Флюс для пайки изделий электронной техники

 

Использование: сборка изделий микроэлектроники. Сущность изобретения: флюс содержит компоненты в следующем соотношении, мас. канифоль 31,8 34,4; терпинеол 51,5 53,0; этилцеллюлоза 6,0 6,4; катамин 7,7 8,5; трибутилфосфат 0,3 0,4. 6 табл.

Изобретение относится к производству микроэлектронной аппаратуры, в котором применяются операции пайки с использованием флюсов, применяемых в частности при механизированной групповой пайке инфракрасным нагревом изделий электронной техники на ситалловые, поликоровые и керамические подложки. Известен флюс для пайки легкоплавкими припоями, содержащий, мас. Канифоль 20-50 Тетрабромид диптена 0,05-0,1 Яблочная или молочная кислота 5-6 Поверхностно-актив- ное вещество 0,2-6,0 Органический растворитель Остальное Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является флюс для низкотемпературной пайки, содержащий компоненты в следующем соотношении, мас. Канифоль 36,34-48,64 Скипидар 19,16-24,18 Этилцеллозольв 5,0-6,1 Алифатический спирт из числа диолов или триолов 2,55-3,18 Окись кальция 0,06-0,08 Солянокислый моноэтаноламин, модифицированный ацетатом аммония Остальное В этом флюсе у растворителя скипидара и поверхностно-активных веществ температура кипения ниже температуры, при которой осуществляют операцию пайки (170^оС). Вследствие этого у данного флюса, также как и у вышеописанного, в процессе пайки существенно ухудшаются релаксационные свойства, а именно, теряются свойства пластичности и упругости, приводящие к смещению припаиваемых компонентов. Это приводит к высокому проценту брака при пайке изделий. Другим недостатком данного флюса является также его высокая коррозионная активность, обусловленная наличием в его составе в качестве поверхностно-активного вещества солянокислого моноэтаноламина, модифицированного ацетатом аммония. Целью изобретения является понижение процента брака путем повышения реологических свойств и снижения коррозионной активности флюса при механизированной групповой пайке инфракрасным нагревом. Это достигается тем, что предлагаемый флюс, содержащий канифоль, этилцеллюлозу, растворитель и поверхностно-активные вещества, содержит в качестве растворителя теpпинеол, а в качестве поверхностно-активных веществ катамин и трибутилфосфат при следующем соотношении компонентов, мас. Канифоль 31,8-34,4 Терпинеол 51,5-53,0 Этилцеллюлоза 6,0-6,4 Катамин 7,7-8,5 Тpибутилфосфат 0,3-0,4 Это достигается за счет обеспечения стабильности релаксационных свойств флюса при высоких температурах за счет использования в составе флюса терпинеола, катамина и трибутилфосфата. Введение в состав флюса в качестве растворителя терпинеол с температурой кипения 219^оС, а в качестве поверхностно-активных веществ катамин (t_кип 200^оС) и трибутилфосфат (t_кип 289^оС), не испаряющихся в зоне оплавления, повышают реологические свойства флюса, предотвращая тем самым смещение компонентов с контактных площадок в процессе пайки. Использование в качестве поверхностно-активных веществ катамина и трибутилфосфата в соответствующем соотношении с другими компонентами позволяет использовать данный флюс в герметических объемах ГИС, т.к. он обладает низкой коррозионной активностью и обеспечивает надежность ГИС в течение 15 лет. Технология приготовления предлагаемого флюса заключается в следующем. В терпинеол добавляют этилцеллюлозу и тщательно перемешивают. Выдерживают полученную массу в течение 10 ч при температуре 25±5^оС, смесь нагревают до температуры 100^о и выдерживают при этой температуре до полного растворения компонентов. После чего добавляют канифоль, нагревают до температуры 100^оС и выдерживают при этой температуре до полного растворения компонентов. В полученный раствор добавляют катамин, трибутилфосфат. Готовый флюс представляет собой вязкую жидкость от янтарного до светло-коричневого цвета с зеленоватым оттенком. Использование предлагаемого в изобретение флюса осуществляется следующим образом. Подложку с облуженными контактными площадками, являющимися установочными местами для компонентов, подают на порцию флюсования, где дозированно на указанные площадки наносят флюс. После чего устанавливают компоненты, помещают на конвейерную 3-х зонную печь, где I зона предварительный подогрев до 80-100^оС, II зона подогрев до точки эвтектического расплава припоя, III зона оплавление припоя под инфракрасной лампой. Конкретные примеры выполнения изобретения, относящиеся как к предельным (граничным) значениям каждого из ингредиентов, так и к их средним значениям, приведены в таблицах 