Консервирующий флюс для низкотемпературной пайки Советский патент 1992 года по МПК B23K35/363 

Изобретение относится к пайке, в частности к составу флюса, обеспечивающему защиту паяемой поверхности металлических проводников печатных плат от воздействия коррозионно-активных веществ атмосферы в процессе межоперационного хранения без последующей расконсервации, и может быть использовано при изготовлении бытовой теле- и радиоаппаратуры.

В настоящее время для сохранения па- яемости проводников печатных плат и выводов радиоэлементов применяется канифольный флюс ФКЭт, содержащий, мас.%:

Канифоль сосновая

марки А или В10-60

Этилацетат90-40

Недостатком известного консервирующего флюса является необходимость последующей расконсервации перед пайкой и высокая хрупкость защитной пленки.

Известенфлюс ФКГ для консервации на период межоперационного хранения деталей из латуни, меди, нейзильбера в условиях складского хранения и хранения в условиях сборочного цеха в течение одного года, содержащий, мас.%:

Гидразин

солянокислый0.25-0,31

Канифоль сосновая

марки А или В3,0-5,0

Поливинилбутираль

марки КА или КБ1,0-1,20

Дибутилфталат0,25-0,31

Воск пчелиный

(натуральный)0,01-0,05

Спирт этиловый3,00-5,00

Ацетон1,8-2,00

Растворитель № 646 86,50-90.00.

К недостаткам известного флюса относится трудность удаления консервирующей пленки применяемым в промышленности растворителем и использование в рецептуре флюса чрезвычайно опасного по степени воздействия на организм человека вещества - гидразина солянокислого.

(Л

С

v| О СЛ ГО СЛ

Известен флюс ФПЭт на основе полиэфирных смол марки ПН-9 или ПН-56 для консервирования изделия для сохранения паяемости в течение одного года, содержащий, мас.%:

Смола полиэфирная

марки ПН-9 или ПН-5615-50

Этилацетат85-50.

Указанный флюс обладает повышенной флюсующей активностью, но образует хрупкую пленку и требует удаления перед пайкой.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является консервирующий флюс для пайки низкотемпературными припоями, содержащий, мас.%:

Канифоль

фумаризованная5-7

Органический

растворительОстальное

Указанный флюс имеет активность, равную 1,3-1,4 относительных единиц, а остатки флюса не вызывают коррозии металлопокрытий и не снижают сопротивления изоляции, что позволяет исключить операцию расконсервации. К недостаткам флюса следует отнести его невысокую активность и высокую стоимость.

Целью изобретения является повышение консервирующих свойств флюса.

Поставленная цель достигается тем, что консервирующий флюс для пайки низкотемпературными припоями, содержащий продукт модификации соединений канифоли, органический растворитель, в качестве соединений канифоли он содержит канифольное масло от производства эфиров канифоли, а в качестве модификаторов ма- леиновый ангидрид и бромоформ, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Продукт модификации

канифольного масла 4-6

Органический

растворительОстальное,

при этом продукт модификации содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:

Малеиновый ангидрид 17-22

Бромоформ0,8-1,2

Канифольное масло от производства эфиров является сложной смесью продуктов термического разложения канифоли и ее эфиров. Согласно технологическим регламентам получения эфиров завода Янтарь отгонка канифольного масла проводится в конце эте- рификации при температуре 270-280°С и давлении 0,004-0,006 МПа в течение 1,0-1,5 ч. Средние пробы канифольного масла представляют собой текучую массу свзтлокоричневого цвета, плотность которой при 20°С составляла 1,042-1,058 г/см , а кислотное число (К.ч.) от 93 до 101 мг КОН на 1 г канифольных масел.

По данным физико-химического анализа канифольное масло содержит, мас.%: смоляные и жирные кислоты 40-44; неомы- ляемые вещества - тепеновые углеводороды, их спирты и альдегиды и др. 52-56,

окисленные вещества 1-3 и воду 1-2.

Таким образом, заявляемый состав флюса позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию существенные отличия.

Продукт взаимодействия канифольных масел с малеиновым ангидридом и бромо- формом при повышенной температуре получают следующим образом.

Пример 1.В реактор, снабженный

мешалкой, холодильником и термометром, загружают 82,2 г(82,2 мас.%) канифольного масла (d 1,042 г/см3, К.ч. 93 мг КОН/г), нагревают до 100°С, включают мешалку и проводят отгонку воды с прямым холодильником до прекращения выделения воды, после чего небольшими порциями загружают 17 г (17 мас.%) малеинового ангидрида (ГОСТ 5854-78) и 0,8 г (0,8 мас.%) бромофор- ма (ГОСТ 5851-75) и выдерживают смесь при

перемешивании 2,5 ч при температуре 190°С, затем в течение 0,5 ч отгоняют летучую часть с прямым холодильником, охлаждают до 130-140°С и выливают в тару. Получают 95.6 г продукта, представляющего

собой прозрачную стекловидную массу коричневого цвета, имеющую d 1,139 и температуру размягчения 72,2°С.

