Флюс для пайки и лужения медной проволоки
FLUX FOR SOLDERING AND TINNING COPPER WIRE

Изобретение относится к пайке, в частности к флюсам для лужения меди и медных сплавов низкотемпературными припоями (сплавами), например припоями на основе олова и свинца, олова и индия, и может быть использовано при производстве луженой медной проволоки, а также при пайке и лужении электромонтажных элементов, интегральных микросхем, металлических поверхностей печатных плат и выводов электрорадиоэлементов в изделиях бытовой аппаратуры, а также электродов, экранирующий элементов, фотоэлектрических модулей, кабельно-проводниковых изделий различного назначения.
При производстве токопроводящих жил, электродов, экранирующих элементов в кабельно-проводниковых изделиях различного назначения чаще всего используется луженая медная проволока. Фотоэлектрические модули (также называемые солнечными панелями) являются основной частью систем выработки солнечной энергии. Качество фотоэлектрических модулей напрямую определяет эффективность производства солнечной энергии, поэтому производство фотоэлектрических модулей становится особенно важным. В связи с этим требования к качеству луженой проволоки становятся все выше и выше.
В настоящее время производство медной луженой проволоки в кабельной промышленности в основном включает два метода: электрохимическое осаждение и горячее лужение. Способ горячего лужения для производства луженой медной проволоки в основном включает следующие процессы: травление, лужение, охлаждение и намотку. При изготовлении медной отожженной проволоки для операции горячего лужения на поверхности появляется очень тонкий оксидный слой, который затрудняет адгезию слоя олова, что влияет на толщину слоя олова, а также может вызвать отслоение слоя олова. Чтобы обеспечить хорошую адгезию между слоем олова или сплава олова и медной проволокой необходимо использовать подходящий флюс. Флюс образует жидкую и газообразную защитную зону, предохраняющую поверхность металла и расплавленного припоя от окисления, растворяет пленки оксидов и загрязнения, способствует лучшему смачиванию расплавленным припоем поверхности медной проволоки и уменьшает поверхностное натяжение припоя. По действию на металл флюсы разделяются на кислотные (хлористый цинк и флюсы на его основе); бескислотные (канифоль и флюсы на ее основе), активированные (на основе канифоли с добавкой некоторых реактивов и кислот) и др.
Существенным недостатком флюсов на основе водных растворов хлористого цинка является невозможность полного удаления хлоридов металлов с паяемой поверхности, что приводит к ее коррозии, а также неизбежность загрязнения стоков солями тяжелых металлов при промывке изделий после пайки, что делает этот процесс экологически вредным.
Изобретение CN 1041125А раскрывает флюс со следующими компонентами: канифоль 17-23%, стеариновая кислота - 17-23%, хлорид цинка - 13-17%, хлорид аммония - 2,5-3,5%, вазелин - 31~37%, вода - 5,5~7,5%. Флюс обладает плохим паяльным эффектом, содержит канифоль и другие вещества, вредные для организма человека, и имеет низкую безопасность для использования.
Известен флюс для низкотемпературной пайки, содержащий, вес. %: канифоль - 15-30; лимонная кислота - 2,5-4,0; триэтаноламин - 1-2,0, этиловый спирт - 64-81,5. (Авторское свидетельство СССР 7133669, В23К 35/362, 07.10.1976.) Недостатками этого флюса являются использование канифоли, которая может быть неоднородна по составу и иметь различные характеристики, и как следствие различие в флюсующей активности, что также усложняет ее применение в качестве активной составляющей технологическом процессе лужения и может привести к ухудшение качества нанесения флюса и увеличению брака при производстве луженой медной проволоки.
Известен флюс для пайки медной луженой проволоки, который содержит следующие компоненты в массовых процентах: этиленгликоль 0,3-0,6%, триэтаноламин 0,3-0,6%, глицерин 0,3-0,6%, диметиламин гидрохлорид 0,05-0,12%, хлорид цинка 0-0,6%, хлорид аммония 0,3-0,6%, соляная кислота 1,6-2,6%, остаток воды.
Известен флюс со следующим составом, мас. %: лимонная кислота 12-20; диэтиламин 1-3; глицерин 20-24; этиловый спирт - остальное (Авторское свидетельство СССР №1581531, В23К 35/363, 30.07.1990). Недостатками этого флюса являются плохая смачивающая способность.
Известен флюс для фотоэлектрических модулей (CN 109048121), содержащий кремнийсодержащие поверхностно-активные соединения, в частности аминопропилтриэтоксисилан, который приводит к увеличению угла контакта с поверхностью сварки, уменьшает поверхностное натяжение и устраняет окисление поверхности припоя и основного материала, подлежащего сварке. Недостатком этого флюса является нестабильность в водной среде.