1-6. Кроме того, в этих таблицах приведены примеры составов флюса, содеpжащих компоненты, выходящие за граничные (предельные) значения, предлагаемые в изобретении. Все составы флюса прошли типовые испытания (акт испытаний прилагается). В табл.1 приведены примеры составов флюса, в которых содержатся количества канифоли, соответствующие граничным, средним и выходящим из границ (меньше минимального и больше максимального) значения. Эксперименты показали следующее. Приведенный в примере 1 (табл.1, графа 2) состав флюса обладает следующими свойствами: жидкой консистенцией, отсутствием пластичности и упругости. Вследствие этих свойств затрудняется нанесение этого флюса, снижается его активность при пайке. Требуется увеличение времени, необходимого для пайки компонентов. В результате этого повышается количество бракованных микросборок. Приведенный в примере 6 (табл.1, графа 6) состав флюса обладает следующими свойствами: повышенной вязкостью, низкой пластичностью. Вследствие этих свойств данного состава флюса ухудшается его нанесение и отмывка остатков флюса после пайки. В результате этого повышается количество бракованных микросборок. Таким образом, приведенные в примерах 1 и 6 (табл.1, графы 2 и 6) составы флюса, содержащие канифоль в количестве, меньше минимального и больше максимального значений, указанных в формуле изобретения, не обеспечивают стабильность релаксационных свойств флюса, что не позволяет достичь поставленной в данном изобретении цели. Приведенные в примерах 3, 4, 5 (табл.1) составы флюса обладают следующими свойствами: оптимальной вязкостью; активностью, соответствующей температурному диапазону пайки по ОЖО 460,107 ТУ; оптимальным соотношением пластичности и упругости. Вследствие этих свойств данные составы флюса обеспечивают качественную пайку в соответствии с технологическими требованиями, предъявляемыми при изготовлении микросборок. Обеспечивается качественная обмывка 100% проверяемых микросборок. Таким образом, приведенные в примерах 3, 4, 5 (табл.1, графы 3, 4, 5) составы флюса, содержащие канифоль в количествах, соответствующих граничным и средним значениям, указанным в формуле изобретения, обеспечивают стабильность релаксационных свойств флюса, что позволяет достичь поставленной в данном изобретении цели. В табл. 2 приведены примеры составов флюса, в которых содержатся количества терпинеола, соответствующие граничным, средним и выходящим границы значениям, предлагаемым в изобретении. Приведенный в примере 1 (табл.2, графа 2) состав флюса обладает высокой вязкостью, что затрудняет его нанесение, а также отмывку остатков флюса, что, даже при неизменной концентрации других компонентов, приводит к изменению времени пайки, недопустимое по ГОСТ 20.39405-84. Приведенный в примере 6 (табл.2, графа 6) состав флюса имеет сниженную клейкость (вязкость), низкую активность при пайке. Вследствие этих свойств флюса увеличивается время пайки, в результате чего разрушаются припаиваемые компоненты. Таким образом, приведенные в примерах 1 и 6 (табл.2, графы 2 и 6) составы флюса, содержащие терпинеол в количестве, меньшем минимального и большем максимального значений, указанных в формуле изобретений, не обеспечивает стабильность релаксационных свойств флюса, что не позволяет достичь поставленной в данном изобретении цели. Приведенные в примере 3, 4, 5 (табл.2, графы 3, 4, 5) составы флюса (граничные и среднее количества терпинеола имеют следующие свойства: необходимую вязкость для удержания компонентов на контактных площадках; активность, достаточную для низкотемпературной пайки. Вследствие этих свойств данные составы флюса обеспечивают качественную пайку. Таким образом, приведенные в примерах 3, 4, 5 (табл.2, графы 3, 4, 5) составы флюса, содержащие терпинеол в количествах, соответствующих граничным и средним значениям, указанным в формуле изобретения, обеспечивают стабильность релаксационных свойств флюса, что позволяет достичь поставленной в данном изобретении цели. В табл.3 приведены примеры состава флюса, в которых содержатся количества этилцеллюлозы, соответствующие граничным, средним и выходящим за границы значениям, предлагаемым в изобретении. Приведенный в примере 1 (табл.3, графа 2) состав флюса обладает жидкой консистенцией, отсутствием пластичности и упругости. Вследствие этих свойств затрудняется нанесение этого флюса, снижается его активность при пайке. Поэтому необходимо увеличить время пайки компонентов, что приводит к нарушению технологических режимов и появлению бракованных микросборок. Приведенный в примере 6 (табл.3, графа 