Способ очистки перед пайкой припоя, выполненного в виде фольги или ленты

Авторы патента:

B23K1/20 - предварительная обработка изделий или поверхностей, подлежащих пайке (подготовка поверхности изделий особыми способами см. в классах, соответствующих способам обработки или обрабатываемым материалам,например в C04B,C23C)

B08B3/12 - с использованием звуковых или ультразвуковых колебаний (машины для мытья или споласкивания посуды и столовых принадлежностей, использующие звуковые или ультразвуковые волны A47L 15/13; чистка зубов или зубных протезов с использованием ультразвука A61C 17/20; применение ультразвуковых колебаний в химических, физических или физико-химических процессах общего назначения B01J 19/10)

Владельцы патента RU 2644486:

Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина" (АО "НПП "Исток" им. Шокина") (RU)

Изобретение может быть использовано при подготовке поверхности фольги, ленты припоя после прокатки перед низкотемпературной бесфлюсовой пайкой, в частности, при сборке изделий РЭА и СВЧ-техники. В первой ванне ультразвукового комплекса проводят обезжиривание при температуре 180-200°С в течение 5-7 мин моющим средством, содержащим, мас.%: щелочь KОН или NaOH 15-25, глицерин 50-60, вода – остальное. Во второй ванне очистку производят при температуре 50-60°С в течение 3-5 мин деионизованной водой. В третьей ванне - при температуре 60-70°С в течение 20-30 мин моющим средством, содержащим, мас.%: щелочь KОН или NaOH 3-4, сода Na₂CO₃ 3-3,5, ПАВ-синтанол 0,25-0,35, вода - остальное, при температуре 60-70°С в течение 20-30 мин. В четвертой ванне очистку проводят деионизованной водой при температуре 60-70°С в течение 2-3 мин. В пятой ванне очистку проводят в ацетоне при комнатной температуре в течение 2-3 мин с наложением ультразвука с последующей сушкой горячим воздухом. Изобретение обеспечивает полное удаление закатанных после горячей прокатки остатков смазочных жидкостей с поверхности золотосодержащих низкотемпературных эвтектических припоев. 1 табл.

Изобретение относится к очистке припоя перед пайкой от технологических загрязнений в водно-щелочных растворах с наложением ультразвука, в частности к подготовке поверхности фольг, лент эвтектических золотосодержащих припоев после прокатки перед низкотемпературной (НТ) бесфлюсовой пайкой и может быть использовано при сборке изделий РЭА и СВЧ-техники, более конкретно - пайка кристаллов полупроводниковых компонентов.

Технологический процесс НТ-пайки состоит из ряда операций, одной из которых является очистка поверхности как паяемых деталей, так и используемых припоев. Для обеспечения физического контакта паяемых деталей с жидким припоем необходимо предварительно удалить органические и неметаллические загрязнения (масло, жиры, окалину), образовавшиеся в процессе химико-термической обработки (в нашем случае образовавшиеся после прокатки лент, фольг до заданного сортамента), и которые не удаляются во время бесфлюсовой НТ-пайки.

Простое обезжиривание фольг, лент эвтектических припоев после прокатки в органических растворителях не дает желаемых результатов - в процессе пайки образуется некачественное паяное соединение.

Известны способы химического обезжиривания поверхности паяемых деталей перед пайкой и составы растворов [Хряпин В.Е., Лакедемонский А.В. Справочник паяльщика. Изд. 4-е, перераб. и доп. М., «Машиностроение», 1974, стр. 159-160], в которых для повышения смачивающей способности воды в нее добавляют поверхностно-активные вещества (ПАВ), например, ОП-7, а для омыления жировых загрязнений - щелочи (NaOH, KОН), тринатрийфосфат и др. Общими недостатками этих способов химического обезжиривания поверхности являются:

во-первых, они предназначены для обезжиривания стальных, медных, алюминиевых, магниевых сплавов;

во-вторых, сложный состав ванн для химического обезжиривания приводит к трудностям при их корректировке в процессе испарения и травления поверхности.

Известен способ ультразвуковой очистки металлических деталей [Патент РФ №2275257 МПК В08В 3/12] путем промывки их в 5 ваннах ультразвукового комплекса (УЗК): в первой ванне в обезжиривающем водном растворе, содержащем моющее средство МС-15 или МС-37 концентрацией 20-25 г/л, температурой раствора 60-70°С; во второй ванне с наложением ультразвука техническим моющим средством (ТМС) «Гремлос В» концентрацией 20-30 г/л, температурой 45-55°С; в третьей ванне с наложением ультразвука горячей проточной водопроводной водой температурой 45-55°С; в четвертой ванне - холодной проточной водопроводной водой и в пятой ванне - холодной проточной дистиллированной водой с последующей сушкой горячим воздухом.

