CH621277A5 - - Google Patents
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Description
La présente invention se rapporte à la soudure tendre et elle concerne, plus particulièrement, une nouvelle composition utilisable dans la soudure tendre, plus spécialement mais non exclusivement pour l'industrie électrique et électronique.
La soudure tendre, c'est-à-dire avec un alliage à base d'étain et de plomb, à une température inférieure à 400° C environ est très couramment utilisée dans l'industrie électronique, par exemple pour l'assemblage de circuits imprimés, de composants électroniques et de conducteurs. Pour établir un joint soudé satisfaisant, il est indispensable d'utiliser un fondant en combinaison avec la soudure pour faire disparaître les pellicules résiduelles éventuelles d'oxydes de la surface et obtenir ainsi une surface propre et aussi en vue de réduire la tension superficielle de la soudure fondue et promouvoir, par voie de conséquence, un bon mouillage de la surface par la soudure. Les fondants qu'on utilise pour la soudure tendre peuvent être classés en produits corrosifs, intermédiaires et ' non corrosifs. Dans l'industrie électronique il est normalement essentiel d'utiliser un fondant non corrosif c'est-à-dire un fondant qui, après son utilisation dans une opération de soudure, donne un résidu pratiquement inerte et ne pouvant donc pas provoquer de corrosion du joint soudé, surtout dans des conditions humides. Les fondants non corrosifs sont normalement à base de colophanes naturelles, comprenant de la colophane de bois ou de la colophane de gomme. La colophane comprend principalement un mélange d'acides colophaniques ou rosiniques dont le composant essentiel est l'acide abiétique. Le fondant colophanique peut contenir une petite proportion d'un additif, qu'on appelle en général activant et qui améliore l'action de fondant de la colophane. Les fondants colophaniques de ce type peuvent être incorporés sous forme d'un ou plusieurs noyaux dans les fils de soudure ou bien on peut les utiliser sous forme de solutions ou de pâtes.
Un inconvénient auquel on se heurte lorsqu'on utilise les fondants colophaniques pour la soudure tendre, surtout dans l'industrie électronique comportant la soudure de nombreux joints en succession rapide est le dégagement éventuel de fumées ou gaz désagréables lors de l'application de la chaleur au fondant colophanique.
La titulaire a trouvé qu'on peut utiliser, comme fondant pour la soudure tendre, une composition renfermant un ester d'un polyalcool, surtout un tel ester d'une masse moléculaire élevée et que les compositions à base de tels esters provoquent un dégagement de fumées moins violent que les fondants classiques à base de colophanes quand on les utilise dans des conditions similaires. Les compositions indiquées à base d'esters peuvent présenter également d'autres avantages techniques par rapport aux fondants classiques à base de colophanes, comme par exemple la formation de résidus transparents ce qui facilite l'inspection des joints soudés, la formation de résidus flexibles ce qui améliore la résistance aux vibrations des joints soudés et aussi une résistance améliorée aux températures élevées. Les compositions en question peuvent également être moins acides que les colophanes et présenter ainsi des risques amoindris d'une corrosion des joints soudés.
Ainsi la présente invention a pour objet une composition utilisable comme fondant dans la soudure tendre et comprenant, comme ingrédient essentiel (1), au moins un ester neutre qui dérive d'un polyalcool et d'un acide organique monocarboxylique, ledit ester ayant une masse moléculaire d'au moins 300.
La composition comprend également un second ingrédient essentiel (2) qui est au moins un composant choisi parmi :
(a) les acides organiques sensiblement solubles dans l'ester précité de polyalcool quand celui-ci est à l'état fondu,
(b) des agents d'activation du fondant, et
(c) des agents de durcissement du résidu du fondant.
L'ester de polyalcool doit être présent dans la composition en une proportion supérieure à 25% par rapport au poids total des ingrédients (1) et (2).
L'ester qui a avantageusement une masse moléculaire de 300 à 3000 et qui est solide à la température ambiante, peut être un ester formé par réaction d'un polyalcool, tel que le diéthylènegly-col, le néopentylglycol, le glycérol, le triéthylèneglycol, le dipropy-lèn'eglycol, le triméthyloléthane, le triméthylolpropane, le pentaérythritol, le dipentaérythritol, le sorbitol, le mannitol, l'inositol ou le saccharose, avec un acide organique monocarboxylique. Les acides appropriés peuvent être choisis parmi les acides gras saturés, tels que l'acide acétique ou stéarique, les acides gras insaturés tels que l'acide oléique et les acides aromatiques ou cycliques carboxyliques, tels que l'acide benzoïque, l'acide abiétique ou les acides abiétiques modifiés. Les esters qui se sont révélés spécialement efficaces sont ceux provenant des polyalcools contenant de 2 à 8 et, de préférence, de 3 à 6 groupes hydroxyliques, comme par exemple le tétraacétate, le tétrastéarate, le tétraoléate ou le tétrabenzoate de pentaérythritol, l'hexaacétate de mannitol, le diben-zoate de triéthylèneglycol, le tribenzoate de glycéryle, le diben-zoate de néopentylglycol, le tribenzoate de triméthyloléthane ou l'octaacétate de saccharose.
