CS212104B1

CS212104B1 - Water-washable polyglycol-based varnish for soldering

Info

Publication number: CS212104B1
Application number: CS547680A
Authority: CS
Inventors: Bohumil Svoboda; Jiri Svoboda; Rudolf Vrabec
Original assignee: Bohumil Svoboda; Jiri Svoboda; Rudolf Vrabec
Priority date: 1980-08-08
Filing date: 1980-08-08
Publication date: 1982-02-26

Abstract

Vodou smývatelný lak na běsi polyglykolů pro pájení obsahující polyetýlanglykol a/nebo polypropylenglykol o mol. hmotnosti 3 000 a£ 10 000, povrchově aktivní látky, s výhodou neionogennlho typu, vodu a případně ve vodě rospustné polymery na bázi vinylických monomerů, zejména polyvinylalkoholu, kyseliny polyakrylové a/nebo polymetakrylové nebo jejich kopolymerů se styrenem, a/nebo vodné disperze kopolymerů nenasycených monomerů ze skupiny zahrnující kyselinu akrylovou a metakrylovou či jejich alkylestery a počtem uhlíkových atomů v alkylové skupině 2 až 8, dále styren a vinylacetát, popřípadě s kárboxylovými skupinami zčásti nebo zcela převedenými do formy amoniové soli, a/nebo alifatické jednomocné alkoholy s počtem uhlíkových atomů 2 až 3 a/nebo alifatické ketony s počtem uhlíkových atomů 3 až 5.Water-washable varnish based on polyglycols for soldering containing polyethylene glycol and/or polypropylene glycol with a molecular weight of 3,000 to £ 10,000, surfactants, preferably of the nonionic type, water and optionally water-soluble polymers based on vinyl monomers, in particular polyvinyl alcohol, polyacrylic acid and/or polymethacrylic acid or their copolymers with styrene, and/or aqueous dispersions of copolymers of unsaturated monomers from the group comprising acrylic and methacrylic acid or their alkyl esters and with a number of carbon atoms in the alkyl group of 2 to 8, further styrene and vinyl acetate, optionally with carboxyl groups partially or completely converted into the form of ammonium salts, and/or aliphatic monohydric alcohols with a number of carbon atoms of 2 to 3 and/or aliphatic ketones with a number of carbon atoms of 3 to 5.

Description

Vynález popisuje vádou smývatelný lak na bázi polyglykolů pro pájení, zejména cínovými pájkami, na kovové,keramické a skleněné podklady.The invention describes a washable varnish based on polyglycols for soldering, especially with tin solders, on metal, ceramic and glass substrates.

Při pájení kovů, předevěím v elektrotechnice, se používá ve značné míře cínových pájek spolu s tavidly. Pro dosažení dokonalého spoje je nutné nejlépe mechanicky očistit povrchy kovů a v nejkratěí možné době provést pájení. Při pájení se rovněž používají tzv. tavidla, která zlepšují smáčivost povrchů pájkou, odstraňují chemicky kysličníky s povrchů, zvyšují schopnost pájky v roztaveném stavu pronikat i do vnitřních členitých prostorů podkladů.When soldering metals, especially in electrical engineering, tin solders are used to a large extent together with fluxes. To achieve a perfect joint, it is necessary to clean the metal surfaces mechanically as best as possible and to perform soldering in the shortest possible time. When soldering, so-called fluxes are also used, which improve the wettability of surfaces with solder, chemically remove oxides from surfaces, and increase the ability of the solder in the molten state to penetrate into the internal, divided spaces of the substrates.

Jako tavidla se používají např. kalafuna a její parciální estery, kyseliny boritá nebo směs s boraxem, některá uhličitany, křemlčltany, halogenidy, nejčastěji chlorid zinečnatý v roztoku kyseliny solné. Většina těchto látek působí na podklad korozivně a při nedostatečném odstranění mohou mít dodatečně nepříznivý vliv na funkčnost provedených jednotlivých dílců. Tak např. u plošných spojů, do kterých se pájí řada součástek, mohou zbytky tavidla značně naruěit jejich funkci. Z tavidel se dává často přednost typům odstranitelným vodou. Jako tavidlo se mohou např. používat i pevná polyglykoly, které se při teplotách pájení depolymerují a tvoří izolační vrstvy.Fluxes used include, for example, rosin and its partial esters, boric acids or a mixture with borax, some carbonates, silicates, halides, most often zinc chloride in a hydrochloric acid solution. Most of these substances are corrosive to the substrate and, if not removed sufficiently, can have an additional adverse effect on the functionality of the individual parts produced. For example, in printed circuit boards, into which a number of components are soldered, flux residues can significantly impair their function. Of the fluxes, water-removable types are often preferred. For example, solid polyglycols can also be used as fluxes, which depolymerize at soldering temperatures and form insulating layers.