П р и м е р 2. Отличается от примера 1 только тем, что канифольное масло (d 1,050,

К.ч. 97 мг КОН на 1 г продукта) берут в количестве 79,5 мас.%), малеиновый ангидрид в количестве 19,5 г (19,5 мас.%) и бромоформ в количестве 1,0 г (1,0 мас.%), а смесь выдерживают при 195°С в течение 2 ч

45 мин. Получают 95,9 г продукта, имеющего d 1,148 г/см3 и температуру размягчения 72,5°С.

Примерз. Отличается от примера 1

только тем, что канифольное масло (d 1,058,

К.ч. 101 мг КОН на 1 г продукта) берут в

количестве 76,8 г (76,8 мас.%), малеиновый

ангидрид в количестве 22,0 г (22,0 мас.%) и

бромоформ в количестве 1,2 г (1,2 мас.%), а

смесь выдерживают при 200°С в течение 3

ч. Получают 96,1 г продукта d 1,161 г/см3 с

температурой размягчения 72,0°С.

Остальные примеры выполняют аналогично примеру 1, используя указанные табл.1 количества канифольных масел, малеинового ангидрида и бромоформа, температуру и время обработки.

Оптимальный состав и режим обработки выбирали на основе активности исследуемого продукта взаимодействия канифольных масел с малеиновым ангидридом и бромоформом и температуры его размягчения.

Температуру размягчения определяли по известной методике. Активность продукта (растекаемость припоя ПОС-61 на медной поверхности) при температуре 250 ±5°С рассчитывали как отношение площади растекания припоя ПОС-61 под действием 30% испытываемого раствора продукта к площади растекания под действием 30% раствора канифоли сосновой марки А. Для приготовления раствора продукта берут 30 г (30 мас.%) продукта и 75 г (75 мас.%) этилового спирта (ГОСТ 17299-78).

Коррозионное воздействие растворов продуктов определяли после выдержки образцов фольгированного гетинакса, обезжиренных в спиртобензиновой смеси (1:1), декапированных в 10%-ной соляной кислоте в течение 10 с и покрытых консервирующими флюсами, в камере влажности в течение 56 суток при температуре 40 ± 2°С и влажности 98 ±2%. Результаты испытаний приведены в табл.2.

Как видно из табл.2, оптимальное количество малеинового ангидрида и бромоформа в смеси составляет 17-22 мае. % и 0,8-1,2 мас.% соответственно (пример 1-3). При содержании малеинового ангидрида в реакционной смеси менее 17 мас.% (пример 4) ухудшается качество продукта вследствие снижения его температуры размягчения. При содержании бромоформа в количестве менее 0,8 мас.% снижается активность продукта (пример 6), что приводит к ухудшению паяемости защищаемой поверхности.

Увеличение количества малеинового ангидрида сверх заявляемого значения (пример 5) не улучшает активность продукта и не повышаеттемпературу размягчения, но сопровождается снижением выхода продукта и появлением коррозии.

Увеличение количества бромоформа выше 1,2 мас.% приводит к появлению коррозионного воздействия (пример 7).

Приведенные в табл.2 данные подтверждаются актом испытаний предлагаемого продукта.

Оптимальные температура и время обработки находятся в пределах от 190 до 200°С и от 2,5 до 3 ч (пример 1-3). Увеличение (примеры 9 и 11) или снижение (примеры 8 и 10) значений этих параметров против

заявляемых приводит к снижению температуры размягчения продукта.

Заявляемые составы флюсов готовят растворением продукта взаимодействия ка- 5 нифольных масел с малеиновым ангидридом и бромоформом в этиловом или изопропиловом спирте.

Пример 4. 4г (4 мас.%) продукта взаимодействия канифольного масла с ма0 леиновым ангидридом и бромоформом, полученного по примеру 1 (см.табл.1) растворяют в 96 г (96 мас.%) этилового спирта. Примеры выполнены заявляемого флюса, выполненные аналогично примеру 1. от5 личающиеся использованием различного количества продукта и растворителей приведены в табл.3.

Пример флюса по прототипу 90 г (90 мас.%) канифоли сосновой марки А (ГОСТ

0 19113-84) и 10 г (10 мас.%) фумаровой кислоты (ТУ 6-09-4008-75) нагревают до 110°С и включают мешалку, после чего температуру поднимают до 190°С и выдерживают 1 ч, затем смесь охлаждают до 140°С и выли5 вают в тару. Получают 96,9 г фумаризован- ной канифоли.

