книги / Справочник по пайке
..pdf
|
|
|
|
Продолжение табл. 13 |
|
№ |
Компоненты |
Содержание |
Назначение |
||
п/п |
(массовые доли), % |
||||
|
|
||||
|
Хлористый литий |
20 |
24 |
|
|
2 |
Хлористый калий |
31 |
38 |
|
|
|
Хлористый натрий |
21 |
25 |
|
|
|
Хлористый стронций |
5 |
6,5 |
Пайка алюминия и его сплавов. Паста |
|
|
|
|
|
||
|
Криолит |
13 |
16 |
длительного хранения. Размер частиц |
|
|
порошка не менее 250 мкм |
||||
|
Связующее вещество (полимеры |
|
|
||
3 |
|
|
|
||
полиакрилатов, полигликоля) |
7 |
35 |
|
||
|
Порошок припоя систем Al-Si, |
|
|
|
|
|
Al-Zn,Al-Cu, Al-CU-Zn |
15 |
75 |
|
|
|
Порошок припоя системы Al-Si |
70 |
80 |
|
|
4 |
Одноатомный спирт |
18 |
25 |
Пайка алюминия. Пасту хранят в |
|
|
Шеллак |
1 |
4 |
герметичной таре |
|
|
Фторцирконат калия |
0,1 |
0,9 |
|
|
|
Припой Sn-Pb |
68 |
80 |
|
|
|
Хлористый цинк |
4,2 |
9,4 |
|
|
5 |
Хлористый аммоний |
1,9 |
3,5 |
Пайка сталей, меди, медных сплавов |
|
Глицерин |
4,7 |
9,1 |
и других металлов. |
||
|
Полиэтиленгликоль |
0,9 |
2 |
Паста легко смывается водой |
|
|
Желатин |
0,2 |
0,5 |
|
|
|
Вода |
Ост. |
|
||
|
Канифоль |
22,4 |
49,1 |
|
|
|
Глицерин |
31,7 |
58,4 |
Пайка меди, серебра и их сплавов. |
|
6 |
Полиэтиленгликоль |
17,1 |
21,2 |
||
Паста не вызывает коррозию паяных |
|||||
|
Анилингидрохлорид |
0,8 |
1,6 |
соединений |
|
|
Мочевина |
0,5 |
0,8 |
||
|
|
||||
|
Припой Sn-Pb |
Ост. |
|
||
|
Вольфрам |
21.5 |
|
||
|
Окись кальция |
7.5 |
Соединение электрических выводов |
||
|
Двуокись кремния |
5.5 |
|||
7 |
с металлизированной керамикой. |
||||
Двуокись титана |
5.5 |
||||
Оптимальная температура пайки |
|||||
|
Окись алюминия |
3.5 |
|||
|
1500°С |
||||
|
Растворитель (44 % карбоната |
|
|
||
|
|
|
|
||
|
этилена и 13 % этилцеллюлозы) |
56.5 |
|
||
8 |
Припой ПРМТ-45 |
75 |
80 |
Пайка титановых сплавов в вакууме и |
|
Водный раствор поли |
|
|
аргоне. Остатки смываются горячей |
||
|
винилового спирта |
20 |
25 |
водой |
|
|
Порошок ПОС-СуЗО-2 |
75 |
80 |
Паста имеет устойчивое коллоидное |
|
|
Хлористый цинк |
7 |
8 |
||
9 |
Хлористый натрий |
0,4 |
0,6 |
состояние до +40 °С. Требует |
|
|
Хлористый аммоний |
0,04 |
0,1 |
удаления остатков флюса |
|
|
Крахмалит |
0,2 |
0,4 |
тщательной промывкой |
|
|
Вода |
10 |
18 |
|
|
|
|
|
Продолжение табл. 13 |
|
№ |
Компоненты |
Содержание |
Назначение |
||
п/п |
(массовые доли), % |
||||
|
|
||||
|
Порошок ПОССу-ЗО-2 |
75 |
80 |
Паста имеет устойчивое коллоидное |
|
10 |
Бензойная кислота |
0,5 |
0,8 |
состояние при температурах |
|
|
Глицерин |
16 |
18 |
-50 +50 °С |
|
|
Порошок ПОССу-ЗО-2 |
75 |
80 |
Пайка стали, меди, никеля и латуни. |
|
|
Вазелин |
18 |
22 |
||
11 |
Бензойная кислота |
1,2 |
1,3 |
Удаление остатков флюса |
|
|
Аммоний хлористый |
1,2... |
1,3 |
не обязательно |
|
|
Эмульгатор ОП-7 |
0,4 |
0,6 |
|
|
|
Спирт |
30 |
|
Флюсующий состав смешивается с |
|
|
Глицерин |
45 |
|
||
12 |
|
порошком припоя в соотношении |
|||
Хлористый аммоний |
18 |
|
|||
|
1 : 6. Удаление остатков флюса |
||||
|
Солянокислый анилин |
5 |
|
||
|
|
не обязательно |
|||
|
Триэтаноламин |
2 |
|
||
|
|
|
Как следует из табл. 13, первые паяльные пасты для низкотемпературной пайки в качест ве адгезивно-флюсующей композиции обычно содержали известный флюс, например на осно ве канифоли, активированной хлоридами ме таллов (см. табл. 13, пасты № 1; 6). Необходи мая реологическая вязкость пасты достигалась введением в состав флюса таких ингредиентов, как крахмал, декстрин, воск, ланолин и т.п. Существенным моментом развития данной технологии оказалась возможность изготовле ния сложных многокомпонентных порошков для паст путем предварительного смешения отдельных порошкообразных составляющих (табл. 13, паста № 8) с образованием припоя в процессе контактно-реакционного плавления этой смеси. Известно и использование компо зитных паяльных паст, состоящих из основного припоя и более высокотемпературного напол нителя (например, ВПр11-40Н), обеспечиваю щего удержание основного припоя от вытека ния из некапиллярных зазоров, и т.п.