Jejich vodná roztoky však mají tu nevýhodu, že mají na kovech malou smáčivost. Nátěrové filmy z nich připravené jsou snadno mechanicky porušitelné, což je nevýhodné předevěím pro větší plochy určené k pájení cínovou vlnou. Tavidla ve vodě nerozpustná, jako např. kalafuna, se musí odstraňovat organickými rozpouštědly, což je často velmi náročné, rovněž tak i samotná likvidace rozpouštědel. Při pájeni v cínové lázni se zvyšují nároky i na rovnoměrné nanesení vhodného tavidla nebo ochranné adhezivní látky na větěí plochu. Vzniklý nátěrový film má být dostatečně pružný, má chránit dokonale očištěný povrch proti oxidaci. Těmto požadavkům výše uvedené látky převážně nevyhovují v plném rozsahu potřeb kontinuálního zpracování.However, their aqueous solutions have the disadvantage that they have low wettability on metals. The coating films prepared from them are easily mechanically damaged, which is disadvantageous especially for larger areas intended for soldering with tin wave. Water-insoluble fluxes, such as rosin, must be removed with organic solvents, which is often very difficult, as is the disposal of the solvents themselves. When soldering in a tin bath, the demands on the uniform application of a suitable flux or protective adhesive substance over a larger area increase. The resulting coating film should be sufficiently flexible and should protect the perfectly cleaned surface against oxidation. The above-mentioned substances mostly do not meet these requirements to the full extent of the needs of continuous processing.

Výše uvedené nevýhody odstraňuje předložený vynález, jehož předmětem je vodou omývatelný lak na bázi polyglykolů pro pájeni, zejména cínovými pájkami na kovové, keramické a skleněné podklady. Podstata vynálezu spočívá v tom, že lak sestává ze 100 hmotnostních dílů polyetylenglykolu a/nebo polypropylenglykolu o střední molekulové hmotnosti 3 000 až 10 000, z 0,01 až 5 hmotnostních dílů povrchově aktivní létky, s výhodou neionogenního typu, 300 až 5 000 hmotnostních dílů vody a případně až 500 hmotnostních dílů ve vodě rozpustných polymerů na bázi vinylických monomerů, zejména polyvinylalkoholu, kyseliny polyakrylové a/nebo polymetakrylové nebo jejich kopolymerů se styrenem, a/nebo vodné disperze kopolymerů nenasycených monomerů ze skupiny zahrnující kyselinu akrylovou a metakrylovou Či jejich alkylestery s počtem uhlíkových atomů v alkylové skupině 2 až 8, dále styren a vinylacetát, popřípadě s karboxylovými skupinami zčásti nebo zcela převedenými do formy amoniové soli, a/nebo alifatických jednomocných alkoholů s počtem uhlíkových atomů 2 až 3 a/nebo alifatických ketonů s počtem uhlíkových atomů 3 až 5.The above-mentioned disadvantages are eliminated by the present invention, the subject of which is a water-washable varnish based on polyglycols for soldering, in particular with tin solders, to metal, ceramic and glass substrates. The essence of the invention lies in the fact that the varnish consists of 100 parts by weight of polyethylene glycol and/or polypropylene glycol with an average molecular weight of 3,000 to 10,000, 0.01 to 5 parts by weight of a surfactant, preferably of the nonionic type, 300 to 5,000 parts by weight of water and optionally up to 500 parts by weight of water-soluble polymers based on vinyl monomers, in particular polyvinyl alcohol, polyacrylic acid and/or polymethacrylic acid or their copolymers with styrene, and/or aqueous dispersions of copolymers of unsaturated monomers from the group comprising acrylic and methacrylic acid or their alkyl esters with the number of carbon atoms in the alkyl group of 2 to 8, further styrene and vinyl acetate, optionally with carboxyl groups partially or completely converted into the form of ammonium salts, and/or aliphatic monohydric alcohols with the number of carbon atoms of 2 to 3 and/or aliphatic ketones with a number of carbon atoms of 3 to 5.

