БЕССВИНЦОВЫЙ ПРИПОЙ Российский патент 2018 года по МПК B23K35/26 C22C13/00 C22C13/02 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Настоящее изобретение относится к бессвинцовому припою для низкотемпературной пайки, обладающему меньшим ухудшением с течением времени и превосходной долговременной надежностью, а также к паяному соединению, использующему этот припой.

ОПИСАНИЕ ПРЕДШЕСТВУЮЩЕГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ

[0002] Для того чтобы уменьшить глобальную нагрузку на окружающую среду, в качестве соединительного материала для электронных компонентов стал широко использоваться бессвинцовый припой, и его типичными составами являются припой из сплава системы Sn-Ag-Cu или припой из сплава системы Sn-Cu-Ni.

В последнее время, в дополнение к припою из сплава системы Sn-Ag-Cu и припою из сплава системы Sn-Cu-Ni, были предложены бессвинцовый припой, в который добавлены Bi, In или Sb и т.д., а также бессвинцовый припой, такой как припой из сплава Sn-Zn, в соответствии с назначением пайки и характеристиками пайки.

[0003] В частности, раскрыт бессвинцовый припой, в который добавлены Bi, Sb или In с целью увеличения механической прочности паяных соединений или уменьшения температуры солидуса.

Например, в патентном документе 1 раскрыт бессвинцовый припой, позволяющий легко управлять температурой плавления припоя путем добавления 0,01-3 мас.% Bi к основному составу Sn-Cu-Ni.

В дополнение, в патентном документе 2 раскрыт бессвинцовый припой с улучшенной механической прочностью за счет добавления Bi к основному составу Sn-Cu-Sb в пропорции 1 мас.% или менее.

Кроме того, в патентном документе 3 раскрыт бессвинцовый припой, имеющий эффекты увеличения прочности сцепления и уменьшения температуры солидуса за счет добавления 0,001-5 мас.% Cu, Ni и Bi к Sn.

Кроме того, в патентном документе 4 заявитель раскрывает бессвинцовый припой, обладающий высокой прочностью соединения во время пайки за счет образования в паяном соединении и на его границе интерметаллического соединения с гексагональной плотноупакованной структурой за счет добавления предписанного количества Ni и Cu к эвтектическому составу Sn-Bi.

[0004] Однако методы, раскрытые в патентных документах 1-4, также имеют проблемы, которые необходимо решить. Например, состав припоя, раскрытый в патентном документе 1, требует добавления 2-5 мас.% Cu, и температура пайки превышает 400°С, что по меньшей мере на 150°С выше, чем у припоя из сплава системы Sn-Ag-Cu или припоя из сплава системы Sn-Cu-Ni, которые являются типичными составами бессвинцового припоя.

Кроме того, в составе припоя, раскрытого в патентном документе 2, к его основному составу добавлено 10 мас.% или более Sb, так что его температура солидуса составляет 230°С или выше, как описано в примере, и как в Патентном документе 1, необходимо выполнять процесс пайки при более высокой температуре по сравнению с обычным составом типичного бессвинцового припоя.

Кроме того, раскрытый в патентном документе 3 метод не относится к составу припоя, который может быть применен в различных паяных соединениях, а является составом припоя, ограниченным применением в виде сверхтонкой проволоки, и поэтому имеет проблемы с универсальностью.

Между тем, раскрытый в патентном документе 4 метод является методом, предназначенным для обеспечения прочного соединения за счет образования интерметаллического соединения с кристаллической структурой типа NiAs на границе соединения, в котором соотношение компонентов Sn и Bi составляет Sn:Bi = 76-37 ат.% : 23-63 ат.%, и этот метод направлен на околоэвтектический состав.

Кроме того, патентный документ-публикация 5 раскрывает метод, относящийся к составу припоя, который приспособлен для предотвращения возникновения оловянной чумы при чрезвычайно низкой температуре и включает сплав Sn-Cu-Ni-Bi, обладающий хорошей смачиваемостью и ударопрочностью. Для целей соответствующего изобретения состав ограничен диапазонами примешиваемого количества Cu от 0,5 до 0,8 мас.%, примешиваемого количества Ni от 0,02 до 0,04 мас.% и примешиваемого количества Bi от 0,1 мас.% до менее чем 1 мас.%.

