходимостью использования сложной и длительной отмывки остатков флюса после пайки. Вода, мочевина, хлористый аммоний и соляная кислота, суммарное содержание которых в указанном флюсе достигает 68 и более мае.%, обусловливают образование большого количества газообразных продуктов в процессе лужения, что сопровождается разбрызгиванием припоя.

Цель изобретения - снижение коррозионного воздействия флюса, облегчение удаления остатков флюса после пайки водой и улучшение санитарно-гигиенических условий труда за счет снижения количества газообразных продуктов в процессе лужения при сохранении его флюсующей активности.

Поставленная цель достигается тем, что флюс для лужения медных контактных площадок печатных плат, содержащий мочевину, соляную кислоту, спирт ПАВ и воду, дополнительно содержит п-толуолсульфо- кислоту и простой олигоэфир, а в качестве спирта - этиловый или изопропиловый спирт при следуюа(ем соотношении компонентов, мас.%:

Мочевина0,5-1,0

Соляная кислота0,4-0,7

Этиловый или изопропиловый спирт1,0-5,0 ПАВ 0,05-0,2 Вода1,5-2,5 п-Толуолсульфокислота 0,1-0,3 Простой олигоэфир Остальное Для получения предлагаемого флюса ПАВ и мочевину растворяют в дистиллированной воде. К полученному раствору добавляют этиловый или изопропиловый спирт, n-толуолсульфокислоту 1-водную и перемешивают. Полученный раствор добавляют к расчетному количеству простого оли- гоэфира, затем добавляют соляную кислоту и перемешивают.

Пример 1. 0,75 г (0,75 мас.%) мочевины, 0,125 г (0,125 мас.%) препарата ОС-20 помещают в стеклянный стакан емкостью 150 мл и растворяют в 2,5 г (2,5 мас.%) дистиллированной воды. К полученному

раствору добавляют 3,0г (3,0 мае %) этилового

спирта и 0,3 г (0,3 мас.%) п-толуолсульфокислоты и перемешивают стеклянной палоч кой до полного растворения кислоты. К

полученному раствору добавляют 92,775 г (92,775 мас.%) лапрола 402-2-100, затем прибавляют 0,55 г (0,55 мас.%) соляной кислоты и перемешивают 3 мин. Получают 89 мл флюса (d 1,1186).

П ример 2.0,5г(0,5мас.%)мочевины, 0,2 г(0,2 мас.%) препарата ОС-20 растворяют в 1,5 г (1,5 мае. %) дистиллированной воды. К полученному раствору добавляют 1,0 г (1,0 мас.%) изопропилового спирта и 0,1 г

(0,1 мас.%) n-толуолсульфокислоты и перемешивают. К полученному раствору добавляют 96,3 г (96,3 мас.%) лапрола 402-2-100, затем приливают 0,4 г (0,4 мас.%) соляной кислоты и перемешивают 3 мин. Получают

88,6 мл флюса (d 1,1257).

Известный флюс готовят смешиванием 10 г (10 мас.%) хлористого цинка и 3 г (3 мае. %) хлористого аммония в 22 г (22 мае. %) дистиллированной воды, после чего добавляют38,9 г(38,9мас.%)солянойкислоты,6,0 г (6,0 мас.%) мочевины и перемешивают. Затем 0,1 г (0,1 мас,%) препарата ОС-20 растворяют в 20 г (20 мае. %) этилового спирта и приливают к полученному ранее раствору. Получают 78,8 мл флюса (d 1,2613).

Составы флюсов по примерам 1-22 приведены в табл.1.

Для лужения с применением предлагаемого флюса и известного используют двухсторонние печатные платы с медными контактными площадками размером 30 х 30 х 2 мм. Испытываемый флюс наносят окунанием образца в ванночку с флюсом, noc/ie чего образцы устанавливают вертикально для стекания избытка флюса в течение 0,5 мин. Образцы плат лудят, погружая их вертикально в припой ПОС-61 при 255+ 5°С на 3 с. Отмывку плат от остатков флюса проводят встряхиванием их последовательно в двух ванкочках емкостью 0,3 л, содержащих по 200 мл воды, в течение 1 мин в каждой ванне. Затем образец платы выдерживают в дистиллированной воде при комнатной температуре в течение 1 мин в ванночке, содержащей 200 мл

воды. Промывные воды в ванночках заменяют после отмывки трех плат. Отмытые платы сушат в шкафу при 105 ± 5°С в течение 0,5 ч.

Качество лужения контактных площадок образцов печатных плат, качество отмывки диэлектрика и наличие пены в первой промывной ванночке оценивают визуально, а полноту отмывки диэлектрика оценивают по изменению сопротивления изоляции после выдержки образцов плат в камере влаги

втечение 1 ч при 21 °С и влажности 93+3%.