Z použitých polyglykolů je to polyetylenglykol a/nebo polypropylenglykol o střední číselné molekulární hmotnosti 3 000 až 10 000. Jsou to voskovité látky při běžných teplotách tuhého skupenství. Ve vodě jsou rozpustné i za studená, nejlépe však při teplotách do 70 °Ú.The polyglycols used are polyethylene glycol and/or polypropylene glycol with a number average molecular weight of 3,000 to 10,000. They are waxy substances at ordinary temperatures in the solid state. They are soluble in water even when cold, but best at temperatures up to 70 °C.

Při volbě povrchově aktivní látky se dává přednost látkám neionogenního typu z toho důvodu, že neobsahují žádné funkční skupiny, které mohou reagovat s kovy. Jsou dobře rozpustné ve vodě, případně i v organických rozpouštědlech. Používají se zejména etoxylované nonylfenoly, kde množstvím vázaného etylenoxidu se řídí jejich povrchově aktivní vlastnosti, mohou se případně použít i jejich kombinace s anion- či kationaktivními sméčedly, jako jsou např. soli sulfonovaných alkoholů, sulfonovaných aromatických uhlovodíků nebo soli amonných či heterocyklických sloučenin obsahujících dusík.When choosing a surfactant, preference is given to non-ionic substances because they do not contain any functional groups that can react with metals. They are readily soluble in water and, if necessary, in organic solvents. Ethoxylated nonylphenols are used in particular, where the amount of bound ethylene oxide determines their surface-active properties; their combinations with anionic or cationic surfactants, such as salts of sulfonated alcohols, sulfonated aromatic hydrocarbons or salts of ammonium or heterocyclic compounds containing nitrogen, can also be used.

212,04212.04

Jako vodné roztoky polymerů jsou vhodné např. polyvinylalkoholy, jejichž 4% roztoky charakterizované viskozitou 10 až 40 mPa.s/20 °C a/nebo kopolymery kyseliny akrylové,případné metakrylové ve formě vodných roztoků éi disperzí, které lze čpavkem přivést do formy vodných koloidních roztoků. Obsah těchto polymerů v laku je vžak nutno volit podle snášenlivosti se základním roztokem polyglykolu. Použité typy vodných disperzí polymerů a/nebo kopolymerů nenasycených monomerů ze skupiny zahrnující kyselinu akrylovou a metakrylovou, jejich alkylestery s počtem uhlíkových atomů v alkylové skupině 2 až 8, styren a vinylacetát musí mít filmotvorné vlastnosti. Ve vodě rozpustné alifatické jednomocné alkoholy s počtem uhlíkových atomů 2 až 3, jako např. etylalkohol a propylalkohol a ve vodě rozpustné alifatické ketony s počtem uhlíkových atomů 3 až 5, jako např. aceton, zlepšující sinéčivost laku na neodmaštěných podkladech.Suitable aqueous polymer solutions include polyvinyl alcohols, 4% solutions of which are characterized by a viscosity of 10 to 40 mPa.s/20 °C, and/or copolymers of acrylic acid, or methacrylic acid in the form of aqueous solutions and dispersions, which can be brought into the form of aqueous colloidal solutions with ammonia. The content of these polymers in the varnish must, however, be selected according to their compatibility with the basic polyglycol solution. The types of aqueous dispersions of polymers and/or copolymers of unsaturated monomers from the group including acrylic and methacrylic acid, their alkyl esters with a number of carbon atoms in the alkyl group of 2 to 8, styrene and vinyl acetate must have film-forming properties. Water-soluble aliphatic monohydric alcohols with 2 to 3 carbon atoms, such as ethyl alcohol and propyl alcohol, and water-soluble aliphatic ketones with 3 to 5 carbon atoms, such as acetone, improve the blueness of the varnish on non-degreased substrates.