Флюсосодержащие композиции на основе канифоли, активированной хлоридами, даже при условии их надлежащего хранения оказы вались недолговечными, быстро теряли флю сующие свойства, вызывая сильное окисление порошковой составляющей. При этом резко сокращался срок производственного хранения даже в контролируемых условиях, а остатки флюса плохо удалялись промывкой в воде и органических растворителях, что способство вало развитию электрохимической коррозии.
Такие пасты использовались только в конст рукционной пайке и совершенно не применя лись в производстве радиоэлектронной аппара туры. Дисперсность паст находилась в преде лах 10 200 мкм; реологические свойства паст не обладали способностью к прецезионному дозированию, легко растекались по паяе мой поверхности и не позволяли осуществлять пайку в потолочном положении. Содержание порошкового припоя в них не превышало 80 %; в итоге эти пасты образовывали большое коли чество остатков, осфбенно в труднодоступных местах, затрудняя их гарантированное удаление.
Прогресс развития электронной индуст рии в начале 1980-х гг. поставил специфиче скую задачу разработки двух типов принципи ально новых композиций флюсов и паяльных паст: с неудаляемыми полимеризующимися остатками флюсующей композиции и с остатка ми, гарантированно удаляющимися в воде по самой элементарной технологии. Принципиаль ное значение при этом приобрела «системность» или взаимозависимость и совместимость целой группы последовательно используемых в техно логии органических материалов.
СИСТЕМНЫЕ ФЛЮСЫ И ПАЯЛЬНЫЕ ПАСТЫ ДЛЯ
НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПАЙКИ
Современная печатная плата, изготовлен ная из специального диэлектрика, имеет сетку медных проводников, закрытых полимерной защитной пленкой, называемой «солдерма-
ской». Маска защищает токонесущие провод ники от воздействия расплавленного припоя и имеет специальные топологические окна, вскрытые над контактными площадками, к которым должны быть припаяны поверхност- но-монтируемые ингредиенты (ПМИ). Платы характеризуются довольно высокой плотностью монтажа: на 1 см2 поверхности может находить ся более 20 открытых контактных площадок с установленными на них ПМИ; при этом рас стояния между соседними токоведущими про
водниками могут составлять 0,15 |
0,2 мм. |
Естественно, изделия с подобной плотностью паяных соединений чрезвычайно трудно под даются примитивному отмыванию остатков флюса, которые во влажной атмосфере резко снижают сопротивление изоляции между про водниками, вызывая короткие замыкания или электрический пробой даже без видимых при знаков электрохимической коррозии. Поэтому главной технической проблемой современной электроники стала проблема создания флюсов и композиций, остатки которых образовывали бы на поверхности гидрофобную электроизо ляционную полимерную пленку с достаточно высоким эстетическим качеством.
Поскольку в процессе нагрева и пайки флюс стекает с выступающих элементов и от тесняется расплавом припоя на периферию соединений, остающаяся полимерная пленка не может выполнять роль общего влагозащитного покрытия, в связи с чем в необходимых случа ях изделия дополнительно покрывают влаго защитным лаком. При неудаляемых остатках флюса лак непосредственно наносится на ос тавляемую пленку флюса. В некоторых типах изделий специального назначения печатные платы, после их установки в обрамляющий корпус, дополнительно заливаются специаль ными органическими компаундами, защи щающими электросхему от внешних механиче ских воздействий. Перед заливкой компаун дом, а иногда и перед лакировкой отдельные крупногабаритные и металлоемкие элементы дополнительно крепятся специальными орга ническими клеями, адгезивами и клеящими скотчами, обеспечивающими устойчивость при знакопеременных и вибрационных нагрузках. В химико-технологическом аспекте готовое изделие представляет собой «слоеный ком плекс», не допускающий не только его механи ческих нарушений, но и возможность его газо- и влагопроницаемости в ряду: диэлектрик - солдермаска - остающаяся пленка остатков
флюса - адгезивы - влагозащитный лак - ком паунд [19]. Само понятие «системность» озна чает взаимозависимость молекулярной струк туры каждого элемента этого «комплекса». При этом в химическом отношении каждый из этих материалов должен являться кинетически устойчивым к различного рода воздействиям внешней среды.
