CS214573B1 - Barva pro pájení plošných spojů - Google Patents

Abstract

Barva pro pájení plošných spojů se užívá při pájení plošných spojů vlnou roztavené pájky k zabránění nežádoucího ulpš- ní cínu. Barva obsahuje 5 až 25 hmot. % polydimetylfenylenoxidu, 30 až 60 hmot. '<% organického rozpouštědla, 20 až 50 hmot. % anorganického plniva a 0,1 až 5 hmot. % oligomerů propylenu a případně do 5 hmo.t. % plniva o specifickém povrchu větším než 80 m2/g, s výhodou 200 až 500 m2/g

Description

Vynález ee týká barvy pro páj ní plošných spojů v cínové lázni, která má zabránit ztrátám cínu jeho přilnutím na nežádoucích místech plošného spoje.

Zavedením plošných spojů do sériové výroby vyvolal problém ekonomického a racionálního pájení, které by umožňovalo pájet všechny spoje na destičce s plošnými spoji najednou. Dnes běžné používaným způsobem v průmyslové praxi je pájení vlnou roztavené pájky. Roztavená pájka se vytlačuje úzkou štěrbinou nad vlastní lázeň do tvaru vlny směrem k destičce s plošnými spoji, která Se posunuje ve vodorovné rovině nad ní.

Cílem pájení je zajištění vodivého a mechanického spoje mezi vývojem součástky procházejícím otvorem destičky plošného spoje a určitým místem měděné fólie ve tvaru kruhu o

nebo kapky velikosti několika málo mm . Při pájení metodou vlny roztavené pájky však na měděných obrazcích plošných spojů ulpí pájka na celé jejich ploše, což není žádoucí, neV bot spotřeba cínové pájky je několikanásobná oproti tomu, když by se pájel ručně každý vývod zvlášt.

Byly vyvinuty různé prostředky, které značně zmenší spotřebu pájky. Tyto prostředky vs formě barvy se nanesou na místa měděné folie, na kterých není ulpění cínu žádoucí. Barvy se vytvrzují teplem nebo zářením, protože musí odolávat teplotě pájení.

Nevýhodou těchto prostředků je, že se jedná o vícesložkové systémy, které jsou bez vytvrzení nepoužitelné.

Podle čs. autorského osvědčení (PV 4125 - 79) je popsán ochranný lak pro ovíjecí špičky konektorů na bázi polyfenylenoxidu, který rovněž zabraňuje nežádoucímu přilnutí cínové pájky na měděné konektory, nevyhovuje však při použití jako maskovací barva pro pájení spojů, protože jej nelze pro nevhodnou konzistenci nanášet na destičku plošných tištěných spojů pomocí tiskařských technik, například sítotiskem.

Předmětem vynálezu je barva pro pájení plošných spojů v cínové vlně na bázi polyfenylsnoxidu, která obsahuje 5 až 25 hmot. % póly (2,6 dimetylfenylenoxidu) s průměrným polýmeračním stupněm 80 až 500 30 až 60 hmot. % organického rozpouštědla, jako je chloroform, chlorbenzen, toluen, xylen nebo Jejich směsi, 20 až 50 hmot. % anorganického plniva jako je kaolin, mastek,kysličník železitý, kysličník titaničitý, uhličitan vápenatý o průměrné velikosti částic 1 až 50 um, 0,1 až 5 hmot. % oligomerů propylénu s polymeračo ním stupněm 5 až 100 a případně 1 až 5 hmot. % látek o povrchu větším než 80 m /g, s výhodou 200 až 500 m²/g.

Barva dle vynálezu je v podstatě roztok 5 až 25 hmot. % polyfenylenoxidu v organickém rozpouštědle nebo směsi organických rozpouštědel, především typu halogenovaných uhlovodíků a aromatických uhlovodíků. Jako přísady obsahuje různá minerální plniva a minerální pigmenty. Volbu druha přísady a jejího množství je možno podřídit praktickým požadavkům - například rozlišení, transparentnosti a podobně.

Z minerálních přísad lze například použít kaolin, talek, kysličník železitý, kyslič nik titaničitý^ uhličitan vápenatý a podobně, a to do množství 50 hmot. %, Optimální množství minerální přísady je závislé na povrchu a velikosti částic, řro minerální látky běžně užívané jako plniva do barev je optimální množství 40 až 50 %, Takové směsi mají z hle diska uvedené aplikace nejvýhodnější vlastnosti.

Oligomery propylenu v barvě dle tohoto vynálezu snižují rychlost odpařování rozpouštědel a tedy vysýchání barev, které má nepříznivý vliv zejména při nanášení barvy sítotiskem. Dále působí tyto oligomery jako separátory. Film barvy lze, zvláště při vyšším obsahu oligomerů polypropylenu snadno s povrchu sejmout odloupnutím, Výhodou těchto oligomerů je, že při teplotě roztavené cínové pájky, to je 230 až 250 °C depolymerují.