Lak lze pro krátkodobé použití kombinovat i s chemicky reaktivními, běžně známými tavidly rozpustnými ve vodě, jako např. s boraxem, kyselinou fosforečnou a některými běžně používanými solemi.The varnish can also be combined for short-term use with chemically reactive, commonly known water-soluble fluxes, such as borax, phosphoric acid and some commonly used salts.

Uvedený lak je vodou ředitelný a po zaschnutí vytváří souvislý film výborných mechanických vlastností, jehož tloušlku lze řídit způsobem nanášení, sušinou laků a přídavkem ve vodě rozpustných alkoholů a ketonů. Předností laků s obsahem disperzí je zlepšená stabilita nátěrových filmů, kontrola nanášení a rovnoměrnosti pokrytí plochy vlivem mléčného zabarvení laku, možnost řízení mechanických vlastností apod. Lak je sice rozpustný ve vodě, ale i při zvýšené relativní vlhkosti prostředí poskytuje dobrou ochranu podkladu při dosažení adheze pájky na spojované plochy. Předností laku je jeho snadná a dokonalá odstranitelnost vadou studenou i teplou, nejlépe ponořením a omytím vodní sprchou. Lak lze nanášet natíráním, máčením a stříkáním.The above-mentioned varnish is water-soluble and after drying it forms a continuous film with excellent mechanical properties, the thickness of which can be controlled by the method of application, the dry content of the varnishes and the addition of water-soluble alcohols and ketones. The advantages of varnishes containing dispersions are improved stability of paint films, control of application and uniformity of surface coverage due to the milky color of the varnish, the possibility of controlling mechanical properties, etc. Although the varnish is soluble in water, even at increased relative humidity of the environment it provides good protection of the substrate while achieving adhesion of the solder to the joined surfaces. The advantage of the varnish is its easy and perfect removal by cold and hot means, preferably by immersion and washing with a water spray. The varnish can be applied by painting, dipping and spraying.

Použití tohoto laku je vhodné především při pájení laminátů opatřených tenkou povrchovou vrstvou kovu, jako jeou např. tištěné spoje, kde pájení se provádí tzv. pájecí vlnou ponořením do roztaveného cínu. Produkty tepelné destrukce laku jsou dobře rozpustná ve vodě a jsou navíc částečně těkavé. Jak polyglykoly, tak polyakryláty netvoří zuhelnatělé zbytky, což podstatně snižuje pravděpodobnost vzniku studených spojů. S dobrými výsledky lze lak použít i při spojování některých keramických materiálů a skla a kovem. Lze tedy podle uvedeného vynálezu přizpůsobit lak pro pájení ředě specifických požadavků jak z hlediska způsobu jeho nanášení, tak i požadavkům pro pájení rozdílných materiálů.The use of this varnish is particularly suitable for soldering laminates provided with a thin metal surface layer, such as printed circuits, where soldering is carried out by the so-called soldering wave by immersion in molten tin. The products of thermal destruction of the varnish are readily soluble in water and are also partially volatile. Both polyglycols and polyacrylates do not form carbonized residues, which significantly reduces the likelihood of cold joints. The varnish can also be used with good results when joining some ceramic materials and glass to metal. Thus, according to the invention, the varnish for soldering can be adapted to specific requirements both in terms of the method of its application and the requirements for soldering different materials.

PřikladlExample

Pólyetylenglykol o molekulární hmotnosti 6 000 Polyethylene glycol with a molecular weight of 6,000 100 hmot. dílů 100 parts by weight neionogenní smáčedlo na bázi etoxylovaného nonionic surfactant based on ethoxylated nonylřenolu β hodnoutou HLB 13,7 nonylphenol β with HLB value 13.7 5 hmot. dílů 5 parts by weight voda water 500 hmot. dílů 500 parts by weight filmotvorné disperze 60 % na bázi kopolymerů film-forming dispersions 60% based on copolymers etylakrylátu, butylakrylátu a styrenu ethyl acrylate, butyl acrylate and styrene 50 hmot. dílů 50 parts by weight

Lak má vzhled mléčné kapaliny a pro aplikaci se ředí vodou v objemovém poměru 1:1 až 5.The varnish has the appearance of a milky liquid and is diluted with water in a volume ratio of 1:1 to 5 for application.