Одним из возможных вариантов решения этой задачи является получение в виде конеч ного продукта полиамидного покрытия на ос нове природных или синтетических смол [20]. Поликонденсаты этих смол могут обеспечить качество паяных соединений только на мате риалах, обладающих хорошей паяемостью. По этому также требуется и создание эффективных флюсов для труднопаяемых материалов с гаран тированно удаляемыми остатками в воде с це лью обеспечения производственной и экологи ческой безопасности финишных операций.
Существует ряд способов «активации» ка нифоли, приводящих к образованию высокомо лекулярного продукта. Не принимая во внима ние гидроксильную группу и полагая, что кани фоль является простой а-аминокислотой, реак ция поликонденсации биполярных ионов соот ветствует, как указано выше, образованию полипептида с повторяющейся группировкой и атактической (указанной стрелкой) конфигура цией протона на азоте:
НО
I \ II
- N - R ^ - N -R o -
Н
Если расплав канифоли термически дис социирован по биполярной схеме, то для ли нейной поликонденсации цепи в простейшем случае в качестве «активатора» можно исполь зовать либо другую аминокислоту, либо гидроксиламин. Полагая, что в реакции биполярного иона с оксидом меди отделяется водород ами ногруппы
Cu20 + 2NH3RoCOO" = гШ ^ С О О С и + Си+,
а образующаяся при этом соль диссоциирует в процессе нагрева по схеме
NH2R0COOCU^ = N H ^C O C r + Cu+,
то, опустив для простоты изложения бимоле кулярный характер реакции в параллельных цепях и полагая, что на восстановление оксида от одной молекулы отделяется один протон,
«бесконечная» схема бимолекулярной поли конденсации примет вид:
Н |
Н |
/ / |
О ;Н |
\ |
\ |
\ |
|
N-R,40H;+ Н— N-Ro-C |
+ ; N-Rj-OH, |
/...\ ..................... ! /
нj н! ;о н
гидроксиламин
или:
О
\ v II
N-R J-N -R Q-C -N -R ,-ОН
НН !—► OOCRQHJN
Анион продукта реакции канифоли с ок сидом присоединяется к «потерявшему» свои протоны атому азота гидроксиламина. Ионы меди осаждаются на паяемом металле, т.е. на меди. Если же процесс развивается по основно му кислотному механизму с уходящим на вос становление оксида протоном карбоксила, то
Н |
|
О |
|
\ - R , 4 O H !+ N-Ro-C |
+IOHfR,-N |
||
/ |
I i / |
Y ! I |
\ |
H |
H |
OH |
H |
ИЛИ
н |
н |
о |
H |
\ |
I |
II |
/ |
N-Rj-N-Ro-C-O-Ri-N
/ U OOCRoHzN4H
в итоге реакции ничего не меняется по сравне нию с предыдущим случаем.
Если вернуться к флюсам из табл. 8 и 12, то можно увидеть, что ни одного флюса, по добного рассмотренному варианту, нет! В лучшем случае есть попытки использовать оксикислоту (см. табл. 12, ФКТС) или двухос новную кислоту (см. табл. 9, флюс № Г4) в рас чете на термоактивированный отрыв ОН-группы от карбоксила. Однако стабильной реакции при этом получить невозможно.
