Флюс для низкотемпературной пайки

 

Изобретение относится к пайке, в частности к флюсам для низкотемпературной пайки олово- свинцовыми припоями. Сущность изобретения: флюс для низкотемпературной пайки содержит следующие компоненты,мас.ч.: глицерин 25, четвертичная аммониевая соль 1-1,5, аммониевая соль канифолетерпеномалеинового аддукта 10-20, вода - 100. 1 табл.

Изобретение относится к пайке, в частности к флюсам для низкотемпературной пайки оловосвинцовыми припоями, и может быть использовано при ручной пайке и лужении электромонтажных элементов, интегральных микросхем, металлических поверхностей печатных плат и выводов электрорадиоэлементов в изделиях бытовой аппаратуры.

Флюс предназначен для защиты паяемой поверхности от окисления в процессе пайки и лужения, а также для снижения поверхностного натяжения на границе металл припой флюс.

Известен флюс /1/ для низкотемпературной пайки черных и цветных металлов, содержащий глицерин, хлористый аммоний и хлористый цинк. Недостатками этого флюса являются его невысокая флюсующая активность, а также использование в его рецептуре хлористого цинка, который обладает токсичным действием и слабо выраженными свойствами, вызывающими аллергический дерматит.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является флюс для низкотемпературной пайки, содержащий глицерин, воду, хлористый аммоний, хлористый цинк и диэтилентриаминовую соль терпеномалеинового аддукта (ТМА) /2/.

Недостатками этого флюса являются использование в его рецептуре хлористого цинка и невысокие флюсующая активность и смачиваемость поверхности металла. Флюс обладает недостаточно высокой смачиваемостью поверхности металла вследствие неполной растворимости в воде диэтилентриаминовой соли терпеномалеинового аддукта. Диэтилентриаминовую соль ТМА получают из расплава ТМА, обработкой его дитэтилентриамином при 100-160^oC. При температурах 135-160^oC при обработке ТМА аминами происходит образование имидов ТМА, которые не растворимы в воде.

Задача изобретения создание флюса с повышенным качеством пайки за счет увеличения активности флюса и усиления смачиваемости металла припоем при сохранении его некоррозионности и санитарно-гигиенических условий труда, а также упрощение технологии его получения.

Указанная задача достигается тем, что флюс для низкотемпературной пайки, содержащий глицерин, воду и соль терпеномалеинового аддукта, содержит в качестве соли ТМА аммониевую соль канифолетерпеномалеинового аддукта и дополнительно содержит четвертичную аммониевую соль общей формулы где R₁-R₄ алкил C₁-C₁₈; A^-=CH₃COO; HCOO или их смесь, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.

Глицерин 25 Четвертичная аммониевая соль 1-1,5 Аммониевая соль канифолетерпеномалеинового аддукта 10-20 Вода 100 Впервые в рецептуре флюса используется четвертичная аммониевая соль и аммониевая соль канифолетерпеномалеинового аддукта (КТМА). КТМА для этой цели используется впервые. Аммониевая соль КТМА повышает активность флюса.

Для усиления смачивания металла припоем в процессе пайки нами предложено в качестве катионоактивного поверхностно-активного вещества соль четвертичного аммониевого основания (соль ЧАО).

Влияние катионоактивного ПАВ связано с тем, что четвертичные аммониевые соли имею дифильную структуру, то есть содержат гидрофобную и гидрофильную части. Органические ионы, образующиеся в результате ионизации функциональных групп, при растворении обуславливают хорошие поверхностно-активные свойства, а также хорошую растворимость заявляемых ПАВ как в воде, так и в полярных органических растворителях. Эти соединения оказывают влияние на процесс удаления окисей пленки и смачивания металлов как за счет более эффективного очищения их поверхности от адсорбированного слоя газовых молекул, следов жировых загрязнений, так и за счет адсорбции молекул ПАВ на поверхности металлов. Кроме того, возможно участие ионизированных молекул ПАВ в электрохимическом процессе в системе припой флюс-твердый металл.

Для получения аммониевой соли КТМА в качестве исходного сырья используют КТМА, который в отличие от ТМА получают не из конечного продукта переработки сосновой живицы скипидара, а из терпентина (полупродукта канифольно-терпентинного производства).

КТМА получают обработкой терпентина малеиновым ангидридом при 190±5^oC в присутствии катализатора CH₃I. КТМА представляет собой двухкомпонентную систему, состоящую из малеопимаровой кислоты (60%), терпеномалеинового аддукта (40%).

По параметрам острой внутрижелудочной токсичности КТМА согласно ГОСТ 12.1.007-76 относится к 3-му классу опасности умеренно опасным веществам, что делает его перспективным в плане внедрения в народное хозяйство.