[0005] В целом, при использовании электронного устройства паяное соединение электронного устройства находится в проводящем состоянии, и в некоторых случаях припаянная деталь может подвергаться воздействию высокой температуры.

При этом с точки зрения надежности паяного соединения становится очень важной прочность связи, когда паяное соединение подвергается воздействию высокой температуры, а также прочность связи во время пайки.

Между тем, раскрытые в патентных документах 1-5 методы не дают никакой информации относительно прочности связи, когда паяное соединение подвергается воздействию высокой температуры в течение длительного времени.

Кроме того, требуется бессвинцовый припой, обеспечивающий возможность пайки с высокой надежностью, которая достаточна для того, чтобы выдержать длительное использование электронного устройства, а также обладающий универсальностью в плане соединения пайкой.

ДОКУМЕНТЫ УРОВНЯ ТЕХНИКИ

ПАТЕНТНЫЕ ДОКУМЕНТЫ

[0006] Патентный документ 1: выложенная публикация заявки на патент Японии № 2001-334384

Патентный документ 2: выложенная публикация заявки на патент Японии № 2004-298931

Патентный документ 3: выложенная публикация заявки на патент Японии № 2006-255762

Патентный документ 4: выложенная публикация заявки на патент Японии № 2013-744

Патентный документ 5: Международная публикация WO 2009/131114

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ПРОБЛЕМЫ, РЕШАЕМЫЕ ИЗОБРЕТЕНИЕМ

[0007] Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить бессвинцовый припой и паяное соединение, способные сохранять высокую прочность соединения без уменьшения прочности связи даже в высокотемпературном состоянии после пайки, а также имеющие высокую надежность и универсальность.

СРЕДСТВА ДЛЯ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМ

[0008] Авторы настоящего изобретения сосредоточились на составе бессвинцового припоя и интерметаллическом соединении и повторно провели интенсивные исследования по вышеописанной задаче. В результате они обнаружили, что путем добавления конкретного количества Bi к бессвинцовому припою с Sn-Cu-Ni в качестве основного состава уменьшение прочности связи подавляется даже тогда, когда припаянная деталь подвергается воздействию высокой температуры, и тем самым настоящее изобретение было выполнено на основе этого обнаруженного факта.

[0009] Таким образом, настоящее изобретение предлагает состав бессвинцового припоя с Sn-Cu-Ni в качестве основного состава, включающий 76,0-99,5 мас.% Sn, 0,1-2,0 мас.% Cu и 0,01-0,5 мас.% Ni, и дополнительно включающий 0,1-5,0 мас.% Bi, тем самым обеспечивая возможность пайки с высокой надежностью, которая сохраняет прочность соединения без уменьшения прочности связи паяного соединения, даже когда оно подвергается воздействию высокой температуры в течение долгого времени, а также во время связывания.

ПОЛЕЗНЫЕ ЭФФЕКТЫ

[0010] Бессвинцовый припой по настоящему изобретению обладает универсальностью, которая не ограничивается способом использования продукта припоя или его формой, и даже когда паяное соединение подвергается высокотемпературному состоянию в течение длительного времени, прочность соединения не будет уменьшаться. Следовательно, бессвинцовый припой может широко применяться к устройствам, имеющим соединяемые припоем детали, в которых протекает большой ток, к устройствам, которые подвергаются высокотемпературному состоянию, и т.п., а также к соединениям электронных устройств.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0011] Фиг. 1 представляет собой график, иллюстрирующий результат эксперимента.

Фиг. 2 представляет собой график, суммирующий результаты измерения прочности при растяжении каждого образца с составом из Таблицы 2.

Фиг. 3 представляет собой график, суммирующий результаты измерения прочности при растяжении каждого образца с составом из Таблицы 4.

Фиг. 4 представляет собой график, суммирующий результаты измерения прочности при растяжении образцов, содержащих различные добавочные количества Cu.

Фиг. 5 представляет собой график, суммирующий результаты измерения прочности при растяжении образцов, содержащих различные добавочные количества Ni.

Фиг. 6 представляет собой график, суммирующий результаты измерения прочности при растяжении образцов, содержащих различные добавочные количества Ge.