Использование готовой полиэфирной смолы в соответствующем растворителе (табл. 11, флюс № 2) - казалось бы, понятное и пра вильное решение, однако полиэфиры .весьма подвержены пиролизу (обугливанию) остатков; в итоге паяные соединения имеют крайне неэс тетичный вид. Эти флюсы хороши для меж операционной защиты изделий (плат) от окис ления контактных площадок. Новые системные флюсы, представленные в табл. 14, в сущности построены по стереобимолекулярной схеме [21], исключающей газо- и влагопроницаемость внутри самой пленки остатков. В целях повы-
|
|
14. Системные флюсы и паяльные пасты для радиоэлектроники |
||||||
№ |
Марка |
Компоненты |
Содер |
Температурный |
Технологическая характе |
|||
п/п |
флюса |
жание, |
интервал |
ристика и назначение |
||||
|
%(масс.) |
активности, °С |
||||||
|
|
|
|
|||||
|
|
Канифоль модифицированный |
5 |
25 |
|
|
Термически поликон- |
|
|
|
л-изомер циклогексиламина |
3 |
10 |
|
|
денсируемый флюс для |
|
|
|
а-оксиаминокарбоно- |
2 |
10 |
|
|
пайки радиоэлектронной |
|
1 |
ФПС-6 |
вая кислота |
160 |
280 |
аппаратуры с неудаляе- |
|||
Пептидный активатор |
1 |
5 |
мой пленкой остатков. |
|||||
|
|
|
|
|||||
|
|
а-смачиватель |
|
0,5 |
|
|
Используется при пайке |
|
|
|
Изопропилбензол, |
Ост. |
|
|
с общим нагревом |
||
|
|
пропанол-2 |
|
|
изделий |
|||
|
|
Синтетическая смола |
|
|
|
|
Нормально конденси |
|
|
|
|
|
|
|
рующийся при комнат |
||
|
|
«Циклоаминофоль» |
5 |
25 |
|
|
||
|
|
|
|
ной температуре флюс |
||||
|
ФПС-6 |
Пептидный активатор |
3 |
5 |
160 |
280 |
||
2 |
для ручной пайки с |
|||||||
НП(НК) |
а-смачиватель |
0,5 |
||||||
|
|
|
местным нагревом. |
|||||
|
|
Изопропилбензол, |
|
|
|
|
||
|
|
Ост. |
|
|
С неудаляемыми |
|||
|
|
пропанол-2 |
|
|
||||
|
|
|
|
остатками |
||||
|
|
|
|
|
|
|
Продолжение табл. 14
№ Марка п/п флюса
3
ФПС-6 НПБ
4 ФПС-8
5
ФПС-8 ЛО
6 ФПС-10
ПС 7 ПОС-61
«К »
ПС 8 ПОСВ-45
«К»*
Содержание, |
Температурный |
Технологическая характе |
|
Компоненты |
интервал |
% (масс.) |
ристика и назначение |
|
активности, °С |
Синтетическая смола |
|
|
«Бензаминофоль» |
5 |
25 |
Пептидный активатор |
3 |
5 |
а-смачиватель |
|
0,5 |
Изопропилбензол, |
Ост. |
|
пропанол-2 |
||
Органическая кислота из |
|
|
группы оксиамино- |
|
|
замещенных |
5 |
10 |
Тетрафункциональная |
|
|
лиганда гидроксиэти- |
|
|
лендиамина |
10 |
25 |
а-смачиватель |
|
0,5 |
Азеотропная смесь |
Ост. |
|
многоатомных спиртов |
||
Элементоорганический |
|
|
комплексообразователь |
5 |
25 |
Тетрафункциональная |
|
|
лиганда гидроксиэти- |
|
|
лендиамина |
10 |
50 |
а-смачиватель |
|
0,5 |
Азеотропная смесь |
Ост. |
|
многоатомных спиртов |
||
Ароматический |
|
|
фосфаниламид |
15 |
40 |
Галогенангидрид |
|
|
органической кислоты |
5 |
15 |
Глицерин, глицедол |
Ост. |
|
Порошок припоя |
88 |
90 |
Синтетическая смола |
6,5 |
9,5 |
«Циклоаминофоль» |
||
Пептизатор из группы |
2 |
4,5 |
нитрилооксиэтиламина |
||
Стабилизатор дисперсности |
1 |
2 |
ПАВ |
0,06... 0,09 |
|
Полигликоль |
Ост. |
|
Порошок припоя ПОСВ-45А |
88 |
90 |
«Циклоаминофоль» |
6,5 |
9,5 |
Пептизатор группы |
|
|
нитрилооксиэтиламина |
2 |
4,5 |
Стабилизатор дисперсности |
1 |
2 |
ПАВ |
0,06... 0,09 |
|
Гликоль |
Ост. |
Нормально конденси рующийся флюс для
160 280
ручной пайки с повы шенными электроизоля ционными характери стиками
Водосмываемый флюс для пайки радиоэлек
130300 тронной аппаратуры. Для любых методов нагрева
Водосмываемый флюс повышенной активности
130 300
для пайки радиоэлек тронной аппаратуры. Для любых методов нагрева
Водосмываемый флюс для лужения и пайки
130330 труднопаяемых мате риалов и стали на никелевой основе
Паста паяльная с неудаляемыми поликонденси
180 280
рующимися остатками для радиоэлектронной аппаратуры и конструк ционной пайки
Паста паяльная с неудаляемыми остатками на основе сверхпластично го припоя ПОСВ-45А