В результате УЗ-химического обезжиривания в пяти ваннах УЗК остатки закатанной во время горячей прокатки смазочной жидкости лишь начинают разрыхляться, остаются на поверхности, и их после очистки приходится счищать с поверхности лент и фольг техническим лезвием. При этом частично счищается (соскабливается) верхний слой припоя, содержащий золото.

Пробная очистка поверхности фольги припоя AuSi в ванне УЗК с моющим средством МС-15 или МС-37 показала, что температуры раствора в первой и второй ванне явно недостаточно и щелочная среда, которая образуется в результате гидролиза солей триполифосфата натрия, метасиликата натрия, карбоната натрия (МС-15) или метасиликата натрия и кальцинированной соды (МС-37) при данной концентрации не растворяет приповерхностный слой органических загрязнений. Последующая очистка поверхности фольги припоя AuSi во второй ванне с техническим моющим средством «Гремлос В», в состав которого входят смесь аминоспиртов, анионноактивных и неионогенных ПАВ типа синтанола АЛМ-10, неонола АФ 9-12, также показала свою неэффективность.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является полное удаление закатанных после горячей прокатки остатков смазочных жидкостей с поверхности золотосодержащих НТ-эвтектических припоев, и, как следствие, повышение качества бесфлюсовой пайки кристаллов полупроводниковых компонентов.

Технический результат достигается тем, что очистка перед пайкой припоя, выполненного в виде фольги или ленты, включает обезжиривание в первой ванне ультразвукового комплекса в водном растворе, содержащем моющее средство, очистку с наложением ультразвука во второй и третьей ванне, очистку водой в четвертой ванне и очистку в пятой ванне с наложением ультразвука с последующей сушкой горячим воздухом, при этом в первой ванне обезжиривание проводят при температуре 180-200°С в течение 5-7 мин; моющим средством, содержащим, масс. %: щелочь KОН или NaOH 15-25; глицерин 50-60; воду - остальное; во второй ванне очистку производят при температуре 50-60°С в течение 3-5 мин деионизованной водой, в третьей ванне - при температуре 60-70°С в течение 20-30 мин моющим средством, содержащим, масс. %: щелочь KОН или NaOH 3-4, соду Na₂CO₃ 3-3,5, ПАВ-синтанол 0,25-0,35, воду - остальное, при температуре 60-70°С в течение 20-30 мин, в четвертой ванне очистку проводят деионизованной водой при температуре 60-70°С в течение 2-3 мин; а в пятой ванне очистку проводят в ацетоне при комнатной температуре в течение 2-3 мин с наложением ультразвука.

Использование в водно-щелочном растворе повышенной концентрации щелочи и глицерина позволяет повысить температуру раствора до 180-200°С. При температуре 180-200°С за счет активного кипения раствора образуется кавитационный эффект, который способствует разрыхлению поверхностного слоя при очистке, который образуется при термической обработке во время прокатки.

Сода и ПАВ способствуют переводу оставшихся частиц в раствор - гидрофобная часть молекулы ПАВ захватывает оставшиеся частицы масел, происходит процесс эмульгирования, поверхность становится чистой и приобретает золотистый цвет.

После очистки поверхности в ацетоне и сушки на воздухе фольга припоя становится блестящей, без подтеков и цветов побежалости.

Пример

Очистку фольги припоя Au-Si проводили в 5 ваннах ультразвукового комплекса. Фольга выполнена в виде квадратов размером 50×50 мм и толщиной 30 мкм.

Составы растворов и режимы химического обезжиривания фольги припоя Au-Si приведены в таблице 1.

Квадраты фольги Au-Si помещали в первую ванну с нагретым до температуры 190°С раствором состава в масс. %: KОН 20, глицерин 55, вода 25. Очистку квадратов фольги Au-Si проводили в течение 6 мин.

Квадраты фольги извлекали из первой ванны и помещали во вторую, где очищали с наложением ультразвука (частота 40 кГц) в деионизованной воде при температуре 55°С в течение 4 мин.

Квадраты фольги помещали в третью ванну с нагретым до температуры 65°С раствором состава в масс. %: KОН 3,5, соду Na₂CO₃ 3,25, синтанол ДС-10 0,3, вода - остальное. Очистку проводили с наложением ультразвука (частота 40 кГц) в течение 25 мин.

Квадраты фольги извлекали из третьей ванны и помещали в четвертую, где очищали в деионизованной воде при температуре 65°С в течение 2,5 мин.

