PL216593B1 - Bezołowiowa pasta lutownicza do montażu powierzchniowego - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest bezołowiowa pasta lutownicza do montażu powierzchniowego, służąca do lutowania elementów i podzespołów w sprzęcie elektronicznym, nie wymagająca zmywania pozostałości po lutowaniu.

Pasta lutownicza jest mieszaniną stopu lutowniczego w postaci odpowiednio przygotowanego proszku o określonym zakresie ziaren oraz topnika w postaci złożonej mieszaniny związków organicznych.

Do lipca 2006 roku najczęściej stosowanymi stopami w proszkach lutowniczych do past były stopy zawierające ołów: SnPb, SnPbAg, SnPbBi lub SnPbAu. Wprowadzenie przez Komisję Europejską, od 1 lipca 2006 r. dyrektywy RoHS, zabraniającej stosowania w sprzęcie elektrycznym i elektronicznym ołowiu, spowodowało konieczność usunięcia z procesu lutowania past zawierających stopy z ołowiem. Jako zamiennik stopu SnPb największe praktyczne znaczenie w pastach lutowniczych znalazła rodzina bezołowiowych stopów SnAgCu, tzw. SAC, bez dodatków stopowych lub z dodatkami Ni, Bi, In, Ga, Sb, P, Si, jak to przedstawiono w opisach patentowych EP 1693142, EP 1724050, EP 1834728. Bezołowiowe stopy SnAgCu, w porównaniu z tradycyjną eutektyką SnPb charakteryzują się wyższą o ok. 40°C temperaturą topnienia, wyższym napięciem powierzchniowym oraz gorszą zwilżalnością powierzchni miedzianych stosowanych w elektronice. Kluczem do rozwiązania problemu lutowania pastami bezołowiowymi jest zastosowanie takich składników topnika w paście, aby uzyskać porównywalne do tradycyjnych warunki lutowania w montażu powierzchniowym.

Proszek lutowniczy stanowi na ogół od 80 do 92% wagowych pasty. Pozostałą część stanowi topnik, tj. mieszanina związków zawierająca żywicę lub mieszaninę żywic, co najmniej jeden aktywator, rozpuszczalnik lub mieszaninę rozpuszczalników, środki modyfikujące właściwości reologiczne oraz inne dodatki. Zadaniem żywicy lub mieszaniny żywic jest zabezpieczenie sproszkowanego metalu przed utlenianiem oraz nadanie całej kompozycji odpowiednich właściwości reologicznych. Żywica odpowiada również za twardość powłoki topnika po lutowaniu i nie dopuszcza do migracji pod wpływem wilgoci, uwięzionych w niej jonów z pozostałości aktywatorów po lutowaniu. Najczęściej stosowanymi żywicami są kalafonia balsamiczna, kalafonia częściowo lub całkowicie uwodorniona (opis patentowy EP 1693142), żywica termoutwardzalna (EP 1837119), żywica epoksydowa na bazie bisfenolu A (EP 1914035). Jako aktywatory stosowane są między innymi kwasy karboksylowe, aminy i chlorowodorki amin, czy utwardzacze na bazie kwasu dwukarboksylowego i bezwodnika kwasu karboksylowego (EP 1914035). Zadaniem aktywatora jest usuwanie zanieczyszczeń, głównie tlenków z elementów lutowanych i proszku lutowniczego w czasie lutowania. Rozpuszczalnikami używanymi w pastach lutowniczych są między innymi: alkohole alifatyczne i aromatyczne, glikole, ketony, estry lub etery, nadające całej kompozycji odpowiednią lepkość.

Wadą stosowanych obecnie past bezołowiowych jest zbyt mała aktywność topników prowadząca do niewystarczającej zwilżalności powierzchni miedzianych stosowanych w elektronice, co powoduje występowanie niezwilżeń i odwilżeń na polach lutowniczych.

Pasta lutownicza według wynalazku stanowi mieszaninę bezołowiowego stopu lutowniczego SnAgCu w postaci proszku oraz topnika w postaci złożonej mieszaniny, w której skład wchodzą kalafonia lub jej pochodne, rozpuszczalniki, aktywator oraz czynniki modyfikujące lepkość. Jako aktywator wchodzi mieszanina kwasu organicznego, chlorowodorku aminy alifatycznej oraz bromowodoru aminy aromatycznej w ilości od 0,5 do 15% wagowych topnika, korzystnie zmieszanych w stosunku wagowym: 0,1 + 3,5 kwasu organicznego, 0,2 + 3,0 chlorowodorku aminy alifatycznej oraz 0,25 + 3,0 bromowodorku aminy aromatycznej.

Zaletą takiej, bezołowiowej pasty lutowniczej jest, dzięki obecności dotychczas nie stosowanej mieszaniny aktywatorów, bardzo dobra zwilżalność przez pastę powierzchni lutowanych, np. podłoża miedzianego pól lutowniczych płytek drukowanych, lepsza ochrona sproszkowanego lutowia przed utlenianiem, co w sumie w zasadniczy sposób wpływa na otrzymywanie prawidłowych, bezołowiowych połączeń lutowanych.

P r z y k ł a d:

Bezołowiowa pasta lutownicza do montażu powierzchniowego składa się z 90% wagowych sproszkowanego stopu SnAgCu o średnicy ziaren od 20 do 38 μm oraz 10% wagowych mieszaniny związków zawierającej:

65% mieszaniny kalafonii uwodornionej i żywicy estryfikowanej zmieszanych w stosunku 2/3, 3% mieszaniny kwasu pikolinowego, chlorowodorku etyloaminy i bromowodorku pirydyny zmieszanych

PL 216 593 B1 w stosunku 2/1/2, 24% mieszaniny rozpuszczalników złożonej z terpineolu, eteru monobutylowego glikolu dipropylenowego zmieszanych w stosunku 1/2 oraz 8% modyfikatora reologii amid kwasu stearynowego.

Pastę wykonuje się poprzez zmieszanie składników topnika na gorąco, a następnie dodanie proszku lutowniczego i dokładne wymieszanie całości w atmosferze argonu.

Tak przygotowaną pastą wykonuje się lutowanie w piecach konwekcyjnych w temperaturze 245°C i uzyskuje prawidłowe połączenie lutowane, podobnie, jak w przypadku lutowania tradycyjnymi pastami SnPb.

Claims (2)

1. Bezołowiowa pasta lutownicza do montażu powierzchniowego stanowiąca mieszaninę stopu lutowniczego SnAgCu w postaci proszku oraz topnika w postaci złożonej mieszaniny, w którego skład wchodzą kalafonia lub jej pochodne, rozpuszczalniki, aktywatory oraz czynniki modyfikujące lepkość znamienna tym, że zawiera jako aktywator mieszaninę kwasu organicznego, chlorowodorku aminy alifatycznej oraz bromowodoru aminy aromatycznej w ilości od 0,5 do 15% wagowych.

2. Bezołowiowa pasta lutownicza do montażu powierzchniowego według zastrz. 1, znamienna tym, że jako aktywator stosowana jest mieszanina kwasu pikolinowego chlorowodorku etyloaminy oraz bromowodorku pirydyny zmieszanych w stosunku wagowym: 0,1 * 3,5 kwasu organicznego, 0,2 * 3,0 chlorowodorku aminy alifatycznej oraz 0,25 * 3,0 bromowodorku aminy aromatycznej.