Фиг. 7 представляет собой график, суммирующий результаты измерения прочности при растяжении образцов, содержащих различные добавочные количества In.

Фиг. 8 представляет собой график, суммирующий результаты измерения коэффициента удлинения модифицированных индием (In) образцов.

Фиг. 9 представляет собой график, суммирующий результаты измерения прочности при растяжении образцов, в которые добавлен дополнительный элемент.

ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0012] Далее настоящее изобретение будет описано подробно.

Традиционно прочность соединения во время пайки была важным моментом при низкотемпературной пайке электронных устройств или т.п., и поэтому был разработан и предложен припой, способный улучшить прочность соединения во время пайки.

Однако паяные соединения, используемые в электронных устройствах и т.п., могут часто подвергаться воздействию высокой температуры или находиться в таком состоянии, в котором через них протекает электрический ток, особенно во время использования электронного устройства, и в некоторых случаях увеличение температуры паяных соединений может быть ускорено внешней средой. Следовательно, для того чтобы улучшить надежность паяных соединений, необходимо подавить деградацию с течением времени таких паяных соединений, которые подвергаются воздействию высоких температур.

При этом в качестве способа оценки паяных соединений обычно используется так называемое испытание термоциклированием, при котором паяное соединение многократно переводят из высокотемпературного состояния в низкотемпературное состояние на заданное время. Однако также известно, что поскольку в этом способе паяные соединения выдерживают в высокотемпературном состоянии, а затем – в низкотемпературном состоянии в течение заданного времени, состояние паяных соединений после этого испытания отличается от их состояния после испытания на старение, при котором паяные соединения выдерживают только в высокотемпературном состоянии в течение длительного времени.

Настоящее изобретение относится к составу припоя, способному подавлять уменьшение прочности соединения у паяного соединения вследствие непрерывного нахождения паяных соединений в высокотемпературном состоянии, то есть в среде, которая является примером реальной ситуации использования электронных устройств.

[0013] В частности, настоящее изобретение относится к бессвинцовому припою, который может включать в себя 76,0-99,5 мас.% Sn, 0,1-2,0 мас.% Cu, 0,01-0,5 мас.% Ni и 0,1-5,0 мас.% Bi, и к паяному соединению, использующему этот бессвинцовый припой.

[0014] Кроме того, также возможно добавлять один или два или более элементов, выбираемых из 0,1-5,0 мас.% Sb, 0,1-10,0 мас.% In, 0,001-1,0 мас.% Ge и 0,001-1,0 мас.% Ga, к основному составу, включающему 76,0-99,5 мас.% Sn, 0,1-2,0 мас.% Cu, 0,01-0,5 мас.% Ni и 0,1-5,0 мас.% Bi.

В дополнение, к бессвинцовому припою по настоящему изобретению с Sn-Cu-Ni-Bi в качестве основного состава также может быть произвольно добавлен такой элемент, как P, Co, Al, Ti, Ag и т.д. в диапазоне, в котором получаются эффекты настоящего изобретения.

[0015] Синергетический эффект увеличения механической прочности паяных соединений ожидается при достижении эффектов настоящего изобретения за счет добавления Sb к припою с Sn-Cu-Ni-Bi в качестве его основного состава.

Кроме того, при добавлении In, даже если Cu или Sb добавляются к припою в количестве, превышающем 1 мас.%, может быть получен эффект уменьшения температуры солидуса одновременно с достижением эффектов настоящего изобретения, и может ожидаться эффект уменьшения нагрузки, прикладываемой к электронным компонентам, соединенным с электронными устройствами, сокращения трудозатрат на пайку и т.п.

Кроме того, при добавлении Ge или Ga становится возможным подавить окисление паяного соединения и улучшить смачиваемость, и может также ожидаться синергетический эффект улучшения долгосрочной надежности и характеристик пайки паяного соединения при одновременном достижении эффектов настоящего изобретения.

[0016] Далее эффекты настоящего изобретения будут описаны путем иллюстрирования экспериментальным примером.

Испытание старением, которое будет описано ниже, выполняли на бессвинцовом припое по настоящему изобретению и оценивали его свойства.

[Испытание старением]

Способ

1) Припой с показанным в Таблице 1 составом приготовили и расплавили, а затем отлили в литейную форму в виде двутавра, имеющую поперечное сечение 10 мм × 10 мм, приготовив образец для измерения.