Квадраты фольги помещали в пятую ванну с ацетоном с наложением ультразвука (частота 40 кГц) и проводили финишную очистку при комнатной температуре в течение 2,5 мин. Затем фольгу сушили горячим (100°С) воздухом.

Фольга припоя стала блестящей, без подтеков и цветов побежалости.

Для ванны 1 и ванны 3 были приготовлены 3 раствора в соответствии с таблицей 1. Первый состав с нижним пределом, второй со средним пределом и третий с верхним пределом концентрации компонентов в соответствии с формулой изобретения.

Концентрация компонентов растворов вне пределов, заявленных в формуле, приводит к следующим результатам:

в ванне 1-а) состав с концентрацией, меньшей, чем в первом: разрыхление приповерхностного слоя только начинается, поверхность фольги становится матовой;

б) состав с концентрацией, большей, чем в третьем:

разрыхление приповерхностного слоя полное, но из-за сильного кипения раствора наблюдается повышенное пенообразование, выходящее за пределы ванны.

В ванне 3-а) состав с концентрацией, меньшей, чем в первом: неполное обезжиривание, поверхность фольги светло-серая, полублестящая;

б) состав с концентрацией, большей, чем в третьем:

при увеличении концентрации ДС-10 (>>0,35 масс. %) наблюдается повышенное мицеллообразование (помутнение раствора), что снижает действие ПАВ [А.П. Бобров, С.В. Цаплин, П.П. Пурыгин. Разработка и исследование процесса очистки металлических деталей от смазочных материалов растворами ПАВ. Вестник Сам ГУ - Естественнонаучная серия, 2007. №2 (52)].

Растворы приготавливали следующим образом.

Для ванны I.

В ванночку из нержавеющей стали наливали глицерин марки ЧДА (ГОСТ6259 - 75), насыпали твердую щелочь KОН (ГОСТ 24363 - 80), доливали деионизованную воду, соблюдая пропорции, указанные в таблице. Смесь нагревали до 180-200°С и выдерживали до получения однородного состава. Ванночку помещали в первую ванну.

Для ванны III.

В ванночку из нержавеющей стали наливали деионизованную воду (см. табл. 1), затем растворяли щелочь KОН и соду кальцинированную Na₂CO₃, далее раствор подогревали до температуры 50°С и добавляли пасту белого цвета - синтанол ДС-10 (ТУ 6-14-577-88), помешивая стеклянной палочкой до полного ее растворения.

Таким образом, очистка припоя в ваннах УЗК с повышенной концентрацией щелочной среды и повышенной температурой растворов обеспечивает полное удаление органических загрязнений с поверхности лент, фольг после прокатки эвтектических НТ-припоев и, как следствие, повышает качество бесфлюсовой пайки кристаллов полупроводниковых компонентов.

Очищенной фольгой припоя Au-Si была проведена пайка кристаллов кремниевых транзисторов, был получен 100%-ый припой по всему периметру паяного шва.

Кроме того, достоинствами предлагаемого способа очистки являются простота приготовления растворов, доступность и дешевизна компонентов отечественного производства, отсутствие токсичных веществ в их составе, а также повышение пожаробезопасности (температура вспышки синтанола марки АЛМ-10 и ДС-10 220°С и 247°С) и экологичности процесса очистки (биологическая разлагаемость синтанола ДС-10 около 80%).

Способ очистки перед пайкой припоя, выполненного в виде фольги или ленты, включающий его обезжиривание в первой ванне ультразвукового комплекса в водном растворе, содержащем моющее средство, очистку с наложением ультразвука во второй и третьей ванне, очистку водой в четвертой ванне и очистку в пятой ванне с наложением ультразвука с последующей сушкой горячим воздухом, при этом в первой ванне обезжиривание проводят при температуре 180-200°С в течение 5-7 мин моющим средством, содержащим, мас.%: щелочь KОН или NaOH 15-25, глицерин 50-60, вода – остальное, во второй ванне очистку производят при температуре 50-60°С в течение 3-5 мин деионизованной водой, в третьей ванне - при температуре 60-70°С в течение 20-30 мин моющим средством, содержащим, мас.%: щелочь KОН или NaOH 3-4, сода Na₂CO₃ 3-3,5, ПАВ-синтанол 0,25-0,35, вода - остальное, при температуре 60-70°С в течение 20-30 мин, в четвертой ванне очистку проводят деионизованной водой при температуре 60-70°С в течение 2-3 мин, а в пятой ванне очистку проводят в ацетоне при комнатной температуре в течение 2-3 мин с наложением ультразвука.