K této depolymeraci dochází již při krátkém několikaminutovém zahřátí na teplotu pájky, to je na teplotu asi 230 °C, takže k němu dochází přímo při pájení. Protože produkty ďepolymerace jsou těkavá, nedochází k znečištění pájky.

Další součástí barvy jsou látky s velmi vysokým povrchem. Tyto látky stabilizují fyzikální strukturu barev při změnách teploty.

Teplotní závislost přitažlivých sil vzájemně mezi částicemi a absorbčních sil mezi částicemi a polymerní molekulou si v těohto soustavách konkurují. Výsledkem je nežádoucí efekt, projevující se v závislosti na teplotě tak, že soustavy tvoří při stejném složení buď barvu husté konzistence nebo nepoužitelnou suspenzi. Efekt má reversibilní charakter.

Přítomnost (2 až 5 hmot. %) látek o vysokém povrchu jako je kysličník křemičitý nebo hlinitý, stabilizuje fyzikální vlastnosti těchto polymerů. V širokém rozmezí teplot ponechávají si pak směsi prakticky konstantně viskozní konzistenci, vhodnou pro nanášení tiskařskou technikou.

Vyšší obsah látek s vysokým povrchem má však negativní vliv na adhezi barvy k povrchu tištěného spoje.

Směsi uvedeného složení mají dostatečnou adhezi na vodivé podložky, dobře se nanášejí běžnou tiskařskou technikou přes masku a po vhodném zředění se mohou stříkat nebo i nanášet štětcem. Vytvořený film má velmi nízkou vodivost nejen po nanesení, ale i po tepelné expozici, na kterou jsou vystaveny při teplotě pájení, elektrická vodivost těchto směsí závisí především na druhu a čistotě minerální příměsi a pro běžné typy minerálních -12 přísad se pohybuje v rozsahu odporu 10 ,

Ani po delší tepelné expozici v intervalu teplot pod 340 °C nedochází k tvorbě a uvolňování nízkomolekulárních látek, přecházejících do čínové lázně, které by měly za následek maštění cínu a zhoršení průběhu pájení cínovou vlnou.

Proti známým prostředkům je výhodou barvy podle tohoto vynálezu, že nevyžaduje speciální technologickou operaci vytvrzování ochranného filmu.

Následující příklady ukazují, v jakém složení a z jakých základních materiálů je vhodné vyrábět uvedené ochranné barvy a jaké vlastnosti tyto prostředky mají. % v příkladech uváděná jsou hmotnostní. Barvy uvedeného typu vyrobené z nejrůznějších typů póly (2,6-dimetylfenylenoxidu) připraveného pomocí různých katalytických soustav, v zásadních charakteristikách nebyly odlišné.

Příklad 1

Do 46 g 10 %-ního chlorbenzenového roztoku polyfenylenoxidu připraveného podle čs. autorského osvědčení č. 159562 o průměrném polymeračním stupni asi 300 bylo zamícháno 29 g kalcinovaného kaolinu. Směs byla několikrát homogenizována protlačením přes mosazné síto ko s počtem ok 250/cm a bylo přidáno 0,2 g oligomerů propylenu s průměrným polymeračním stupněm 50. Technikou sítotisku byla barva nanesena na desku s plošnými spoji kompletně osazenou elektrotechnickými prvky a prvky připájeny technikou postupné vlny roztavené cínové pájky.

Hmotnostní rozdíl před pájením a po pájení činil 4,8 g.

Stejným postupem byly pájeny prvky na shodný panel, avšak bez pokrytí vodivých cest ochrannou barvou. Hmotnostní rozdíl panelu před pájením a po pájení činil 32 g.

.Funkce i výkon obou panelů byly shodné. Z hmotnostních rozdílů panel před pájeném a po pájení, které reprezentují množství zachycené cínové pájky na panelu a chráněnými vodivými cestami a panelu s nechráněnými vodivými cestami lze vypočíst úsporu cínu 27,2 g, to je 85 %. Nebo-li spotřeba cínové pájky pro pájení nechráněných plošných spojů v tomto případě je o 560 % vyšší.

Příklad 2 »

Barva připravená podle příkladu 1 byla zředěna 50 g chloroformu a pomocí masky nastříkána na panel stejného typu jak je uvedeno v příkladu 1.

Hmotnostní rozdíl před pájením a po pájení panelu s chráněnými vodivými cestami byl

4,6 g.

Úspora spotřeby pájky spočítaná z hmotnostního přírůstku neupravované destičky, s plošnými spoji před a po pájení vlnou roztavené cínové pájky podle údaje z příkladu 1 je v tomto případě 86 %.