2) Образец для измерения выдерживали при 150°С в течение 500 часов для того, чтобы выполнить обработку старением.

3) Образцы, на которых была выполнена обработка старением, и образцы, на которых не была выполнена обработка старением, растягивали до их разрыва с использованием испытательной машины AG-IS (производства компании Shimadzu Corp.) со скоростью 10 мм/мин при комнатной температуре (от 20°С до 25°С), измеряя тем самым прочность образцов при растяжении.

Результаты

Результаты измерений показаны на Фиг. 1.

[0017] Таблица 1

Образец № Составы
(мас.%) Элемент (мас.%) Sn Cu Ni Bi Ge Ag In Mn 1 Sn-0,7Cu-0,05Ni-Ge Остальное 0,7 0,05 - 0,007 - - - 2 Sn-0,7Cu-0,05Ni-0,5Bi-Ge Остальное 0,7 0,05 0,5 0,007 - - - 3 Sn-0,7Cu-0,05Ni-1,0Bi-Ge Остальное 0,7 0,05 1,0 0,006 - - - 4 Sn-0,7Cu-0,05Ni-1,5Bi-Ge Остальное 0,7 0,05 1,5 0,006 - - - 5 Sn-0,7Cu-0,05Ni-2,0Bi-Ge Остальное 0,7 0,05 2,0 0,006 - - - 6 Sn-0,7Cu-0,3Ag Остальное 0,7 - - - 0,3 - - 7 Sn-0,7Cu-0,8Ag Остальное 0,7 - - - 0,8 - - 8 Sn-1,0Cu-0,5Ag-0,05Mn Остальное 1,0 - - - 0,5 - 0,008 9 Sn-0,5Cu-3,0Ag Остальное 0,5 - - - 3,0 - -

[0018] График, показанный на Фиг. 1, иллюстрирует слева результаты измерения образцов, на которых обработка старением не выполнялась, а справа – соответственно результаты измерения образцов, на которых обработка старением была выполнена.

Образцы по настоящему изобретению соответствуют №№ 2-5, и можно увидеть, что прочность при растяжении образца, на котором была выполнена обработка старением, несильно уменьшается по сравнению с прочностью образца, на котором обработка старением не выполнялась.

В то же время образец № 1 и образцы №№ 6-9, которые являются сравнительными образцами, показывают заметное уменьшение прочности при растяжении образца, на котором обработка старением была выполнена, по сравнению с прочностью образца, на котором обработка старением не выполнялась.

Из этих результатов легко можно понять, что даже при том, что бессвинцовый припой с Sn-Cu-Ni-Bi в качестве основного состава по настоящему изобретению подвергался воздействию высокой температуры в 150°С в течение 500 часов, уменьшение его прочности при растяжении было подавлено по сравнению с другими составами бессвинцового припоя.

[0019] Далее будет подробно описано изменение прочности при растяжении, к которому приводит изменение добавочного количества Bi по отношению к основному составу Sn-Cu-Ni-Bi. Более подробно это будет описано на основе результатов измерения изменения прочности при растяжении образцов, в которых к такому составу добавлено от 0 мас.% до 6 мас.% Bi.

Таблица 2 показывает составы образцов, использованных в измерении прочности при растяжении.

В качестве Сравнительного примера (Образец i: название образца «SN2») использовался состав Sn-Cu-Ni, в котором не содержится добавка Bi. Кроме того, образцы, содержащие Bi, упоминаются как Образец ii «название образца: +0,1Bi*», Образец iii «название образца: +0,5Bi*», Образец iv «название образца: +1,0Bi*», Образец v «название образца: +1,5Bi*», Образец vi «название образца: +2,0Bi*», Образец vii «название образца: +3,0Bi*», Образец viii «название образца: +4,0Bi*», Образец ix «название образца: +5,0Bi*» и Образец x «название образца: +6,0Bi*». В Образцы ii-x Bi включен в количестве 0,1 мас.%, 0,5 мас.%, 1,0 мас.%, 1,5 мас.%, 2,0 мас.%, 3,0 мас.%, 4,0 мас.%, 5,0 мас.% и 6,0 мас.% соответственно.