130280 (Гпл=117°С).Для ступенчатой пайки и пайки теплочувстви тельных элементов аппаратуры
|
|
|
|
|
|
Продолжение табл. 14 |
|
№ |
Марка |
Компоненты |
Содержание, |
Температурный |
Технологическая характе |
||
п/п |
флюса |
% (масс.) |
интервал |
ристика и назначение |
|||
|
активности, °С |
||||||
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Порошок припоя |
86 |
88 |
|
|
|
|
|
Элементоорганический |
|
|
|
|
|
|
ПС |
комплексообразователь |
1,5 ... 3,5 |
|
Паяльная паста с водо |
||
|
Полифункциональная |
|
|
|
смываемыми остатками |
||
9 |
ПОС-61 |
|
|
|
|||
лиганда оксиэтилендиамина |
4 |
10 |
180 280 |
для монтажной и конст |
|||
« л о » |
|||||||
|
Карбокатион |
2 ... 3 |
|
рукционной пайки в |
|||
|
(ЛОК) |
|
|||||
|
Стабилизатор дисперсности |
2 |
3,5 |
|
радиоэлектронике- |
||
|
|
|
|||||
|
|
ПАВ |
0,05 |
0,08 |
|
|
|
|
|
Полигликоль |
Ост. |
|
|
|
|
Порошок припоя |
86 |
88 |
|
|
Элементоорганический |
|
|
|
ПС |
комплексообразователь |
1,5 |
3,5 |
|
Лиганда оксиэтилендиамина |
4 |
10 |
|
10 |
ПОСВ-45 |
|||
|
«ЛО» |
Карбокатион |
2 |
3 |
|
Стабилизатор дисперсности |
2 |
3,5 |
|
|
|
|||
|
|
ПАВ |
0,05 |
0,08 |
|
|
Полигликоль |
Ост. |
|
|
ПС |
Химический состав анало |
|
|
|
ПОС-61 |
гичен № 9 и 10 с комплексо- |
|
|
11 |
«НФ»; ПС |
образователем из группы |
|
- |
|
ПОСВ-45 |
нитрилов. Растворитель - |
|
|
|
«НФ» |
многоатомный спирт |
|
|
|
|
Порошок припоя |
|
|
|
ППЛ- |
ПОС-61 |
|
|
12 |
Ангидрид органической |
|
- |
|
260" |
кислоты |
|
||
|
|
|
Полиамин Глицедол
Паяльная паста с водо смываемыми остатками на основе сверхпластич
130280 ного припоя ПОСВ-45А* для монтажной и конст рукционной пайки в радиоэлектронике
Водосмываемые паяль
130280 ные пасты с улучшенной реологией композиции
Водосмываемая
-паяльная паста для радиоэлектроники
Низкотемпературный сверхпластичный (6 = 300 %) припой ПОСВ-45А, |
ВА 0.033.001 ТУ, Г™ = |
= 117 °С, предназначен для пайки теплочувствительных элементов и ступенчатой |
пайки. Используется как |
заменитель дефицитного индиевого припоя ПОИн-52, в том числе для конструкционной пайки изделий из термостойких пластмасс типа «темплен». Выпускается также в виде композитного материала ПОСВ-45С: свинец 100 300 мкм с двух сторон плакированный припоем ПОСВ-45А, 50 мкм. Используется как термо компенсатор при соединении материалов с резко различными КЛР. Паяльные флюсы и пасты марок ФПС и ПС выпускаются соответственно по ТУ 400 СП «ЭВ» 2178-137-92 и ТУ 400К «Р» 1805-22-91. Разработчик - фирма «ПАН-СОЛДЕРС», Москва.
'* Паста паяльная ППЛ-260 выпускается фирмой «СИЭТ», Ярославль.
шения термостойкости они содержат кинетиче ски устойчивые ароматические соединения.
Поскольку рассмотренная выше схема «активации» канифоли является термически поликонденсационной, флюсы ФПС с индек сом «К» не могут в полной мере использовать
ся для ручной пайки, ремонта и доработки ап паратуры, т.е. в техпроцессах с местным нагре вом и произвольно растекающимся флюсом. В этом случае используются флюсы ФПС с индексами «НП» или «НПБ», конденсирующие ся при комнатной температуре. Время конден-
сации «на отлип» - |
1 |
1,5 мин; время полной |
конденсации - 4 |
ч. |
Основу этих флюсов со |
ставляет специально |
синтезированная смола, |
растворенная в летучих растворителях или в их азеотропных (неразделяющихся) смесях. Все флюсы марок ФПС имеют сопротивление изо ляции остатков при температурах до +80 °С не ниже Ю10 Ом мм (10м Ом см.) (рис. 1). Со противление изоляции остающейся пленки флюсов, измеренное в гигростате при +30 °С и относительной влажности 95 %, составляет 0,6 Ю10 Ом • мм. Следует отметить, что сопро тивление изоляции чистой печатной платы в гигростате составляет 104 Ом • см, а требуемое схемотехническое значение должно быть не ниже 107 Ом см, поэтому печатные платы в условиях повышенной влажности без дополни тельной влагозащиты использоваться не могут.