.'S.'WITH

Příklad 2Example 2

Polyetylenglykol o molekulární hmotnosti 8 000 Polyethylene glycol with a molecular weight of 8,000 50 50 hmot. dílů parts weight polypropylenglykol o molekulární hmotnosti 4 000 polypropylene glycol with a molecular weight of 4,000 50 50 hmot. dílů parts weight směs neionogenního a anionaktivného smáčedla mixture of nonionic and anionic surfactants v hmot. poměru 9:1 in a mass ratio of 9:1 0,1 0.1 hmot. dílů parts weight demineralizovaná voda demineralized water 3 000 3,000 hmot. dílů parts weight Polyvinylalkohol (4% roztok viskozity ,5 mřa.s) Polyvinyl alcohol (4% solution viscosity .5 mřa.s) 0,5 0.5 hmot. dílů parts weight etyalkohol ethyl alcohol 300 300 hmot. dílů parts weight aceton acetone 100 100 hmot. dílů parts weight

Lak má slabý xákel, nátěrový film je transparentní. Pro aplikaci se neředí.The varnish has a weak sheen, the coating film is transparent. It is not diluted for application.

Příklad 3' 'Example 3' '

Lak podle příkladu 1 s tím rozdílem, Se místo pólyetylenglykolu obsahuje polypropylenglykol o molekulové hmotnosti 7 000 a filmotvorné disperze je na bázi etylakrylétu, butylakrylátu a vinylacetétu.The varnish according to Example 1, with the difference that instead of polyethylene glycol, it contains polypropylene glycol with a molecular weight of 7,000 and the film-forming dispersion is based on ethyl acrylate, butyl acrylate and vinyl acetate.

Příklad 4Example 4

Lak podle příkladu , a tím rozdílem, še místo filmotvorné disperze obsahuje 5 hmot, dílů kopolymeru kyseliny akrylové a metakrylové částečně neutralizované čpavkem a obsah vody se zvýěí na 5 000 hmot. dílů.The varnish according to the example, with the difference that instead of the film-forming dispersion it contains 5 parts by weight of a copolymer of acrylic and methacrylic acids partially neutralized with ammonia and the water content is increased to 5,000 parts by weight.

Příklad 5Example 5

Lak podle příkladu 2 s tím rozdílem, še místo etyalkoholu obsahuje směs etyl- a isopropylalkoholu v poměru 1:1 hmot. dílů a místo acetonu obsahuje směs metyletylketonu, metylisobutylketonu a acetonu v poměru 1:1:8 hmot. dílů.The varnish according to Example 2, except that instead of ethyl alcohol it contains a mixture of ethyl and isopropyl alcohol in a ratio of 1:1 parts by weight and instead of acetone it contains a mixture of methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone and acetone in a ratio of 1:1:8 parts by weight.

Příklad 6Example 6

Lak podle příkladu 2 s tím rozdílem, še navíc obsahuje 100 hmot. dílů vodné akrylátové disperze na bázi etyl-, butyl-, 2-etylhexylakrylátu, styrenu a kyseliny metakrylové o sušině 18 % hmot.The varnish according to Example 2, with the difference that it additionally contains 100 parts by weight of an aqueous acrylate dispersion based on ethyl, butyl, 2-ethylhexyl acrylate, styrene and methacrylic acid with a dry matter content of 18% by weight.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

Water-washable polyglycol based lacquer for soldering, in particular tin solders, on metal, ceramic and glass substrates, characterized in that it consists of 100 parts by weight of polyethylene glycol and / or polypropylene glycol of an average molecular weight of 3,000 to 10,000, of 0.01 to 5 parts by weight of a surfactant, preferably of the non-ionic type, 300 to 5 000 parts by weight of water and optionally up to 500 parts by weight of water-soluble polymers based on vinyl monomers, in particular polyvinyl alcohol, polyacrylic acid and / or polymethacrylic acid or their styrene copolymers; or aqueous dispersions of copolymers of unsaturated monomers selected from the group consisting of acrylic acid and methacrylic acid or alkyl esters thereof having a carbon number of 2 to 8, styrene and vinyl acetate, optionally with carboxyl groups partially or wholly converted to the ammonium salt, and / or aliphatic. % of alcohols having 2 to 3 carbon atoms and / or aliphatic ketones having 3 to 5 carbon atoms.