6 г (6 мас.%) полученной фумэризованной канифоли растворяют в 94 г(94 мае,%) этилового спирта (ГОСТ 17299-78).

0 Защитные свойства консервирующего флюса и флюса по прототипу оценивали по паяемости защищенной испытываемыми флюсами медной поверхности, подвергнутой ускоренному старению на воздухе при

5 температуре 155°С в течение 4 ч. Паяемость этих поверхностей определяли по качеству лужения припоем ПОС-61 при температуре 250 ± 5°С в течение 2,5 сек при использовании паяльного флюса ФКСп.

0

Для опытов брали образцы фольгированного гетинакса размером 30 х 30 х 1 мм, обезжиривали в спирто-бензиновой смеси (1:1), декапировали в 10%-ном растворе со5 ляной кислоты в течение 10с, отмывали в воду и сушили на воздухе. Испытываемые консервирующие флюсы наносили на подготовленную медную поверхность образцов фольгированного гетинакса кистью, изме0 ряя время испарения растворителя и время образования нелипкой планки консервирующего флюса.

Покрытые консервирующим флюсом образцы, подвергаемые ускоренному старе5 нию, помещают в сушильный шкаф при температуре 155°С на 4 ч, после чего на образцы напыляют флюс ФКСп, получаемый растворением 25 г (25 мас,%) канифоли сосновой марки А в 75 г (75 мас.%) этилового спирта.

Образцы лудят погружением на глубину 0,5-1,0 мм в припой ПОС-61 при температуре 250 ± 5°С на 2,5 с.

Качество лужения оценивают визуально, отмечая наличие участков не покрытых припоем, пор, наплывов и острых выступов припоя на луженой поверхности и вид поверхности - блеск, гладкость или шероховатость и т.п. Электроизоляционные свойства консервирующего флюса определяют для .тест плат, покрытых испытываемыми консервирующими флюсами, в камере влажности после выдержки в течение 1 ч пи температуре 20°С и влажности 93 ± 3% (без изъятия плат из камеры) терраомметром Е6-13А. Каждый образец испытывали на 5 платах.

Время образования защитной пленки на испытываемых образцах, электроизоляционные свойства пленки и качество луже- ния защищенной медной поверхности после ускоренного старения при использовании в качестве флюса для лужения ФКСп приведены в табл.3.

Как видно из табл.3, предлагаемый со- став консервирующего флюса по сравнению с прототипом (примеры 1-6) обеспечивает более эффективное сохранение паяемости без ухудшения электроизоляционных свойств диэлектрика, на что указывает бо- лее качественное лужение по сравнению с прототипом.

Продукт взаимодействия канифольных масел с малеиновым ангидридом и бромо- формом, как и пленкообразующий компонент по прототипу-фумаризованная канифоль, не оказывает коррозионного воздействия на медную поверхность (табл.2).

Оптимальные количества продукта модификации канифольного масла в заявляв- мом консервирующем флюсе составляют от 4 до 6 мас.% (примеры 1-6),

Уменьшение используемого в предлагаемом варианте продукта менее 3 мас.% понижает защитное действие консервирующего флюса (примеры 7 и 9), .на что указывает появление дефектов лужения на образцах. Использование продукта в количествах, превышающих оптимальные значения, не улучшает защитные свойства флюса (примеры 8, 10 и 11), но увеличивает время образования защитной пленки, а также количества остатков флюса после лужения.

Применение изобретения позволит повысить качество лужения консервируемых металлических поверхностей и исключить использование дорогостоящего и дефицитного компонента - фумаризован- ной канифоли.

Приведенные в табл.3 данные подтверждаются актом испытаний предлагаемого консервирующего флюса.

Формула изобретения

Консервирующий флюс для низкотемпературной пайки, содержащий продукт модификации соединений канифоли, органический растворитель, отличающий- с я тем, что, с целью повышения консервирующих свойств флюса, в качестве соединения канифоли он содержит канифольное масло от производства эфиров канифоли, а в качестве модификаторов - малеиновый ангидрид и бромоформ, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

продукт модификации

канифольного масла 4-6

органический

растворительостальное,

при этом продукт модификации содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:

малеиновый ангидрид 17-22

бромоформ0,8-1,2

канифольное масло остальное

Изобретение используется при защите паяемой поверхности металлических проводников печатных плат от воздействия кор- розионно-активных веществ атмосферы в процессе межоперационного хранения без последующей расконсервации. Консервирующий флюс содержит следующие компоненты, мас.%: продукт модификации канифольного масла 4-6; органический растворитель - остальное. При этом продукт модификации содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: малеиновый ангидрид 17-22; бромоформ 0,8-1,2; канифоль - остальное. 3 табл.

Таблица 1

Приведенные в табл. 2 данные подтверждаются актом испытаний предлагаемого продукта.

Продолжение табл. 1

Таблица 2