6) состав флюса обладает повышенной вязкостью, что затрудняет его нанесение и обмывку остатков флюса. Результатом этого является высокий процент бракованных микросборок. Таким образом, приведенные в примерах 1 и 6 (табл.3, графа 2 и 6) составы флюса, содержащие этилцеллюлозу в количестве, меньшем минимального и большем максимального значений, указанных в формуле изобретения, не обеспечивают стабильность релаксационных свойств флюса, что не позволяет достичь поставленной в данном изобретении цели. Приведенные в примерах 3, 4, 5 (табл.3, графы 3, 4, 5) составы флюса обладают следующими свойствами: оптимальной вязкостью; оптимальной активностью, соответствующей температурному режиму пайки; оптимальным соотношением пластичности и упругости. Вследствие этих свойств данные составы флюса обеспечивают качественную пайку в соответствии с технологическими требованиями, предъявляемыми при изготовлении микросборок. Таким образом, приведенные в примерах 3, 4, 5 (табл.3, графы 3, 4, 5) составы флюса, содержащие этилцеллюлозу в количествах, соответствующих граничным и средним значениям, указанным в формуле изобретения, обеспечивают стабильность релаксационных свойств флюса, что позволяет достичь поставленной в данном изобретении цели. Приведенные в примерах 3, 4, 5 (табл.3, графы 3, 4, 5) составы флюса обладают следующими свойствами: оптимальной вязкостью; оптимальной активностью, соответствующей температурному режиму пайки; оптимальным соотношением пластичности и упругости. Вследствие этих свойств данные составы флюса обеспечивают качественную пайку в соответствии с технологическими требованиями, предъявляемыми при изготовлении микросборок. Таким образом, приведенные в примерах 3, 4, 5 (табл.3, графы 3, 4, 5) составы флюса, содержащие этилцеллюлозу в количествах, соответствующих граничным и средним значениям, указанным в формуле изобретения, обеспечивают стабильность релаксационных свойств флюса, что позволяет достичь поставленной в данном изобретении цели. В табл.4 приведены примеры составов флюса, в которых содержатся количества катамина, соответствующие граничным, средним и выходящим из границ значениям, предлагаемым в изобретении. Приведенный в примере 1 (табл.4, графа 2) состав флюса характеризуется повышением температурного интервала активности. Это требует повышения температуры пайки, что влечет за собой нарушение технологических требований, предъявляемых к изготовлению микросборок (нарушение режимов пайки с припоями ПОСК 50-18. ПсрИн3). В результате повышается количество бракованных микросборок. Приведенный в примере 6 (табл.4, графа 6) состав флюса характеризуется снижением температурного интервала активности. Это требует снижения температуры пайки, что влечет за собой нарушение технологических требований, предъявляемых к изготовлению микросборок. В результате этого компоненты не будут припаяны, что значительно увеличивает количество бракованных микросборок. Таким образом, приведенные в примерах 1 и 6 (табл.4, графы 2 и 6) составы флюса, содержащие катамин в количестве, меньшем минимального и большем максимального значений, указанных в формуле изобретения, не обеспечивают стабильность релаксационных свойств флюса. Приведенные в примерах 3, 4, 5 (табл.4, графы 3, 4, 5) составы флюса обладают активностью, достаточной для низкотемпературной пайки, оптимальной вязкостью для удержания компонентов на контактных площадках, оптимальным соотношением пластичности и упругости. Вследствие этих свойств данные составы флюса обеспечивают качественную пайку. Таким образом, приведенные в примерах 3, 4, 5 (табл.4, графы 3, 4, 5) составы флюса, содержащие катамин в количествах, соответствующих граничным и средним значениям, указанным в формуле изобретения, обеспечивают стабильность релаксационных свойств флюса, что позволяет достичь поставленной в данном изобретении цели. В табл.5 приведены примеры составов флюса, в которых содержатся количества трибутилфосфата, соответствующие граничным, средним и выходящим из границ значениям, предлагаемым в изобретении. Приведенный в примере 1 (табл.5, графа 2) состав флюса характеризуется высокой коррозионной активностью. Так, испытания показали, что при использовании флюса данного состава наблюдались следы коррозии на выводящих припаянных компонентов КТ 31130.