Синтез водосмываемых композиций су щественно не отличается от схемы синтеза неудаляемых композиций, с той лишь разни цей, что основными ингредиентами являются оксипроизводные углеводородные соединения. Для перевода продуктов реакции в водораство римые аквакомплексы в них используется эле ментоорганический комплексообразователь.
Паяльные пасты «системного» типа по строены по тем же принципам, что и флюсы, поэтому они существенно отличаются от па яльных паст, представленных в табл. 12. Со
временные паяльные пасты - |
это прежде всего |
|||||
Raf,0м мм |
|
|
|
|
|
|
1013 |
|
|
|
|
|
|
1012 |
|
|
|
|
|
|
Ю" |
|
|
|
|
|
|
1010 |
|
|
|
|
|
|
10 9 |
|
|
|
|
|
|
10 е |
|
|
|
|
|
|
0 |
20 |
40 |
60 |
80 |
100 |
Т,°с |
Рис. 1. Температурно-временнйя зависимость сопротивления изоляции остающихся пленок флюсов и композиций паяльной пасты:
1- Ф П С -6,4 ч после пайки; 2 - ФПС-6, через трое суток; 3 - ФПС-6НП , 4 ч после пайки;
4 - ФПС-6НП, через трое суток; 5 - ФПС-6НПБ, 4 ч после пайки; 6 - ФПС-6НПБ, через трое суток; 7 - композиция пасты «К» после пайки;
8 - композиция пасты «К» через трое суток
дисперсные системы со специальной реологи ей. Основное значение в их композиции имеет так называемая «обратимая связнодисперсность» или тиксотропность (сохранение формы отпечатка после нанесения). Пасты условно делятся на мягкие и жесткие. Первые, иногда называемые «кремами», приготавливаются на гелеподобных органических композициях, имеющих низкие адгезионные и внутренние когезионные связи, однако их контролируемая вязкость может достигать 4000 Па • с. Жесткие пасты имеют высокие адгезионные свойства
при |
относительно невысокой вязкости - |
1000 |
1500 Па-с, тем не менее на места пай |
ки наносятся труднее. Этот тип паст предна значен главным образом для одновременной установки ЭРИ в отверстия платы и ПМИ на контактные площадки с осуществлением про цесса оплавления (пайки), в котором ПМИ находятся в потолочном положении, а элемен
ты, |
установленные в отверстия, - в нормаль |
|||||
ном верхнем положении. |
|
|
|
|
||
|
Пасты |
выпускаются |
с |
различной дис |
||
персностью |
частиц припоя: |
25 |
40 |
мкм и |
||
40 |
75 мкм. Частицы |
могут |
иметь |
любую |
форму - сферическую и несферическую, что принципиального значения не имеет. Нанесе ние паст осуществляется методами сеткогра фической (для конструкционной пайки) и тра фаретной печати, а также с помощью пневмо дозаторов. В последнем случае сферическая форма частиц является предпочтительной, если диаметр выходного наконечника менее 0,8 мм.
Паяльные пасты с неудаляемыми остат ками при повторном нагреве позволяют осуще ствлять подпайку случайно не оплавленных соединений без дополнительного нанесения флюса. Водосмываемые композиции повторной пайке без использования специального совмес тимого с остатками пасты флюса (ФПС-8) не подлежат. Неудаляемые композиции паст при ремонте, доработке и дополнительной установке настроечных элементов также требуют приме нения совместимого флюса (ФПС-6НП). В про тивном случае произвольно используемый, тоже неудаляемый, флюс может необратимым образом повлиять на характеристики остатков пасты и их химическую устойчивость.