Изобретение относится к области изготовления полупроводниковых приборов путем бесфлюсовой пайки в защитной среде и может быть использовано при сборке кристаллов в корпуса силовых и усилительных приборов.

Предсварочная термообработка суперсплава на основе никеля // 2625921

Изобретение относится к области металлургии, а именно к предсварочной термообработке компонента турбины. Способ предварительной термообработки перед сваркой компонента турбины из никелевого сплава Inconel 939 включает нагрев компонента турбины до первой температуры в диапазоне от температуры на 35°F (19,4°C) ниже температуры растворения фазы γ' и до температуры начала плавления сплава и выдержку при этой температуре, охлаждение со скоростью 1°F (0,56°C) в минуту до температуры 1900°F(±25°F) (1038±15°C) и выдержку при этой температуре, охлаждение со скоростью 1°F в минуту до температуры 1800°F(±25°F) (982±15°C) и выдержку при этой температуре.

Способ соединения монокристалла алмаза с металлами // 2611254

Изобретение относится к изготовлению монокристального алмазного инструмента. Способ включает пластифицирование твердосплавной порошковой смеси, засыпку полученной шихты в металлическую пресс-форму, прессование шихты в брикет, укладку монокристалла алмаза на поверхность брикета и спекание брикета с монокристаллом алмаза с пропиткой легкоплавким металлом или сплавом в направлении снизу вверх.

Способ изготовления металлизированной, состоящей из алюминия подложки // 2602844

Изобретение относится к способу изготовления металлизированной подложки (1), при этом подложка (1) по меньшей мере частично, предпочтительно полностью состоит из алюминия и/или алюминиевого сплава, при этом на поверхность (2) подложки (1) наносят по меньшей мере в некоторых зонах проводящую пасту (3), в первой фазе (B1) обжига подвергают проводящую пасту (3) воздействию постоянно повышающейся температуры (Т) обжига.

Способ изготовления двухслойных паяных конструкций // 2581335

Изобретение может быть использовано при изготовлении отдельных секций камер жидкостных ракетных двигателей. Изготавливают двухслойную паяную конструкцию, состоящую из внешней силовой оболочки, выполненной из стали или сплава на никелевой основе, и внутренней оребренной оболочки, выполненной из меди или сплава на основе меди.

Способ получения монокристаллических алмазных эпитаксиальных пленок большой площади // 2577355

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано при разработке технологии алмазных электронных приборов увеличенной площади. Способ включает закрепление на подложке монокристаллических алмазных пластин с ориентацией поверхности (100) и последующее нанесение на пластины эпитаксиального алмазного слоя, при этом перед закреплением на подложке на каждой монокристаллической алмазной пластине предварительно сполировывают края, создавая усеченную четырехгранную пирамиду с верхней плоскостью, ориентированной по кристаллографической плоскости (100), и с четырьмя боковыми гранями, ориентированными по плоскостям типа {311}, каждую усеченную пирамиду соединяют с подложкой таким образом, чтобы усеченные пирамиды соприкасались друг с другом своими боковыми гранями, а затем наносят на усеченные пирамиды алмазный эпитаксиальный слой.

Способ подготовки деталей под пайку // 2569858

Изобретение может быть использовано для подготовки деталей теплообменника из алюминиевых сплавов под пайку. Удаляют окисную пленку с поверхности деталей и наносят никелевое покрытие толщиной 5-7 мкм при температуре 85-90°C из раствора следующего состава, г/л: хлорид никеля 20-25, гипофосфит натрия 15-20, тиомочевина 0,001, борная кислота 5-15, молочная кислота 35-45.

Способ высокотемпературной пайки поверхности металлической подложки // 2568545

Способ может быть использован для высокотемпературной пайки поверхности (10) металлической подложки (12), имеющей пассивный слой (18) оксида металла. Активируют упомянутую поверхность (10) металлической подложки (12) посредством пескоструйной обработки порошковыми частицами (14) активирующего материала.

Способ получения композиционного катода // 2486995

Изобретение относится к пайке и может быть использовано, в частности, для изготовления композиционного катода из тугоплавких материалов, используемого для вакуумного нанесения тонкопленочных покрытий различного функционального назначения в отраслях машиностроения, микроэлектроники, приборостроении, электротехнике.

Способ пайки сопловых лопаток с охлаждающими отверстиями турбины гтд и защитная паста для использования в этом способе // 2486039

Изобретение относится к области пайки и может быть использовано при изготовлении и ремонте сопловых лопаток ГТД с дефлектором и охлаждающими отверстиями, расположенными как на пере лопатки, так и на торце бандажных полок, а также при пайке деталей, где требуется строгое ограничение растекания припоя в процессе пайки.