Наиболее близким является флюс для пайки и лужения, содержащий следующие компоненты, мас. %: лимонная кислота - 9,5-16; глицерин - 5-10; триэтаноламин - 1-3; этиловый спирт - остальное (Авторское свидетельство СССР №1407732, В23К 35/363, 07.07.1988). Недостатками этого флюса являются невысокие флюсующая активность, неоднородность получаемого покрытия, оборот этилового спирта, используемого в составе флюса, требует учета и получения специальных разрешений.
Целью заявляемого изобретения является разработка флюса для пайки и лужения медной проволоки с улучшенными свойствами, позволяющими увеличить активность флюса, смачиваемость поверхности медной проволоки, растекаемость припоя.
Технический результат - увеличить активность флюса, смачиваемость поверхности медной проволоки, растекаемость припоя, уменьшение окисления припоя, увеличение сцепление покрытия с медной проволокой.
Технический результат достигается за счет того, что флюс для пайки и лужения медной проволоки, содержащий лимонную кислоту; глицерин, согласно изобретению, дополнительно содержит изопропиловый спирт и аминосилоксан общей формулы , при следующем соотношении компонентов, мас. %:
лимонная кислота
12-18;
глицерин
5-10;
аминосилоксан
1-3;
изопропиловый спирт
остальное.
С целью обеспечения необходимой активности флюсования в предлагаемый флюс вводится активное флюсующее вещество - аминосилоксан общей формулы  Добавление аминосилоксанов также способствует увеличению угла контакта с поверхностью лужения, уменьшает поверхностное натяжение и позволяет устранить окисление поверхности припоя и основного материала, подлежащего лужению.
К достоинствам предлагаемого флюса относится его низкая коррозионная активность. Кремнийорганические соединения (во флюсе) при взаимодействии с окислами металлов дают комплексные соединения, способствуя очистке поверхности для улучшения растекания припоя.
1
2
Флюс для пайки и лужения медной проволоки готовят следующим образом. Лимонную кислоту растворяют в изопропиловом спирте, добавляют глицерин и в полученную смесь вводят синтезированный аминосилоксан общей формулы , хорошо перемешивают. Для приготовления флюса использовали следующие вещества: лимонная кислота (ГОСТ 3652-69), глицерин (ГОСТ 6259-75), изопропиловый спирт (ГОСТ 9805-84). Могут использоваться аналоги ингредиентов, выпускаемые различными фирмами. Аминосилоксан общей формулы  синтезируют следующим образом. в реактор, снабженный мешалкой, загружают (ν) 3-аминопропилтриэтоксисилана, (ν) предварительно перегнанного моноэтаноламина, в присутствии бинарного антиоксиданта и алкоголята щелочного металла, смесь выдерживают при комнатной температуре в течение 10 минут, далее вакуумируют при температуре до 100°С в течение 10-20 минут, до полного удаления спирта. В результате получают маслянистую жидкость от прозрачной до светло-желтой окраски. В табл. 1 приведены результаты по синтезу аминосилоксан общей формулы
Составы флюса для пайки и лужения приведены в табл. 2.
Вязкость флюса для пайки и лужения медной проволоки, по составам табл. 2, определяют в соответствии с ГОСТ 6258-85. Активность флюса (коэффициент растекаемости) припоя ПОС-61, ПОИН-52 на медных пластинках при температуре 150±30°С рассчитывают как отношение площади растекания припоя под действием заявляемого флюса к площади растекания припоя под действием заявляемого флюса в виде 20%-ного раствора в изопропиловом спирте. Абсолютная погрешность определения активности флюсов при вероятности 0,95 равна ±0,03, погрешность измерения температуры припоя ±2°С. Результаты испытаний приведены в табл. 3.
Из приведенных данных следует, что предлагаемые составы флюсов (примеры 1-3) обладают большей активностью по сравнению с прототипом, что соответственно обеспечивает существенное увеличение прочности сцепления покрытия. Использование заявляемого изобретения позволяет повысить качество лужения за счет лучшей растекаемости припоя, что обеспечивает сплошное лужение медной пластины и таким образом отсутствие коррозии.
Таким образом, заявляемый флюс по сравнению с известным обладает более высокой флюсующей активностью и смачивающей способностью, выбранное количественное соотношение компонентов позволяет уменьшить образование окисных пленок, увеличить сцепление покрытия с поверхностью медной проволоки. Использование в качестве флюса по настоящему изобретению для получения луженой медной проволоки показало, что в процессе производства над ванной лужения не накапливается дым, уменьшается выплескивание олова и его сплавов, при скручивании луженой медной проволоки не образуются трещины и сколы и покрытие не отслаивается.
В табл. 4 приведены результаты испытаний луженой медной проволоки с использованием флюса.
Приведенные выше результаты испытаний показывают, что полученные данные готовой луженой медной проволоки полностью соответствуют стандартам, и настоящее изобретение применимо к производству и применению луженой медной проволоки оловом и сплавами на его основе.