БЕССВИНЦОВЫЙ ПРИПОЙ Российский патент 2013 года по МПК B23K35/26 C22C12/00 

Изобретение относится к области пайки с использованием бессвинцовых припоев и может быть использовано в микроэлектронике, в частности, для пайки и лужения деталей в блоках радиоэлектронной аппаратуры.

Известен бессвинцовый припой (RU 2254971, опубл. 27.06.2005 г.). Он содержит ингредиенты в следующем соотношении, мас.%: Sn 76-96, Cu 0,2-0,5, Ag 2,5-4,5, In 0-12, Bi 0,5-5,0, Sb 0,01-2. Недостатком этого припоя является большое количество пустот в паяных соединениях и, соответственно, повышение их хрупкости.

Известен бессвинцовый припой EP 1930117 A1, 11.06.2008, включающий в себя, мас.%: индий 48-52,5 и в балансе висмут. Недостатками этого припоя являются невозможность образования эластичного химического соединения в шве, низкая жидкотекучесть припоев, недостаточная сцепляемость с паяемым материалом. Для улучшения технологических характеристик этого припоя в него необходимо вводить свинец и цинк, что повышает температуру его пайки и делает этот припой токсичным.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является «Бессвинцовый припой» (RU 2367551 C2, опубл. 10.05.2009 г.). Он содержит олово и висмут и отличается тем, что в его состав введена сурьма, при следующем соотношении компонентов припоя, вес.%:

Олово 87,0-89,0 Висмут 9,0-11,0 Сурьма 0,8-1,2

Недостатком этого припоя является то, что припои, содержащие сурьму, образуют хрупкое химическое соединение в шве, ухудшают жидкотекучесть припоев, снижают их коррозионную стойкость, ухудшают сцепляемость с паяемым материалом.

Технический результат предлагаемого изобретения состоит в повышении технологических свойств припоя, в частности, образуется эластичное химическое соединение в шве, повышается жидкотекучесть припоев, улучшается сцепляемость с паяемым материалом.

Заявляемый припой хорошо смачивает медь и ее сплавы, обеспечивает ее сверхпроводимость, слабо растворяет золото, не делает его хрупким, что важно при поверхностном монтаже радиоэлементов.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что бессвинцовый припой содержит висмут.

Новым в предлагаемом припое является введение в его состав индия при следующем соотношении компонентов припоя, вес.%:

Висмут 69-72 Индий 29-32

Предлагаемый припой не содержит олова, следовательно, решена проблема «оловянной чумы», и это в значительной мере имеет преимущество перед припоем по патенту №2367551.

В таблице 1 приведены составы предлагаемого бессвинцового припоя:

№ пп Компоненты Процентное содержание 1 Висмут 69 70 72 2 Индий 32 30 29

Указанный состав компонентов выбран вследствие того, что при увеличении количества индия невозможно достичь требуемой температуры пайки для изделий, работающих в интервале температур 60-80°С. При увеличении количества висмута невозможно использовать предлагаемый состав припоя из-за увеличения его хрупкости и неоднородности.

Бессвинцовый припой является особо легким припоем и применим, когда опасен перегрев паяемого материала или изделия.

Проведены исследования на смачивание и растекание припоя по паяемым поверхностям образцов изготовленных из Д16 по покрытию. Паяемость анализировали по растеканию припоя согласно методу, изложенному в ГОСТ 9.302-79. По данному ГОСТу навеска припоя имеет следующие размеры: диаметр 8 мм и толщину 0.3 мм. Коэффициент растекания припоя определяли по формуле Кр=Sp/So, где Sp - площадь, занятая припоем после расплавления и растекания, мм, So - площадь, занятая дозой припоя в исходном состоянии, мм.

В таблице 2 приведены коэффициенты растекаемости припоя по паяемым поверхностям (К при пайке должен быть не менее 1).

№ пп Компоненты % К % К % К 1 Висмут 69 2,6 70 2,5 72 2,4 2 Индий 32 30 29

Это свидетельствует о высоких технологических свойствах. Полученные результаты значительно выше показателей по растекаемости и смачиванию припоя по патенту №2367551 более чем в 2 раза.

Бессвинцовый припой имеет следующие преимущества в сравнении с припоем по патенту №2367551:

1. Улучшены технологические свойства припоя.

2. Предлагаемый припой имеет эластичное химическое соединение в шве, обладает повышенной жидкотекучестью и улучшенной сцепляемостью с паяемым материалом.

3. Является заменителем токсичных припоев (Zn-Cd).

Изобретение может быть использовано в микроэлектронике, в частности, для пайки и лужения деталей в блоках радиоэлектронной аппаратуры. Бессвинцовый припой содержит висмут и индий в следующем соотношении, вес.%: висмут 69-72, индий 29-32. Указанное соотношение компонентов припоя обеспечивает улучшение его технологических свойств, а именно повышение жидкотекучести, улучшение сцепляемости с паяемым материалом. 2 табл.

Бессвинцовый припой, содержащий висмут, отличающийся тем, что в его состав введен индий при следующем соотношении компонентов, вес.%:
Висмут 69-72 Индий 29-32