[0020] Образцы i-x с показанными в Таблице 2 составами приготовили способом, описанным выше в абзаце [0016]. После этого на образцах выполняли обработку старением при 150°С в течение 0 час и 500 час и измеряли их прочность при растяжении.

[0021] Таблица 2

№ Название
образца Элемент (мас.%) Sn Cu Ni Bi ОБРАЗЕЦ i SN2 Остальное 0,7 0,05 0 ОБРАЗЕЦ ii +0,1Bi* Остальное 0,7 0,05 0,1 ОБРАЗЕЦ iii +0,5Bi* Остальное 0,7 0,05 0,5 ОБРАЗЕЦ iv +1,0Bi* Остальное 0,7 0,05 1,0 ОБРАЗЕЦ v +1,5Bi* Остальное 0,7 0,05 1,5 ОБРАЗЕЦ vi +2,0Bi* Остальное 0,7 0,05 2,0 ОБРАЗЕЦ vii +3,0Bi* Остальное 0,7 0,05 3,0 ОБРАЗЕЦ viii +4,0Bi* Остальное 0,7 0,05 4,0 ОБРАЗЕЦ ix +5,0Bi* Остальное 0,7 0,05 5,0 ОБРАЗЕЦ x +6,0Bi* Остальное 0,7 0,05 6,0

[0022] Таблица 3

A
(0 ЧАС) Образец № i ii iii iv v vi vii viii ix x Название образца SN2 +0,1Bi* +0,5Bi* +1,0Bi* +1,5Bi* +2,0Bi* +3,0Bi* +4,0Bi* +5,0Bi* +6,0Bi* РЕЗУЛЬТАТ ИЗМЕРЕНИЯ (МПа) 32,0 33,0 40,0 47,0 51,5 58,9 68,0 78,1 81,5 87,0 C
(500 ЧАС) Образец № i ii iii iv v vi vii viii ix x Название образца SN2 +0,1Bi* +0,5Bi* +1,0Bi* +1,5Bi* +2,0Bi* +3,0Bi* +4,0Bi* +5,0Bi* +6,0Bi* РЕЗУЛЬТАТ ИЗМЕРЕНИЯ (МПа) 27,2 30,2 36,7 46,2 52,6 60,0 69,1 74,9 71,8 62,5 КОЭФФИЦИЕНТ ИЗМЕНЕНИЯ ПРОЧНОСТИ (C/A) (%) 85,0% 91,5% 91,8% 98,3% 102,1% 101,9% 101,6% 95,9% 88,1% 71,8%

[0023] Таблица 3 показывает результаты измерений Образцов i-x. Часть «A» Таблицы 3 показывает результаты измерения прочности при растяжении после старения в течение 0 час, а часть «C» Таблицы 3 показывает результаты измерения прочности при растяжении после старения в течение 500 час, и коэффициент изменения прочности является результатом, полученным путем измерения изменения прочности при растяжении после старения в течение 500 час, если брать результат «A» (0 час) за 100%. Кроме того, Фиг. 2 представляет собой график, суммирующий результаты измерения прочности при растяжении Образцов i-x.

[0024] На этом графике видно, что для обеих продолжительностей обработки старением - 0 час и 500 час - прочность при растяжении Образцов ii-x, в которые добавлен Bi, является более высокой, чем прочность при растяжении Образца i, в который не добавлен Bi.

Кроме того, в случае обработки старением в течение 500 час Образцы ii-x, в которых добавочное количество Bi составляет 0,1 мас.% или больше, показывают более высокую прочность при растяжении, чем Образец i, в который не добавлен Bi. В дополнение к этому, Образцы iv-vii, в которых добавочное количество Bi составляет от 1,0 мас.% до 3,0 мас.%, показывают коэффициент изменения прочности 98% или выше. Следует отметить, что коэффициент изменения прочности при растяжении после старения в течение 500 час является весьма низким, и в частности прочность при растяжении после старения в течение 500 час образцов v-vii даже повышается по сравнению с тем случаем, в котором обработка старением не выполняется.

В то же время Образец x, в котором добавочное количество Bi составляет 6 мас.%, показывает коэффициент изменения прочности при растяжении 71,8%, что меньше, чем 85,2% у Образца i, в котором Bi не добавлен, и таким образом можно сказать, что 6 мас.% не является предпочтительным добавляемым количеством.

