Связующее вещество паяльной пасты

Связующее вещество паяльной пасты

Реферат

Изобретение относится к пайке, в частности к составу пастообразной паяльной пасты для пайки и лужения при температурах до 350°С.

В настоящее время для низкотемпературной (НТ) пайки меди, никеля, серебра, золота и их сплавов на температурах 160-350°С известно использование бесканифольных органических флюсов, включающих как растворители - воду, спирты, углеводороды, так и активаторы - органические кислоты, солянокислые амины и соли [1, 2]. Однако при создании новой техники, особенно при разработке и изготовлении микроэлектронных приборов, оказалось проблематичным использование известных флюсов в силу большой коррозионной активности их и их остатков, дымообразования, осмоления и обугливания, а также трудности отмывки остатков после пайки. Кроме того, из-за внутреннего соотношения компонентов в составах таких флюсов, например, ВТС, ФГГл [1] или ФСлГлСп [2] невозможно их использование в качестве связующих веществ для паяльных паст для пайки при температурах 300-350°С.

Известна паста для НТ пайки, в которой связующее вещество содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: глицерин 62-75, щелочь 10-13, сорбит 15-25 [3 - прототип]. Связующее вещество, в котором щелочь используется в качестве активирующей добавки, обеспечивает пайку в интервале 120-260°С, но осмоляется и обугливается при повышении температуры пайки до 300°С. Это связано как с внешним активным воздействием кислорода воздуха, так и с внутренним окислением глицерина и сорбита щелочью при этих температурах. Скорость окисления, приводящая к осмолению и обугливанию связки, сравнима или превышает скорость сплавления порошка припоя в единую каплю необходимой формы и взаимодействия ее с паяемой поверхностью.

Техническим результатом изобретения является обеспечение пайки при температурах до 350°С за счет повышения термической стойкости связующего вещества к окислению и повышение качества паяных соединений, обеспечение полной отмывки остатков связующего вещества водой после пайки. Заявляемое связующее вещество можно хранить на воздухе в открытом виде неограниченное время с периодическим прогревом до 200°С с целью обезвоживания. Связующее вещество выполнено из доступных и дешевых компонентов, а также в нем отсутствуют токсичные и канцерогенные вещества.

Технический результат достигается тем, что связующее вещество паяльной пасты, содержащее глицерин, сорбит и активирующую добавку, в качестве активирующей добавки содержит соль, образованную щелочью и органической кислотой или слабой неорганической кислотой при следующем соотношении компонентов, мас.%:

глицерин	35-52
сорбит	35-57
активирующая добавка	3-27

В качестве активирующей добавки может быть использована соль уксусной кислоты - уксуснокислый натрий. Связующее вещество, которое содержит уксуснокислый натрий, имеет следующее соотношение компонентов, мас.%:

глицерин	36-40
сорбит	35-57;
уксуснокислый натрий	7-25

В качестве активирующей добавки может быть использована соль угольной кислоты - углекислый натрий. Связующее вещество, которое содержит углекислый натрий, имеет следующее соотношение компонентов, мас.%:

глицерин	42-47
сорбит	49-55
углекислый натрий	3-4

Процентное содержание компонентов связующего вещества обосновано следующим образом:

- при содержании в составе связующего вещества активной добавки в виде соли, образованной щелочью и органической кислотой, или соли, образованной щелочью и слабой неорганической кислотой, менее 3% практически теряется способность связующего вещества обеспечивать порошку припоя в паяльной пасте образовывать объемные капли заданной формы и смачивать паяемую поверхность;

- содержание в составе связующего вещества активной добавки в виде соли, образованной щелочью и органической кислотой, или соли, образованной щелочью и слабой неорганической кислотой, более 27% нецелесообразно, поскольку растворимость соли в глицерине и сорбите предельная.

- верхняя и нижняя границы содержания в связующем веществе глицерина и сорбита определяют его реологические свойства: вязкость, прилипаемость к паяемой поверхности, способность образовывать паяльную пасту путем смешивания с порошком припоя в холодном состоянии, расслоение и осаждение порошка припоя в пасте под действием гравитации и т.д.