Способ очистки янтаря // 2626468

Изобретение относится к области обработки ископаемых смол и может быть использовано, в частности для очистки и удаления окисленной корки с поверхности янтарного сырья.

Способ ультразвуковой обработки и установка для его осуществления // 2625465

Изобретение относится к области очистки деталей машиностроения от технологических и эксплуатационных загрязнений с применением ультразвуковых колебаний в водной среде и может быть использовано для очистки закрытых полостей, каналов и отверстий малого диаметра в горелочных устройствах газоперекачивающих агрегатов.

Устройство пьезоэлектрическое для ультразвуковой очистки авиационных и фильтроэлементов и фильтродисков и способ очистки с его использованием // 2621801

Изобретение относится к ультразвуковой очистке авиационных фильтроэлементов и фильтропакетов топливных, масляных, гидравлических и пневматических систем летательных аппаратов, а также вискозиметров, стеклянной тары и мелких авиационных деталей и может быть использовано в различных областях промышленности.

Технологическая линия очистки топливораздающих элементов тепловых двигателей // 2600648

Изобретение относится к ультразвуковой очистке полых изделий и может быть использовано для восстановления эксплуатационных характеристик горелочных устройств двигателей.

Способ ультразвуковой очистки и сушки внутренних поверхностей топливных баков // 2599302

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в ракетной, авиационной и других областях техники, в которых применяются системы, включающие баки, в частности топливные баки, основным элементом конструкции которых является обечайка вафельной структуры.

Устройство для обработки янтаря // 2594862

Изобретение относится к обработке янтарного сырья. Устройство для удаления окисной корки с янтаря и его обработки содержит электрический генератор ультразвуковой частоты, акустический преобразователь, соединенный с электрическим генератором, волновод с инструментом, соединенный с преобразователем, нагревательный элемент и источник питания для нагревательного элемента.

Кавитатор родионова в.п. // 2568467

Изобретение относится к устройствам гидрокавитационного воздействия и может быть использовано для создания кавитации в струйных потоках, например, в судоремонтной, нефтегазовой промышленности и т.д.

Способ ультразвуковой очистки защитного снаряжения // 2557752

Изобретение относится к способу ультразвуковой очистки средств индивидуальной защиты, спортивного снаряжения и инвентаря, в частности защитной хоккейной экипировки.

Аппарат для чистки промышленных компонентов // 2548084

Аппарат для чистки промышленных компонентов содержит контейнер для жидкости, которым ограничено огражденное пространство для содержания в нем чистящей жидкости, и ультразвуковые преобразователи, обладающие рабочей частотой и длиной волны в чистящей жидкости, прикрепленные, по меньшей мере, к части контейнера для жидкости на расстоянии друг от друга в диапазоне от 2 длин волн до 10 длин волн.

Способ очистки изделий // 2541075

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к способам удаления загрязнений с поверхностей и из полостей разнообразных изделий. Предложен способ очистки изделий легколетучими растворителями, проводимый в замкнутом объеме при рабочем давлении, включающий очистку и ультразвуковую обработку, причем ультразвуковую моечную ванну 1 с изделием 2 помещают в герметичную камеру 4, из которой удаляют атмосферный воздух.

Способ очистки рабочих поверхностей призм при изготовлении оптико-механического модулятора добротности лазера на эффекте нарушения полного внутреннего отражения // 2646066

Использование: в лазерной технике, где необходима прецизионная очистка оптических поверхностей. Способ очистки рабочих поверхностей призм при изготовлении оптико-механического модулятора добротности лазера на эффекте нарушения полного внутреннего отражения включает погружение призм в водный раствор поверхностно-активных веществ (ПАВ), возбуждение в нем ультразвуковых колебаний и постановку призм на оптический контакт. Между возбуждением ультразвуковых колебаний в водном растворе ПАВ с погруженными в него призмами и постановкой призм на оптический контакт дополнительно устанавливают на нерабочую поверхность призм пьезоактуаторы. Затем проводят высокоскоростную деформацию призм, подавая на пьезоактуаторы импульсы напряжения в количестве 50000 - 250000 импульсов амплитудой 200 B и частотой 10 Гц. После этого пьезоактуаторы с нерабочей поверхности призм удаляют, а призмы промывают. Технический результат: улучшение качества очистки рабочих поверхностей призм оптико-механического модулятора НПВО, а также уменьшение себестоимости изделия за счет уменьшения брака. 1 ил, 1 табл.