[0025] Далее будет подробно описано изменение прочности при растяжении, вызываемое изменением добавочного количества Bi, в случае добавления Ge к основному составу Sn-Cu-Ni-Bi. Более конкретно, измеряли изменение прочности при растяжении образцов, в которых Bi добавляется к такому составу в количестве от 0 до 6 мас.%.

[0026] Таблица 4 показывает составы образцов, использованных при измерении прочности при растяжении. Как проиллюстрировано на Фиг. 3, Bi не входил в состав Образца 1 «SAC305» и Образца 2 «SN1». А в Образце 3 «+0,1Bi», Образце 4 «+0,5Bi», Образце 5 «+1,0Bi», Образце 6 «+1,5Bi», Образце 7 «+2,0Bi», Образце 8 «+3,0Bi», Образце 9 «+4,0Bi», Образце 10 «+5,0Bi» и Образце 11 «+6,0Bi» Bi содержался в количестве 0,1 мас.%, 0,5 мас.%, 1 мас.%, 1,5 мас.%, 2 мас.%, 3 мас.%, 4 мас.%, 5 мас.% и 6 мас.% соответственно.

[0027] Кроме того, во всех образцах, за исключением Образца 1 «SAC305», содержалось 0,7 мас.% Cu, 0,05 мас.% Ni и 0,006 мас.% Ge, а остаток – Sn. В дополнение к этому, в Образце 1 «SAC305» содержалось 3 мас.% Ag и 0,5 мас.% Cu, а остаток – Sn.

[0028] В дальнейшем для удобства объяснения Образец 1 «SAC305», Образец 2 «SN1», Образец 3 «+10,1Bi», Образец 4 «+0,5Bi», Образец 5 «+1,0Bi», Образец 6 «+1,5Bi», Образец 7 «+2,0Bi», Образец 8 «+3,0Bi», Образец 9 «+4,0Bi», Образец 10 «+5,0Bi» и Образец 11 «+6,0Bi» будут упоминаться как «Образец 1», «Образец 2», «Образец 3», «Образец 4», «Образец 5», «Образец 6», «Образец 7», «Образец 8», «Образец 9», «Образец 10» и «Образец 11» соответственно.

[0029] Таблица 4

№ Название
образца Элемент (мас.%) Sn Ag Cu Ni Ge Bi ОБРАЗЕЦ 1 SNC305 Остальное 3 0,5 0 0 0 ОБРАЗЕЦ 2 SN1 Остальное 0 0,7 0,05 0,006 0 ОБРАЗЕЦ 3 +0,1Bi Остальное 0 0,7 0,05 0,006 0,1 ОБРАЗЕЦ 4 +0,5Bi Остальное 0 0,7 0,05 0,006 0,5 ОБРАЗЕЦ 5 +1,0Bi Остальное 0 0,7 0,05 0,006 1 ОБРАЗЕЦ 6 +1,5Bi Остальное 0 0,7 0,05 0,006 1,5 ОБРАЗЕЦ 7 +2,0Bi Остальное 0 0,7 0,05 0,006 2 ОБРАЗЕЦ 8 +3,0Bi Остальное 0 0,7 0,05 0,006 3 ОБРАЗЕЦ 9 +4,0Bi Остальное 0 0,7 0,05 0,006 4 ОБРАЗЕЦ 10 +5,0Bi Остальное 0 0,7 0,05 0,006 5 ОБРАЗЕЦ 11 +6,0Bi Остальное 0 0,7 0,05 0,006 6

[0030] Образцы 1-11 с показанными в Таблице 4 составами приготовили вышеописанным способом. Обработку старением выполняли на приготовленных Образцах 1-11 в течение 0 час и 500 час при 150°С и измеряли их прочность при растяжении вышеописанным способом.