Le ou les acides organiques qu'on peut incorporer dans la composition de fondant à titre d'agent auxiliaire de fusion en vue
2
5
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20
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3
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de conférer une acidité suffisante pour permettre à l'ester de se comporter comme un fondant, peuvent être des acides alipha-tiques ou des acides aromatiques mono- ou polycarboxyliques, par exemple les acides stéarique, adipique, sébacique, linoléique, benzoïque et salicylique. La proportion de l'acide organique dans la composition doit être au moins suffisante pour permettre à l'ester de se comporter comme un fondant et, en général, cette proportion doit être calculée de manière à conférer à l'ester une aptitude à la fusion équivalente à celle de la colophane. La proportion d'acide organique ne dépasse pas normalement 20% du poids total de la composition.
La composition de fondant peut contenir également un agent d'activation du fondant (b) afin d'améliorer l'activité de fondant de l'ester c'est-à-dire la vitesse d'obtention d'une masse fondue. Les agents activants peuvent être choisis parmi les acides organiques tels que ceux énumérés plus haut, les acides sulfoniques comme l'acide dinonylnaphtalènesulfonique, les aminés alipha-tiques et aromatiques et leurs halohydrates, par exemple la glycine, l'octadécylamine, l'acide nicotinique, le chlorhydrate de cyclohexylamine, le chlorhydrate de 2-chloréthylmorpholine, le chlorhydrate de diéthylamine, le bromhydrate de triéthylamine et le chlorhydrate d'aniline. La proportion de l'agent activant dans la composition de fondant ne doit pas dépasser normalement 20% du poids total de la composition.
Etant donné que les esters de polyalcools sont en général mous ou d'une consistance cireuse, ou bien encore exigent un certain temps pour durcir à un état résineux après chauffage aux températures de soudage, lorsqu'on les laisse refroidir, on peut incorporer si nécessaire dans la composition de fondant un agent de durcissement des résidus (c) qui peut être lui-même un ester tel que le benzoate de saccharose ou un dérivé d'acide abiétique, tel qu'une colophane polymérisée ou un ester d'un acide abiétique modifié, par exemple, l'ester de pentaérythritol d'une colophane maléatée. Les agents de durcissement des résidus de fondant de ce genre doivent avoir un point de fusion élevé, c'est-à-dire un point de fusion d'au moins 100°C et, de préférence, de 100 à 200°C. La proportion de l'agent de durcissement dans la composition ne doit pas dépasser normalement 20% du poids total de la composition.
Dans le cas où un seul ingrédient supplémentaire remplit les fonctions de deux ou plusieurs des composants (a), (b) et (c), la proportion de cet ingrédient dans la composition peut être cumulative; par exemple quand un seul composant remplit les trois fonctions, il peut représenter jusqu'à 60% du poids total de la composition.
Quand on utilise la composition de fondant selon l'invention dans l'industrie électronique, on l'associe avantageusement avec un alliage de soudure tendre pour former une composition de soudure à fondant, avantageusement un fil de soudure à noyau de fondant, c'est-à-dire un élément allongé en alliage de soudure présentant un noyau pratiquement ininterrompu ou une série de noyaux séparés de la composition de fondant s'étendant dans le sens longitudinal dans l'intérieur de l'élément allongé. De préférence, le fil de soudure à noyau de fondant contient au moins cinq noyaux séparés de fondant occupant des positions sensiblement symétriques par rapport à l'axe longitudinal du fil, comme cela se pratique avec les fils de soudure à noyau de colophane vendus aussi bien en Grande-Bretagne qu'à l'étranger sous la marque déposée Ersin Multicolore 5-Core Solder. On peut préparer un fil de soudure à noyau de fondant par un procédé consistant à extrader l'alliage de soudure de manière à former un fil allongé tout en introduisant simultanément dans celui-ci des noyaux de fondant. On conçoit que pour fabriquer un fil de soudure à noyau de fondant par le procédé indiqué, la composition selon l'invention doit comprendre d'une manière générale un ester d'un polyalcool dont le point de fusion est plus bas que celui de l'alliage de soudure servant à former le fil de soudure, de telle sorte que la composition de fondant puisse être introduite à l'état fondu dans l'alliage de soudure. Après l'incorporation des noyaux de fondant dans le fil de soudure, on peut réduire le diamètre du fil extradé, par exemple par laminage ou étirage.