Различные пасты требуют и различных режимов оплавления. В особенности это каса ется водосмываемых паст. Типовой режим оплавления (рис. 2): предварительный подог
рев при 90 |
130 °С, участок быстрого набора |
|
температуры со скоростями 2 |
4 °С/с до мак- |
|
|
|
|
СПОСОБЫ ПРИГОТОВЛЕНИЯ И |
|
||||||
|
|
|
|
НАНЕСЕНИЯ ФЛЮСОВ ДЛЯ |
|
|
|||||
|
|
|
|
НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПАЙКИ |
|
||||||
|
|
|
|
Приготовление флюсов для |
низкотемпе |
||||||
|
|
|
|
ратурной пайки, указанных в табл. 7-12, обыч |
|||||||
|
|
|
|
но не связано с их химическим составом, а |
|||||||
О |
100 |
200 300 400 500 600 |
700 800 |
связано с растворимостью ингредиентов в раз |
|||||||
|
|
Время, с |
|
личных растворителях (табл. |
15). Типовая |
ме |
|||||
|
|
|
|
||||||||
Рис. 2. Типовой термопрофиль оплавления |
тодология заключается в приготовлении общих |
||||||||||
паяльных паст в конвекционной печи «Heller» |
или раздельных растворов с последующим |
||||||||||
|
|
|
|
смешением, фильтрованием и т.д. |
|
|
|
||||
симальной температуры оплавления; темпера |
Системные |
флюсы |
приготавливают |
по |
|||||||
иной методике: вначале из основных ингреди |
|||||||||||
турный участок собственно оплавления при |
|||||||||||
ентов приготавливают |
конечный |
продукт, |
|||||||||
210 |
240 °С и охлаждение. Нарушения режи |
||||||||||
обычно при температурах |
120 |
150 °С; толь |
|||||||||
мов на участке предварительного подогрева и |
|||||||||||
ко потом полученное вещество или синтезиро |
|||||||||||
превышение температуры оплавления для во |
|||||||||||
ванную смолу растворяют в соответствующем |
|||||||||||
досмываемых паст, как правило, приводят к |
|||||||||||
потере их водосмываемости без применения |
растворителе, обычно также при определенной |
||||||||||
специальных |
детергентов (моющих |
средств), |
температуре, а в некоторых случаях - |
в посто |
|||||||
что, по сути дела, ведет к потере смысла водо |
янном электрическом поле. Седиментирую- |
||||||||||
смываемой технологии в аспекте ее производ |
щиеся (оседающие) композиции через уста |
||||||||||
ственной и экологической безопасности. Более |
новленный срок |
хранения |
реструктурируют |
||||||||
подробное изложение этих вопросов - в рабо |
при сопутствующем нагреве и в электричес |
||||||||||
тах [22, 23]. |
|
|
ком поле. |
|
|
|
|
|
|
15. Способы приготовления флюсов
Компоненты флюса
Канифоль, этиловый спирт
Канифоль, хлористый цинк, хлористый аммоний, этило вый спирт
Канифоль, гидразин соля нокислый, глицерин, этило вый спирт
Стеарин, канифоль, хлори стый цинк, нашатырь, вазе лин, вода
Флюсы типа ЗИЛ-1, ЗИЛ-2
Способ приготовления
Измельченную канифоль растворяют в этиловом спирте
Все компоненты растворяют в спирте.
После отстаивания в течение 24 ч жидкость осторожно сливают
В спирте последовательно растворяют канифоль, гидразин и глицерин
Приготовляют водный раствор хлористого цинка с нашатырем, к которому добавляют смесь стеарина с измельченной канифолью. В этот раствор добавляют вазелин и перемешивают
Отдельно приготовляют растворы хлоридов цинка, калия, аммо ния и раствор двухлористого олова в соляной кислоте. В по следний вливают горячую воду. В раствор хлористого цинка последовательно добавляют растворы хлоридов
Триэтаноламин, фторбораты тяжелых металлов и аммония
Триэтаноламин разливают в фарфоровую посуду по числу ком понентов. В каждую порцию триэтаноламина добавляют соот ветствующий компонент, затем все порции сливают вместе, пе ремешивают и готовый флюс хранят в стеклянной посуде
Органические флюсы в связи с их пожа роопасностью хранят в полиэтиленовой таре. Флюсы, содержащие хлористый цинк или на шатырь, следует хранить в металлической таре. Если к этим реагентам добавлены хлориды тяжелых металлов, то их хранят в стеклянной или керамической посуде. Хлоридные флюсы используют в виде растворов или паст. На паяемую поверхность их наносят кистью или погружением детали в раствор флюса. Кани фольные и другие органические флюсы также применяют в виде растворов или паст. На паяемые материалы их наносят кистью, погру жением, шприц-дозаторами, валиком, вспени вающими устройствами и распылением.
ГАЗОВЫЕ СРЕДЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПРИ ПАЙКЕ
Недостатки флюсовой пайки привели к созданию более эффективных способов удале ния окисной пленки с металла в процессе пайки. С этой целью применяется пайка в газовых сре дах, которая имеет следующие преимущества:
-получение более качественного соеди
нения;
-повышение производительности про
цесса;
-уменьшение коробления вследствие равномерного нагрева изделия;
-доступность контроля температуры пайки и времени выдержки в печи;
-возможность автоматизации и механи
зации технологического процесса; - отсутствие необходимости в очистке
деталей после пайки от остатков флюса.
Для пайки применяют восстановитель ные, инертные, активированные газовые среды, а также вакуум.