[0031] Таблица 5

A
(0 ЧАС) Образец № 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Название образца SNC305 SN1 +0,1Bi +0,5Bi +1,0Bi +1,5Bi +2,0Bi +3,0Bi +4,0Bi +5,0Bi +6,0Bi РЕЗУЛЬТАТ ИЗМЕРЕНИЯ (МПа) 48,2 32,5 32,8 39,9 46,5 51,6 58,7 68,2 78,3 81,6 86,1 C
(500 ЧАС) Образец № 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Название образца SNC305 SN1 +0,1Bi +0,5Bi +1,0Bi +1,5Bi +2,0Bi +3,0Bi +4,0Bi +5,0Bi +6,0Bi РЕЗУЛЬТАТ ИЗМЕРЕНИЯ (МПа) 35,6 27,7 30 36,5 45,6 52,7 59,1 70,2 75,1 71,9 61,8 КОЭФФИЦИЕНТ ИЗМЕНЕНИЯ ПРОЧНОСТИ (C/A) (%) 73,9% 85,2% 91,5% 91,6% 98,2% 102,2% 100,7% 102,9% 95,9% 88,1% 71,8%

[0032] Таблица 5 показывает результаты измерений Образцов 1-11. Часть «А» Таблицы 5 показывает результаты измерения прочности при растяжении после старения в течение 0 час, а часть «C» Таблицы 5 показывает результаты измерения прочности при растяжении после старения в течение 500 час, и коэффициент изменения прочности является результатом, полученным путем измерения изменения прочности при растяжении после старения в течение 500 час, если брать результат «A» (0 час) за 100%. Кроме того, Фиг. 3 представляет собой график, суммирующий результаты измерения прочности при растяжении Образцов 1-11.

[0033] На этом графике видно, что для обеих продолжительностей обработки старением - 0 час и 500 час - прочность при растяжении Образцов 3-11, в которые добавлен Bi, является более высокой, чем прочность при растяжении Образца 2, который не добавлен Bi.

Кроме того, в случае обработки старением в течение 500 час Образцы 4-11, в которых добавочное количество Bi составляет 0,5 мас.% или больше, показывают более высокую прочность при растяжении, чем Образец 1, в который не добавлен Bi, но добавлено Ag. В дополнение к этому, можно заметить, что Образцы 5-8, в которых добавочное количество Bi составляет от 1,0 мас.% до 3,0 мас.%, показывают коэффициент изменения прочности 98% или выше, что является очень малым коэффициентом изменения прочности при растяжении после старения в течение 500 час.

Соответственно, поскольку в случае Образцов 4-11 Ag не используется, возможно достигнуть уменьшения стоимости при наличии эффекта улучшения прочности при растяжении.

[0034] Кроме того, можно заметить, что в случае Образцов 3-9, то есть по мере того, как добавочное количество Bi увеличивается с 0,1 мас.% до 4 мас.%, прочность при растяжении увеличивается. В дополнение к этому, в таком диапазоне добавочного количества Bi нет никаких значительных различий между прочностью при растяжении в том случае, когда обработка старением не выполнялась, и прочностью при растяжении в том случае, когда обработка старением выполнялась в течение 500 час.

[0035] В то же время в случае Образцов 10 и 11, в которых добавочное количество Bi составляет 5 мас.% или больше, по мере увеличения добавочного количества Bi увеличивается прочность при растяжении в том случае, когда обработка старением не выполнялась, но коэффициент изменения прочности имел тенденцию к уменьшению, в частности в случае 6 мас.% коэффициент изменения прочности при растяжении составляет 71,8%, что ниже, чем 85,2% в том случае, когда Bi не добавляется (Образец 2), и поэтому можно сказать, что 6 мас.% не является предпочтительным добавляемым количеством.

[0036] Как можно понять из вышеприведенных результатов измерения, когда бессвинцовый припой, состоящий из Sn, Cu, Ni, Bi и Ge, подвергается воздействию тяжелой среды эксплуатации, то есть высокой температуры 150°С в течение длительного времени, предпочтительно, чтобы добавочное количество Bi составляло от 0,5 до 4,0 мас.%, а более предпочтительно, от 1,0 до 3,0 мас.%. В таком диапазоне добавочного количества Bi, как описано выше, даже в том случае, когда обработка старением выполняется в течение 500 час, может быть получена высокая прочность при растяжении. Кроме того, нет никаких значительных различий между прочностью при растяжении в том случае, когда обработка старением не выполняется, и прочностью при растяжении в том случае, когда обработка старением выполняется в течение 500 час, то есть может быть получена стабильная прочность при растяжении.