Au lieu d'un fil de soudure à noyau de fondant, la composition peut être sous forme d'un ruban de soudure ou d'éléments préformés de soudure, par exemple de rondelles, de bagues, de pastilles ou de disques, que l'on peut poinçonner dans un ruban de soudure.
L'alliage de soudure qu'on utilise dans les compositions à fondant du type décrit peut être un alliage d'étain et de plomb contenant au moins 1% en poids d'étain, le complément étant du plomb. Par exemple, l'alliage peut contenir 60% d'étain et 40% de plomb. Eventuellement l'alliage peut également contenir de faibles proportions d'un ou plusieurs autres métaux, par exemple jusqu'à 7% d'antimoine, jusqu'à 3% de cuivre, jusqu'à 20% de cadmium, ou jusqu'à 10% d'argent, en dehors des autres éléments accidentels et/ou d'impuretés.
Les exemples suivants décrivent des compositions de fondant selon l'invention qui sont sous une forme solide. Dans ces exemples toutes les proportions sont en poids sauf stipulation contraire:
Exemple 1 :
On prépare une composition solide de fondant en mélangeant de façon homogène à une température élevée les composants suivants :
%
Tétrabenzoate de pentaérythritol 92
Acide adipique 1,5
Acide nicotinique 1,5
Benzoate de saccharose 5
Exemple 2:
On prépare une composition solide de fondant en mélangeant de façon homogène à une température élevée les composants suivants:
%
Tétrabenzoate de pentaérythritol 92
Acide adipique 1,5
Chlorhydrate de 2-chloréthylmorpholine 1,5
Colophane polymérisée 5
Exemple 3 :
On prépare une composition de fondant solide à partir des composants suivants :
%
Tribenzoate de triméthyloléthane 80
Acide benzoïque 3
Chlorhydrate de cyclohexylamine 2
Colophane dimérisée 15
On fait fondre ensemble le tribenzoate et la colophane dimérisée à 160°C, puis on laisse refroidir à 120°C et on ajoute l'acide benzoïque et le chlorhydrate de cyclohexylamine. On élève lentement la température à 150°C, tout en agitant, jusqu'à l'obtention d'une solution limpide. On laisse cette solution refroidir à la température ambiante et on obtient la composition de fondant recherchée.
Exemple 4 :
En procédant comme dans l'exemple 3 on prépare une composition de fondant solide à partir des composants suivants :
%
Tétrabenzoate de pentaérythritol 80
Tribenzoate de triméthyloléthane 5
Acide sébacique 5
Colophane polymérisée 10
5
10
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60
65
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4
Exemple J.En procédant comme dans l'exemple 3 on prépare une composition de fondant solide à partir des composants suivants :
%.
Tétrabenzoate de pentaérythritol 90
Acide adipique 3
Chlorhydrate de 2-chloréthylmorpholine 2
Ester de pentaérythritol d'une colophane maléatée 5
On extrude un alliage de soudure tendre comprenant 60% d'étain et 40% de plomb sous forme d'un fil allongé présentant cinq cavités cylindriques disposées symétriquement et s'étendant dans le sens de la longueur; on introduit simultanément dans ces cavités la composition de fondant ci-dessus à l'état fondu et on obtient ainsi un fil de soudure à cinq noyaux de fondant dont on réduit ensuite le diamètre par étirage. On enroule le fil résultant sur une bobine d'une dimension appropriée.
On utilise le fil de soudure à noyau de fondant ainsi obtenu avec un fer à souder à une température de 280° C pour souder des contacts électriques. Pratiquement aucun dégagement de fumée ou de gaz ne se produit au cours de l'opération de soudage, alors que quand on utilise un fil de soudure analogue dont les noyaux sont en colophane dans les mêmes conditions, on obtient un abondant dégagement de fumée.
On peut préparer les compositions de fondant selon l'invention sous forme d'un liquide en dissolvant les constituants dans un solvant organique dont le choix dépend de la viscosité désirée et de la. vitesse désirée de séchage de la composition du fondant liquide.
Les solvants peuvent être des cétones, par exemple la méthyl-isobutylcétone ou l'acétone ou des alcools comme l'isopropanol ou encore des solvants aromatiques comme le toluène et le xylène.
Les compositions de fondant selon l'invention, quand elles sont sous forme liquide, contiennent avantageusement au moins 40% et, mieux encore, au moins 50% par rapport aux matières solides de la composition, d'un ester d'un polyalcool alors que, sous une forme solide, la proportion de l'ester est d'au moins 80% et, de préférence, d'au moins 90% par rapport au poids total de la composition.
Les exemples suivants décrivent les compositions liquides de fondant selon l'invention.