Восстановительные газовые среды
Наиболее высокие восстановительные свойства имеет водород. Однако вследствие взрывоопасности его применение ограничено. Чистый водород применяют при пайке высоко легированных сталей в печах небольшого объ ема. Целесообразнее применять водород в сме си с азотом. При содержании водорода менее 10 % его смесь с азотом невзрывоопасна. Перед употреблением азотоводородную смесь очи щают от примесей кислорода и паров воды.
Большое распространение в качестве вос становительной газовой среды при пайке полу чил диссоциированный аммиак, который при
нагреве до 600 °С в присутствии катализатора (окислы железа) разлагается на водород и азот в соотношении 75 и 25 % по объему соответст венно. Благодаря высокому содержанию водо рода полученная смесь газов восстанавливает окислы металлов при пайке не только низколе гированных сталей, но и сталей и сплавов, со держащих легкоокисляющиеся элементы, та кие, как хром, марганец, кремний [1]. При этом азотоводородная смесь не должна содержать паров воды и недиссоциированного аммиака, наличие которых приводит к обезуглерожива нию поверхности сталей.
Недостатком диссоциированного аммиа ка является его взрывоопасность. Для получе ния газовой смеси с меньшим содержанием водорода производят частичное сжигание дис социированного аммиака или добавляют в смесь азот.
Кроме рассмотренных восстановитель ных газов при пайке применяют газовые смеси более сложного состава, полученные путем полного или частичного сжигания углеводо родных газов, образующих так называемые эндотермические и экзотермические атмосфе ры [24]. В ряде случаев для пайки могут быть использованы генераторные газы, получаемые из твердых горючих материалов. Основные сведения о восстановительных газах, исполь зуемых при пайке, приведены в табл. 16 [24].
Взаимодействие водорода и окиси угле рода с окислами металлов происходит по реак циям:
— МемО„ + Н 2 = — Me + Н 20 ,
пп
-Мет О„ + СО = — Me + С 0 2
пп
Термодинамический анализ этих реакций
[16]показывает:
-с повышением температуры восстано вительные свойства водорода повышаются, а окиси углерода снижаются. До температуры
810 °С более активным восстановителем явля ется окись углерода, выше этой температуры - водород;
- при температуре пайки эти газы восста навливают окислы Ag, Cd, Со, Си, Ge, Fe, Mo, Ni, Sb, Sn и Pb. В сплавах стойкость окисной пленки зависит от ее химического состава. Практика показала, что в восстановительной атмосфере можно успешно паять лишь низко углеродистые и иногда легированные стали;
16. Состав и назначение восстановительных газов
Газовая среда (условное обозначение)
Водород
Диссоциированный
аммиак
Продукт неполного сжигания аммиака
Генераторный древесноугольный газ (ГГ-С)
Генераторный древесноугольный газ (ГГ-ВО)
Продукт частичного сжигания углеводо родных газов - экзогаз (ПСО-06)
Продукт частичного сжигания углеводо родных газов - экзогаз (ПСО-09)
Продукт частичного сжигания углеводо родных газов - экзогаз (ПСС-Э)
Эндогаз с частичным сжиганием (КГ-В0)
|
Химический состав, % |
|
Осушка до |
Назначение |
||||
|
|
|
|
|
||||
СО |
С02 |
н2 |
СН4 |
N 2 |
точки росы, °С |
|||
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
Пайка легирован |
|
- |
- |
100 |
- |
- |
-60 |
-80 |
ных сталей и |
|
жаропрочных |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
сплавов |
|
- |
- |
75 |
- |
25 |
|
-60 |
|
|
- |
- |
7 ... 20 |
- |
Ост. |
-20 |
-40 Пайка низкоугле |
||
|
|
|
|
|
|
|
родистых сталей |
|
30 |
2 |
6 |
1 |
- |
|
-10 |
|
|
33 0,2 |
0,7 |
6 |
1 |
- |
|
-25 |
|
|
10 |
0.1 |
16 |
1,5 |
- |
|
-^0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пайка углероди |
|
2 |
0,1 |
2 |
- |
- |
|
-40 |
стых и низколеги |
|
|
рованных сталей |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
||
20 |
0,2 |
5 |
2 |
- |
|
-25 |
|
|
21 |
0,5 |
40 |
2 |
- |
|
-40 |
|
- на восстановительные свойства газов сильное влияние оказывают влага, примеси кислорода и двуокиси углерода. Тщательная очистка водорода и окиси углерода от влаги, углекислого газа и кислорода значительно по вышает активность газов.
Пайку в указанных средах производят преимущественно медью при температуре
1120 1150 °С. Для пайки при более низкой температуре медно-цинковыми и другими припоями необходимо дополнительное флюсо вание, что осуществляется обычно смачивани ем места пайки раствором флюса с последую щей сушкой. При этом возможна пайка при температуре 900 950 °С даже легированных сталей.