Пример 1.

Паяльная паста состоит из порошка золото-оловянного припоя (Зл80Ол20) с размерами частиц порошка, не превышающими 20 мкм, и связывающего вещества, содержащего глицерин, сорбит и соль уксусной кислоты - уксуснокислый натрий.

Массовое соотношение порошка припоя к связующему веществу составляет 80% к 20%.

Связывающее вещество приготавливают следующим образом:

в емкость, содержащую трехатомный спирт - глицерин марки «Ч» (ГОСТ 3259-75) или «ЧДА» (ГОСТ 6959-75), вводят шестиатомный спирт - сорбит (ТУ 6-09-1588-77) и уксуснокислый натрий «ХЧ» (ГОСТ 199-76), нагревают смесь до температуры 200-250°С и выдерживают при этой температуре до полного растворения сорбита и соли в глицерине. После охлаждения раствора он готов к применению.

Поскольку в состав связывающего вещества входит гигроскопичный глицерин, то его необходимо периодически нагревать до 200°С с целью обезвоживания. Если связывающее вещество находится в открытом виде в контакте с окружающим воздухом, его нагревают один раз в 3-5 дней.

В таблице 1 представлены три (1, 2, 3) состава связующего вещества, приготовленные в пределах заявленных соотношений компонентов, и два (4, 5) состава, приготовленные за пределами соотношений компонентов.

Пример 2.

Паяльная паста состоит из порошка золото-оловянного припоя (Зл80Ол20) с размерами частиц порошка, не превышающими 20 мкм, и связывающего вещества, содержащего глицерин, сорбит и соль углекислой кислоты - углекислый натрий. (ГОСТ 15100-85). Массовое соотношение порошка припоя к связующему веществу составляет 80% к 20%.

Связывающее вещество приготавливают так же, как в примере 1.

В таблице 1 представлены два (6, 7) состава связующего вещества, приготовленные в пределах заявленных соотношений компонентов, и два (8, 9) состава, приготовленные за пределами соотношений компонентов.

Приготовленные пасты исследовали на предмет:

- получения равномерных по высоте, ширине и длине валиков припоя, соответствующих размерам нанесенных валиков пасты,

- получения паяных соединений между деталями,

- отмывки остатков связки водой после пайки и лужения.

Результаты представлены в таблице 2.

Лужение деталей из металла или керамики, имевших внешнее покрытие из золота толщиной 3-6 мкм, предлагаемыми паяльными пастами осуществляли по описанной ниже технологии:

- на деталь наносят паяльную пасту или наносят связывающее вещество и укладывают на него фольгу припоя Зл80Ол20. Паста и связующее вещество находятся в холодном состоянии.

- сушка пасты или связующего вещества при температуре 120-170°С в течение 3-5 минут.

- нагрев детали до 290-310°С и выдержка ее на плитке после расплавления припоя не более 5-15 секунд. Температура нагрева для лужения зависит от массы детали.

- охлаждение детали, отмывка ее последовательно в проточной горячей и холодной воде, сушка с помощью сжатого воздуха или в нагретой до 60-80°С термокамере.

Пайку двух деталей из металла или керамики, имеющих внешнее покрытие из золота толщиной 3-6 мкм, предлагаемыми паяльными пастами осуществляют следующим образом:

- на одну деталь наносят пасту и укладывают на пасту вторую припаиваемую деталь;

- на одну деталь наносят связующее вещество, укладывают фольгу припоя Зл80Ол20 и на нее укладывают офлюсованную вторую припаиваемую деталь,

- в случае необходимости, на детали устанавливают груз или фиксируют детали струбциной.

Дальнейшая последовательность технологии пайки соответствовала технологии лужения, отличаясь только температурой нагрева под пайку при 310-350°С. Повышение температуры при пайке вызвано необходимостью нагрева до температуры расплавления припоя увеличенного общего объема деталей, а также обычно применяемого при пайке перегрева на 30-50°С.