Exemple 6:
On prépare une composition de fondant à l'état liquide à
partir des composants suivants :
%
Tétrabenzoate de pentaérythritol 15
Colophane dimérisée 4
Chlorhydrate de 2-chloréthylmorpholine 1
Méthylisobutylcétone 80
Exemple 7:
On prépare une composition de fondant à l'état liquide à
partir des composants suivants :
%
Tribenzoate de triméthyloléthane 12
Colophane polymérisée 6
Acide adipique 2
Méthylisobutylcétone 40
Acétone 40
Exemple 8:
On prépare une composition de fondant à l'état liquide à
partir des composants suivants:
%
Tétrabenzoate de pentaérythritol
15
Chlorhydrate de cyclohexylamine
1
Ester de pentaérythritol
d'ime colophane maléatée
5
Toluène
58
Acétone
21
Exemple 9:
On prépare une composition de fondant à l'état liquide à
partir des composants suivants:
%
Tétrabenzoate de pentaérythritol 10
Acide adipique 1 Ester de pentaérythritol d'une colophane maléatée 10
Toluène 58
Acétone 21
Dans le procédé classique de production d'ensembles de circuits imprimés, les conducteurs des composants sont généralement enrobés de soudure avant le montage des composants sur le panneau du circuit imprimé. On a constaté que les compositions liquides de fondant selon l'invention peuvent servir pour former un revêtement de protection des conducteurs des composants électroniques et, à ce titre, on peut considérer les compositions comme utilisables à la place de la soudure.
Une autre application de la composition de fondant selon l'invention consiste à réaliser une couche de protection pour un bain de soudure. Les bains de soudure, dont le fonctionnement a normalement lieu à une température d'environ 260° C, par exemple les bains qu'on utilise pour souder les composants électroniques à un panneau de circuits imprimés de la façon précédemment décrite, sont habituellement munis d'une couche de protection antioxydante, généralement une huile hydrocarbonée. Cependant les huiles hydrocarbonées présentent l'inconvénient de subir une oxydation progressive et rapide de sorte que la durée de la protection offerte est brève. Les compositions de fondant selon l'invention peuvent servir de couche de protection antioxydante pendant une période assez prolongée et elles offrent l'avantage supplémentaire d'agir comme un fondant lors de la soudure par immersion des composants dans un bain de soudure portant une telle couche de protection et cette composition ne risque pas de contaminer les composants précédemment enrobés de fondant, surtout si les produits utilisés pour l'enrobage et pour la protection d'antioxydation sont similaires.
Les exemples suivants décrivent des compositions de fondant utilisables, en combinaison, pour la protection antioxydante et comme fondant dans les bains de soudure.
Exemple 10:
On prépare une composition de fondant à partir des composants suivants :
%
Tétrabenzoate de pentaérythritol 95
Acide linoléique dimérisé 5
Exemple 11 :
On prépare une composition de fondant à partir des composants suivants:
%
Tribenzoate de triméthyloléthane 90
Colophane dimérisée 10
5
10
15
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25
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45
50
55
60
65
R
Claims (10)
1. Composition de fondant, caractérisée en ce qu'elle comprend: (1) au moins un ester neutre qui dérive d'un polyalcool et d'un acide organique monocarboxylique, ledit ester ayant une masse moléculaire d'au moins 300, et (2) au moins un composant supplémentaire choisi parmi: (a) les acides organiques sensiblement solubles dans ledit ester de polyalcool quand celui-ci est à l'état fondu, (b) des agents d'activation du fondant et (c) des agents de durcissement des résidus du fondant, ledit ester étant présent en une proportion supérieure à 25% par rapport au poids total des constituants (1) et (2).
2. Composition selon la revendication 1, sous forme d'une matière solide, caractérisée en ce qu'elle contient au moins 80% dudit ester par rapport au poids total de la composition.
' 3. Composition selon la revendication 1, sous forme d'un liquide, caractérisée en ce qu'elle comprend les constituants (1) et (2) dissous dans un solvant organique, la composition liquide contenant au moins 40% dudit ester (1) par rapport au poids total des constituants (1) et (2).
4. Composition selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisée en ce que le constituant (1) est un ester dont la masse moléculaire est comprise entre 300 et 3000 et qui est solide à la température ambiante.
5. Composition selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le constituant (1) est un ester d'un polyalcool renfermant de 2 à 8 groupes hydroxyliques.
6. Composition selon la revendication 5, caractérisée en ce que l'ester est le tétrabenzoate de pentaérythritol.
7. Composition selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que l'acide organique (a) est présent en une proportion ne dépassant pas 20% du poids total de la composition.
8. Composition selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que l'agent activant du fondant (b) est présent en une proportion ne dépassant pas 20% du poids total de la composition.
9. Composition selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que l'agent de durcissement des résidus du fondant (c) est présent en une proportion ne dépassant pas 20% du poids de la composition.
10. Composition de soudure contenant un fondant, destinée dans la soudure tendre, caractérisée en ce qu'elle coiüprend en combinaison un alliage soudure tendre et une composition de fondant telle que définie dans la revendication 1.
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