Příklad 3

Byla uskutečněna řada pokusů s pájením plošných spojů s chráněnými a nechráněnými vo divými cestami. K ochraně vodivých cest byl použit prostředek vyrobený postupem podle příkladu 1 a surovin uvedených souhrnně v tabulce 1.

Způsob nanášení, výsledky a vyhodnocení je souhrnně uvedeno v tabulkách 2 a 3.

Tabulkí	i 1* Složení barvy	minerální rozpouštědlo	oligomery propylenu polymerační v stupen	obsah g
číslo	polyfenylenoxid polymerační obsah
plnivo druh obsah	druh	g
stupen	S
1	100	5	mastek 5	toluen	85	10	5
2	200	50	srážený 50	chlore-		80	1
			uhličitan	forra	89
			vápenatý	xylen	20
3	450	15	kysličník 4,5	i chlor-	30	50	0,5
			titaničitý	benzen
4	300	5	kysličník 20	chlor-		50	1
			železitý	benzen	60
				toluen	5

Tabulka 2s Zhodnocení úspor cínu a charakterizace ochrany

Ochranný prostředek podle tab. 1	Způsob nanesení Rozdíl ve na vodivé spoje spotřebě cínu %	Vlastnosti
1 .	štětcem 80	Barva se nesnadno sloupne před i po pájení
2	tiskařskou techni- 82 kou válečkem	Barva se slupuje před pájením, po pájení pevně ulpí
3	tiskařskou techni- 85 jjgji přes sítko	Barva se slupuje před pájením, po pájení pevně ulpí
4	stříkáním 84	Barva se slupuje před pájením, po pájení pevně ulpí

Tabulka 3· Změna konzistence barvy v závislosti na teplotě

Ochranný prostředek podle tabulky 1	Teplota, při které nastane změna konzistence barvy na suspenzní nepoužitelný typ	Teplota při které nastane reversibilní změna konzistence barvy ze suspenzní na řídce gelovitou při rychlosti chlazení l°C/min.
1.	49,5 °C	21 - 19 °C
2	52,0 °C	18 - 15 °C
, 3	47,0 °C	22 - 18 °C
4	56,8 °C	17 - 12 °C

Příklad 4

Byla uskutečněna řada pokusů s pájením plošných spojů a chráněnými a nechráněnými vodivými cestami. K-ochraně vodivých cest byl použit prostředek vyrobený postupem podle příkladu 1 a surovin, uvedených souhrnně v tabulce 4. Do ochranných barev byly přidávány látky o vysokém povrchu, aby se zabránilo změnám struktury barev při zvýšené teplotě. Stabilizační efekt těchto látek je stejně jako ostatní výsledky a vyhodnocení uveden v tabulce 4. Nanášení ochranné barvy bylo provedeno ve všech případech štětcem. Adheze barev v uvedených složeních ve všech případech je dobrá. Úspory zatím nebyly vyhodnocovány. Tabulka 4í Složení barvy s přísadou stabilizující její strukturu za vyšších teplot

Čís.	Polyfenylen-	Rozpouštědlo	Minerální	Minerální		Pyzikál.	Oligomery
	oxid v póly-	druh	množ.	. plnivo	přísada		stabilita	propylenu
	meracním		g	druh obsah stabilizující	gelovité	polymerační
	stupni obsah			g	srukturu ochr.	konzistence	stupeň obsah
	ε				barvy g	povrch barvy	g
					druh	»7«
1	100 5	benzen	85	mastek 5	kysličník 2	380	70 °C	10 5

křemičitý

Tabulka 4 - pokračování
2	200	50	chloroform 89 xylen 20	srážený 50 uhličitan vápenatý	kysličník hlinitý	4	l60	60°C	80	1
3	450	15	chlorbenzen	30	kysličník 4,5 titaničitý	kysličník hlinitý	4	160	90 °C	50	0,5
4	300	20	chloroform	65	kysličník 20 železitý	* kysličník křemičitý	1	380	60 °C	50	1
5	300	20	chloroform	65	kysličník 20 železitý	kysličník křemičitý	7	380	60 ®C	50	1

PŘEDMĚT VYNÁLEZU

Claims (1)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   Barva pro pájení plošných spojů v cínové vinš na bázi polyfenylenoxidu, vyznačená tím, že obsahuje 5 až 25 hmot. % póly (2,6 dimetylfenylenoxidu) s průměrným polymeračním stupněm 80 až 500, 30 až 60 hmot. % organického rozpouštědla jako je chloroform, toluen, xylen nebo jejich směsi, 20 až 50 hmot. % anorganického plniva jako je kaolin, mastek, kysličník železitý, kysličník titaničitý, uhličitan vápenatý o průměrné velikosti částic 1 až 50 um, 0,1 až 5 hmot. % oligomerů propylenu s polymeračním stupněm 5 až 100 a případně do 5 hmot. % plniva o specifickém povrchu větším než 80 m /g, s výhodou 200 až 500 nr/g.