Сопротивление измеряют терраомметром Е6-13А.

Коррозионные действия остатков флюса после пайки и отмывки определяют после выдержки образца печатной платы в камере влажности в течение 56 суток при 40 ±2°С и влажности 98+ 2%.

Результаты испытаний приведены в табл.2.

Из данных таблиц видно, что флюсы предлагаемого состава (примеры 1-4) обеспечивают качественное лужение печатных плат и полное удаление остатков флюса после пайки.

Уменьшение содержания компонентов флюса: мочевины (пример 20), соляной кислоты (пример 6), воды (пример 21) и п-толу- олсульфокислоты (примеры 16 и 22) приводит к ухудшению качества лужения, на что указывает появление шероховатости на участках поверхности лужения. Уменьшение-содержания препарата ОС-20 в рецептуре флюса (пример 13) сопровождается ухудшением отмываемое™ диэлектрика и понижением его сопротивления в камере влажности. Уменьшение содержания этилового или изопропилового спирта (примеры 8 и 10) ухудшает смачиваемость флюсом поверхности печатных плат, что приводит к понижению качества лужения - появлению наплывов припоя.

Увеличение содержания мочевины сверх указанного вызывает появление беле- сости на поверхности диэлектриков и снижение его сопротивления (пример 5 и 12), а увеличение содержания соляной кислоты (пример 7) и n-толуолсульфокислоты (пример 17) приводит к появлению коррозии и снижению сопротивления изоляции диэлектрика. Увеличение содержания препарата ОС-20 (примеры 14 и 15) и не улучшает качество лужения, но сопровождается образованием пень) в промывной воде. Повышение содержания воды во флюсе сверх оптимального ухудшает качество лужения, на что ука-

зывает появление пор на поверхности лужения.

Применение предлагаемого изобретения позволит снизить коррозионное воздействие на медные токопроводящие дорожки печатных плат и применяемое оборудование за счет исключения из рецептуры флюса хлористого цинка и снижения содержания соляной кислоты во флюсе, облегчить отмывку остатков флюса за счет снижения содержания соляной кислоты и исключения из рецептуры трудноудаляемых с поверхности диэлектрика компонентов - хлористого цинка и хлористого аммония, улучшить санитарно-гигиенические свойства флюса за счет исключения токсичного компонента - хлористого цинка и санитарно-гигиенические условия труда в процессе лужения печатных плат за счет снижения количества токсичных легколетучих компонентов. Формула изобретения Флюс для лужения медных контактных площадок печатных плат, содержащий мочевину, соляную кислоту, спирт, поверхностно-активное вещество и воду, отличающийся тем, что, с целью снижения коррозионного воздействия флюса, облегчения удаления водой остатков флюса после пайки и улучшения санитарно-гигиенических условий труда за счет снижения количества газообразных продуктов в процессе лужения при сохранении его флюсующей активности, он дополнительно содержит п-толуол- сульфокислоту простой олигоэфир, а в качестве спирта - этиловый или изопропм- ловый спирт при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Мочевина0,5-1,0

Соляная кислота0,4-0,7

Этиловый или изопропиловый спирт. 1,0-5,0

Поверхностно-активное

вещество0,0570,2

Вода1,5-2,5

п-толуолсульфокислота0,1-0,3

Простой олигоэфирОстальное

1 2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13 14

15 16 17 18 19 20 21 22

з,о

2,0 5,0

3,0 0,5 5,5

3,0 3,0

3,0 3,0

3,0 3,0

1,0

3,0 з,о

0,5 5,5

3,0 3,0

з.о

3,0 3,0

0,125

0,2

0,05

0,2

0,12

0,2

0,05

0,1

0,1

0,1

0,1

0,05

0,04

0,21

0,25

0,12

0,12

0,12

0,1

0,1

0,1

0,1

2,5 Ь5 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 3,0 3,5 2,0

1,0 2,0

0,3

0,1

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

6,2

0,2

0,2

0,05

0,35

0,20

0,3

0,2

0,2

0,03

92,775

96,3

94,05

91,3

93,08

93,50

93,45

95,8

90,6

95,6

90,8

92,75

93,16

93,39

93,45

92,93

92,93

92,48

91,7

93,7

93,7

93,37

-j

.Ј

сл -u -J -J

Таблида

Использование: механизированное лужение медных контактных площадок печатных плат оловосвинцовыми припоями или сплавом Розе. Флюс содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: мочевина 0,5-1; соляная кислота 0,4-0,7; этиловый или изопропиловый спирт 1-5, ПАВ 0.05- 0,2; вода 1,5-4,5; п-толуолсульфокислота 0,1-0,3; простой олигоэфир остальное. 2 табл.