КТ 3129, Ф 174 ПСI. Приведенный в примере 6 (табл.5, графа 6) состав флюса является катализатором коррозионных процессов в оловянно-свинцовых припоях (ПОСК-18, ПОС-61) и серебросодержащих припоях (ПСрИн3). Таким образом, приведенные в примерах 1 и 6 (табл.5, графы 2 и 6) составы флюса, содержащие трибутилфосфат в количестве, меньшем минимального и большем максимального значений, указанных в формуле изобретения, не обеспечивают антикоррозионных свойств флюса, что не позволяет достичь поставленной в данном изобретении цели. Приведенные в примерах 3, 4, 5 (табл.5, графы 3, 4, 5) составы флюса обладают следующими свойствами: оптимальным соотношением клейкости, упругости и пластичности, низкой коррозионной активностью. Вследствие этих свойств данные составы флюса обеспечивают качественную пайку в соответствии с технологическими требованиями, предъявляемыми при изготовлении микросборок; антикоррозионные свойства флюса обеспечивают высокую надежность микросборок (в течение 15 лет). Таким образом, приведенные в примерах 3, 4, 5 (табл.5, графы 3, 4, 5) составы флюса, содержащие трибутилфосфат в количествах, соответствующих граничным и средним значениям, указанным в формуле изобретения, обеспечивают стабильность релаксационных и антикоррозионных свойств флюса, что позволяет достичь поставленной в данном изобретении цели В табл.6 приведены примеры составов флюса, в которых значения всех ингредиентов выходят из границ предлагаемого соотношения компонентов (табл.6, графы 2 и 3), и пример оптимального варианта состава флюса, ингредиенты которого находятся в пределах предлагаемого соотношения (табл.6, графа 4). Приведенный в примере 1 (табл.6, графа 2) состав флюса обладает следующими свойствами: повышенной вязкостью, низкой пластичностью и упругостью. Вследствие этих свойств данного состава флюса затрудняется его нанесение, а также ухудшается отмывка остатков флюса после пайки. В результате этого повышается количество бракованных микросборок. Таким образом, приведенный в примере 1 (табл.6) состав флюса не обеспечивает стабильность релаксационных свойств флюса, что не позволяет достичь поставленной в данном изобретении цели. Приведенный в примере 11 (табл.6, графа 3) состав флюса обладает следующими свойствами: жидкой консистенцией, отсутствием пластичности и упругости, сниженной активностью при пайке. Для пайки флюсом такого состава требуется увеличивать время, необходимое для припайки компонентов. Увеличение времени пайки ведет к расплавлению припоя обкладок припаиваемых компонентов, например, обкладок конденсаторов К-10, К 53-22. Это повышает процент бракованных микросборок. Таким образом, данный состав флюса не обеспечивает стабильность релаксационных свойств флюса, что не позволяет достичь поставленной в данном изобретении цели. Приведенный в примере 11 (табл.6, графа 4) состав флюса обладает следующими свойствами: оптимальной вязкостью (клейкостью) для удержания компонентов на контактных площадках плат; активностью, удовлетворяющей температурному диапазону пайки, соответствующим требованиям ОЖО.460.107 ТУ, оптимальным соотношением пластичности и упругости. Таким образом, состав флюса содержащий компоненты в количестве, входящем в граничные пределы, указанные в формуле изобретения, обеспечивает стабильность релаксационных свойств флюса, что позволяет достичь поставленной в изобретении цели. Проведенные технологические испытания групповой пайки изделий данным составом флюса показали следующее. Предлагаемый состав флюса, благодаря введенным компонентам терпинеолу, катамину, трибутилфосфату, в совокупности с другими компонентами состава и в условиях температур пайки 180-200^оС при механизированной групповой пайки ИК нагревом проявляет новое техническое качество стабильность релаксационных свойств. Это новое свойство позволило обеспечить достижение поставленной цели понизить процент брака при механизированной пайке групповым инфракрасным нагревом. Дополнительным положительным эффектом предлагаемого состава флюса является его низкая коррозионная активность, обеспечиваемая введением в качестве поверхностно-активных компонентов катамина и трибутилфосфата.

Формула изобретения

ФЛЮС ДЛЯ ПАЙКИ ИЗДЕЛИЙ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ, содержащий канифоль, этилцеллюлозу, растворитель и поверхностно-активные вещества, отличающийся тем, что, с целью повышения качества паяного соединения при пайке инфракрасным нагревом за счет повышения реологических свойств и снижения коррозионной активности флюса, он содержит в качестве растворителя терпинеол, а в качестве поверхностно-активных веществ катамин и трибутилфосфат при следующем соотношении компонентов, мас. Канифоль 31,8-34,4 Терпинеол 51,5-53,0 Этилцеллюлоза 6,0-6,4 Катамин 7,7-8,5 Трибутилфосфат 0,3-0,4

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3