Кроме того, состав 3 связующего вещества из примера 1 (табл.1) исследовали при лужении деталей с покрытиями из меди и никеля. Состав 3 входил в припойную пасту и использовался как флюс при лужении фольгой припоя. Результаты приведены в таблице 3.

Анализ результатов показал, что заявленное связующее вещество паяльной пасты обеспечивает качественную пайку деталей с золотыми покрытиями золото-оловянными припоями на температурах до 340-350°С и полную отмывку остатков связующего вещества водой после пайки.

Достоинством заявляемого связующего вещества паяльной пасты является возможность хранения его на воздухе в открытом виде до перемешивания с порошком припоя неограниченное время, с периодическим прогревом до 200°С, с целью обезвоживания. Другими достоинствами связующего вещества являются простота приготовления, доступность и дешевизна компонентов, а также отсутствие токсичных и канцерогенных веществ в их составах.

Таблица 1
Пример	№ состава связующего	Составы связующего, мас.%
Глицерин	Сорбит	Уксуснокислый натрий	Углекислый натрий
1	1	36	57	7
2	36	54	10
3	35	40	25
4	37	58	5
5	25	45	30
2	6	42	55		3
7	47	49		4
8	43	56		1
9	45	49		6

Таблица 2
Номер состава связующего	Результаты лужения/пайки
1-3; 6-7	Монолитный валик припоя, сохраняющий форму и размеры нанесенного валика паяльной пасты. Равномерный непрерывный паяный шов. Отличная отмывка водой остатков связующего вещества после лужения и пайки.
4, 8	При лужении образуется цепочка не связанных друг с другом капелек припоя вместо монолитного валика припоя. Отличная отмывка водой остатков связующего вещества.
4, 8	При пайке деталей образуется прерывистый паяный шов. На отдельных участках шарики припоя выступают за границы паяного соединения. Отличная отмывка водой остатков связующего вещества.
5, 9	При лужении валики припоя растекаются и теряют форму. Остатки связующего вещества оставляют после лужения не отмываемые водой следы. Производится повторная отмывка остатков связующего вещества.
5, 9	При пайке деталей образуется прерывистый паяный шов с включениями не отмываемых остатков связующего вещества. Производится повторная отмывка остатков связующего вещества. Наблюдается растекание припоя за границы паяного соединения.

Таблица 3
Материал покрытия	Результаты лужения
паяльной пастой	фольгой припоя толщиной 20 мкм
Режим лужения
Медь, химический никель.	Монолитный валик припоя, сохраняющий форму и размеры нанесенного валика пасты.	Блестящая, одинаковая по высоте поверхность припоя. Сохранение размера и формы заготовки из фольги припоя.
Температура сушки: 170°С.
Температура лужения: 300°С.	Отличная отмывка остатков связующего вещества водой.	Отличная отмывка остатков связующего вещества водой.
Время лужения: 5-7 сек

Источники информации

1. Справочник по пайке под редакцией Лоуманова, стр.112.

2. Флюсы и припои для пайки ОСТ110469-87, стр.7.

3. Авторское свидетельство СССР №1808590, В23K 35/24.

1. Связующее вещество паяльной пасты, содержащее глицерин, сорбит и активирующую добавку, отличающееся тем, что в качестве активирующей добавки оно содержит соль, образованную щелочью и органической или слабой неорганической кислотой, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

глицерин	35-52
сорбит	35-57
активирующая добавка	3-27

2. Связующее вещество по п.1, отличающееся тем, что в качестве активирующей добавки оно содержит уксуснокислый натрий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

глицерин	36-40
сорбит	35-57
уксуснокислый натрий	7-25

3. Связующее вещество по п.1, отличающееся тем, что в качестве активирующей добавки оно содержит углекислый натрий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

глицерин	42-47
сорбит	49-55
углекислый натрий	3-4