Аммониевую соль КТМА получают обработкой КТМА NH₄HCO₃. С целью усиления смачивающей способности флюса аммониевую соль КТМА в отличие от диэтилентриаминовой соли ТМА получают не из расплава /2/ при 100-160^oC, а в водном растворе. При этом исключается образование имидов КТМА, которые не растворимы в воде и снижают смачивающую способность флюса.

Химический процесс получения аммониевой соли КТМА можно представить следующей схемой: Аммониевую соль КТМА получают следующим образом. В 1000 мл нагретой до 50-60^oC воды растворяют 200 г NH₄HCO₃. В раствор медленно по частям при постоянном перемешивании вводят 200 г измельченного КТМА. Смесь перемешивают при 50-60^oC в течение 1 ч до полного растворения канифолетерпентинового аддукта. При этом получается однородный продукт - аммониевая соль КТМА со следующими свойствами: внешний вид однородная прозрачная жидкость от светло-желтого до темно-коричневого цвета:
кислотное число 5-10 мг КОН/г.

Сопоставляемый анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый флюс отличается от известного не только применением нового продукта КТМА для синтеза аммониевой соли, но и более упрощенной технологией ее получения.

Изобретение иллюстрируется примерами.

Пример 1. В реакционную трехгорлую колбу, снабженную мешалкой с гидрозатвором, термометром и обратным холодильником загружают 100 мас.ч. воды и 5 мас.ч. аммониевой соли КТМА. Смесь перемешивают при 50-60^oC в течение 30 мин до получения однородной жидкости. Далее к полученному раствору добавляют 25 мас.ч. глицерина и 0,5 мас.ч. катионоактивного поверхностно-активного вещества. После загрузки компонентов реакционную смесь перемешивают в течение 1-1,5 ч при 50-60^oC.

Получают продукт с вязкостью 3,15 сСт и флюсующей активностью 69,3 мм² (коэффициент растекаемости припоя 1,8). Флюс представляет собой прозрачную от светло-желтого до светло-коричневого цвета маслянистую жидкость с запахом леса. Аммониевая соль КТМА может получаться также непосредственно и в процессе получения флюса.

Остальные примеры выполнены аналогично примеру 1, отличаются только массовой долей аммониевой соли КТМА и катионоактивного поверхностно-активного вещества.

Активность флюса коэффициент растекаемости припоя ПОС-61 на медных пластинках при температуре 260±5^oC рассчитывают как отношение площади растекания припоя под действием заявляемого флюса к площади растекания припоя под действием канифольного флюса в виде 20%-ного раствора в этиловом спирте. Абсолютная погрешность определения активности флюсов при вероятности 0,95 равна ±0,03, погрешность измерения температуры припоя ±2^oC.

Данные опытов приведены в таблице.

Как видно из данных таблицы, оптимальное количество аммониевой соли КТМА и катионоактивного поверхностно-активного, введенного во флюс, составляет соответственно 10-20 и 1-1,5 мас.ч. (примеры 2-4). Использование этих компонентов в количестве меньше и больше оптимальных (примеры 1, 5, 6) сопровождается снижением активности флюса и смачиваемости металлов, кроме того, с увеличением содержания катионактивного ПАВ (до 2,5 мас.ч.) после 10 сут хранения наблюдается выпадение этого вещества в виде белых кристаллов (пример 7). Составы, которые не содержат катионактивное ПАВ, обладают меньшей флюсующей активностью и смачиваемостью (примеры 8-12) по сравнению с составами, содержащими различные количества катионактивного поверхностно-активного вещества.

Из приведенных данных следует, что предлагаемые составы флюсов (примеры 2-4) обладают значительно большей активностью (S=99- 112,3 мм²) по сравнению с прототипом (S=95 мм²), что соответственно обеспечивает существенное увеличение прочности паяемых соединений. Использование заявляемого изобретения позволяет повысить качество пайки за счет лучшей растекаемости припоя (Θ 10-15^o), что обеспечивает сплошное лужение медной пластины и таким образом отсутствие коррозии. Таким образом, заявляемый флюс по сравнению с известным обладает более высокой флюсующей активностью и смачивающей способностью, а также более упрощенной технологией получения.

Формула изобретения

Флюс для низкотемпературной пайки, содержащий глицерин, воду и соль терпеномалеинового аддукта, отличающийся тем, что он в качестве соли терпеномалеинового аддукта содержит аммониевую соль канифолетерпеномалеинового аддукта и дополнительно содержит четвертичную аммониевую соль общей формулы

где R₁ R₄ алкил C₁ C₁₈;
A^- CH₃COOO, HCOO или их смесь,
при следующем соотношении компонентов, мас.ч.

Глицерин 25
Четвертичная аммониевая соль 1,0 1,5
Аммониевая соль канифолетерпеномалеинового аддукта 10 20
Вода 100,

РИСУНКИ

Рисунок 1