МЯГКИЙ ПРИПОЙ Российский патент 2004 года по МПК B23K35/26 C22C13/00 

Изобретение относится к различным технологическим процессам, в частности к композициям мягкого припоя, используемого в виде проволоки, полосы или фольги для пайки изделий различного назначения, в том числе для герметизации корпусов модулей в микроэлектронике.

Известна композиция мягкого припоя, содержащая следующие компоненты, мас.%: 18-20 кадмий; 0,5-1 серебро, 0,5-1,5 галлий, основа олово с температурой пайки 180-200°С ([1], с.89).

Недостатком данной композиции мягкого припоя является относительно высокая температура пайки, что особенно важно при пайке изделий электронной техники, а также содержание в составе мягкого припоя вредного для здоровья кадмия.

Известна композиция мягкого припоя, содержащая 52% индия и 48% олова с температурой плавления 117°С, - прототип ([1], с.91).

Данная композиция мягкого припоя позволила существенно снизить температуру плавления припоя порядка 117°С и, следовательно, температуру пайки порядка 130°С, что, как было указано выше, особенно важно при пайке изделий электронной техники.

Недостатком этой композиции мягкого припоя является низкая прочность припоя и паянных им соединений, особенно при пайке алюминиевых сплавов, в том числе и из-за их плохой смачиваемости припоем.

Техническим результатом изобретения является повышение пределов прочности припоя и паянных им соединений при сохранении низкой температуры плавления припоя и, соответственно, низкой температуры пайки, а также при сохранении высокой деформируемости.

Технический результат достигается тем, что известная композиция мягкого припоя, содержащая в своем составе индий и олово, дополнительно содержит галлий и цинк, при этом отношение галлия к олову и цинка к олову находится в пределах от 1/75 до 1/25, при следующем соотношении компонентов, мас.%: 48-52 индий, 46-50 олово, 0,6-2 галлий, 0,6-2 цинк.

Введение галлия и цинка в соотношении к олову в пределах от 1/75 до 1/25 за счет эффекта двойного легирования позволит повысить предел прочности припоя и паянных им соединений.

Эффект двойного легирования галлием и цинком при аналогичном соотношении легирующих компонентов к олову может быть распространен и на другие составы мягких оловосодержащих композиций припоев.

Пример 1. Для изготовления мягкого припоя были взяты индий ИН-00 ГОСТ 10297-94, олово ОВЧ00 ГОСТ 860-75, галлий Ga-1 ГОСТ 12797-77, цинк ЦО ГОСТ 3640-75 при соотношении компонентов, мас.%: индий 48, олово 50, галлий 1, цинк 1 и расплавлены в алундовом тигле при температуре 250°С под слоем глицерина, используемого в качестве защиты расплава припоя от окисления.

Примеры 2-5. Аналогично примеру 1 были изготовлены мягкие припои, но при других соотношениях компонентов, мас.%, как указанных в формуле изобретения, так и выходящих за ее пределы.

Пример 6 соответствует композиции мягкого припоя-прототипа.

Выплавленные припои, разлитые в соответствующие формы, прокатывали в проволоку, полосу и фольгу.

Проволоку припоя размером сечения 2×2 мм использовали для определения по известным методикам [2, 3] свойств самого припоя (Тпл. °С, деформируемость, смачиваемость, пределы прочности на отрыв при температурах 20°С и -196°С), а также для пайки образцов из алюминиевого сплава Амц (ГОСТ 4784-65), которые использовали при определении пределов прочности паяных соединений на срез при температурах 20°С и -196°С.

Все полученные экспериментальные данные сведены в таблицу.

Из таблицы видно, что мягкие припои при соотношениях компонентов в мас.%, указанных в формуле изобретения, и паянные ими образцы из алюминиевого сплава Амц (примеры 1-3) имеют более высокий по сравнению с прототипом предел прочности как на отрыв самого припоя - 5 МПа (мегапаскаль) при температуре 20°С и более 8 МПа при температуре -196°С; так и паянного им соединения - более 8 МПа при температуре 20°С и более 14 МПа при температуре -196°С, при сохранении низкой температуры плавления мягкого припоя и, соответственно, низкой температуры пайки (130°С), а также при сохранении высокой деформируемости.

При содержании в мягких припоях галлия и цинка менее 0,6 мас.% (отношение галлия и цинка к олову менее 1/75, пример 4), а также при содержании галлия и цинка более 2 мас.% (отношение галлия и цинка к олову более 1/25, пример 5) данные мягкие припои по сравнению с мягкими припоями с соотношением компонентов, указанным в формуле изобретения (примеры 1-3), имеют более низкие пределы прочности на отрыв как самих припоев, так и более низкие пределы прочности соответствующих паяных соединений на срез.

Таким образом, использование мягкого припоя с соотношением компонентов в мас.%, указанным в формуле изобретения, позволит по сравнению с прототипом значительно (более чем в 2 раза) повысить соответствующие пределы прочности мягкого припоя и паянных им соединений и обеспечить хорошую смачиваемость припоем алюминиевых сплавов (сплава Амц) при сохранении низкой температуры пайки 130°С и высокой деформируемости.

Источники информации

1. Лашко С.В., Лашко Н.Ф. Пайка металлов. - М.: Машиностроение, 1988 г.

2. Петрунин И.Е., Лоцманов С.Н., Николаев Г.А. Пайка металлов. - М.: Металлургия, 1975 г.

3. ГОСТ 1429.0-77, ГОСТ 1429.15-77. Припои оловяно-свинцовые. Методы анализа. Сборник ГОСТов. - М., 1977 г.

Изобретение может быть использовано для пайки изделий различного назначения, в частности для герметизации корпусов модулей в микроэлектронике. Мягкий припой может быть выполнен в виде проволоки, полосы или фольги и содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: индий 48-52, олово 46-50, галлий 0,6-2,0, цинк 0,6-2,0. Отношение галлия к олову и цинка к олову находится в пределах от 1/75 до 1/25. Припой обеспечивает повышение предела прочности паяных соединений при низкой температуре пайки при сохранении его высокой деформируемости. 1 табл.

Мягкий припой, содержащий в своем составе индий и олово, отличающийся тем, что он дополнительно содержит галлий и цинк, при этом отношение галлия к олову и цинка к олову находится в пределах от 1/75 до 1/25 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Индий 48-52

Олово 46-50

Галлий 0,6-2,0

Цинк 0,6-2,0