[0037] Кроме того, в случае Образца 10, в котором добавочное количество Bi составляет 5 мас.%, прочность при растяжении после обработки старением была более низкой, чем прочность при растяжении в том случае, когда обработка старением не выполнялась, как описано выше. Однако, поскольку прочность при растяжении Образцов 1 и 2, в которых Bi не добавлен, является более низкой, чем прочность при растяжении Образца 10 после выполнения процесса старения, добавочное количество Bi может составлять от 0,1 до 5,0 мас.%.

[0038] Далее будет подробно описано изменение прочности при растяжении, вызываемое изменением добавляемого количества Cu, в случае добавления Ge к основному составу Sn-Cu-Ni-Bi.

[0039] В этом случае Ni, Bi и Ge содержатся в количестве 0,05 мас.%, 1,5 мас.% и 0,006 мас.% соответственно. Кроме того, Cu добавляется в количестве от 0,05 до 2,2 мас.%, а остаток – Sn. В дальнейшем для удобства объяснения образец, в котором добавлено 0,05 мас.% Cu, образец, в котором добавлено 0,1 мас.% Cu, образец, в котором добавлено 0,7 мас.% Cu, образец, в котором добавлено 2 мас.% Cu, и образец, в котором добавлено 2,2 мас.% Cu, будут упоминаться как «0,05Cu», «0,1Cu», «0,7Cu», «2Cu» и «2,2Cu» соответственно.

[0040] Эти образцы приготовили вышеописанным способом и выполняли обработку старением на приготовленных образцах при 150°С в течение 0 час и 500 час, и их прочность при растяжении измеряли вышеописанным способом.

[0041] Таблица 6

A
(0 ЧАС) Название образца 0,05Cu 0,1Cu 0,7Cu 2Cu 2,2Cu РЕЗУЛЬТАТ ИЗМЕРЕНИЯ (МПа) 46,4 46,6 51,6 61,2 60,2 C
(500 ЧАС) Название образца 0,05Cu 0,1Cu 0,7Cu 2Cu 2,2Cu РЕЗУЛЬТАТ ИЗМЕРЕНИЯ (МПа) 44,7 45,4 52,7 60,9 57,6 КОЭФФИЦИЕНТ ИЗМЕНЕНИЯ ПРОЧНОСТИ (C/A) (%) 96% 97% 102% 100% 96%

[0042] Таблица 6 показывает результаты измерения прочности при растяжении образцов, имеющих различные добавленные количества Cu, как описано выше. Часть «A» Таблицы 6 показывает результат измерения прочности при растяжении после старения в течение 0 час, а часть «C» Таблицы 6 показывает результат измерения прочности при растяжении после старения в течение 500 час. Кроме того, Фиг. 4 представляет собой график, суммирующий результаты измерения прочности при растяжении образцов с различными добавочными количествами Cu.

[0043] Все образцы «0,05Cu» - «2,2Cu» имеют желаемый коэффициент изменения прочности выше 90% до и после старения. Однако, поскольку могут возникнуть такие проблемы, как увеличение так называемого выщелачивания Cu, не является предпочтительным, чтобы добавочное количество Cu составляло 0,05 мас.%. Вместе с тем, поскольку могут возникнуть такие проблемы, как повышение температуры жидкой фазы, образование усадочных раковин и т.п., не является предпочтительным, чтобы добавочное количество Cu составляло 2,2 мас.%.

[0044] Из вышеприведенного описания следует, что, когда к основному составу Sn-Cu-Ni-Bi добавляется Ge, предпочтительно, чтобы в вышеуказанном составе добавочное количество Cu составляло от 0,1 до 2,0 мас.%.

[0045] Далее будет подробно описано изменение прочности при растяжении, вызываемое изменением добавляемого количества Ni, в случае добавления Ge к основному составу Sn-Cu-Ni-Bi.

[0046] В этом случае Cu, Bi и Ge содержатся в количестве 0,7 мас.%, 1,5 мас.% и 0,006 мас.% соответственно, добавочно добавляется Ni в количестве от 0,005 до 0,55 мас.%, а остаток – Sn. В дальнейшем для удобства объяснения образец, в котором добавлено 0,005 мас.% Ni, образец, в котором добавлено 0,01 мас.% Ni, образец, в котором добавлено 0,05 мас.% Ni, образец, в котором добавлено 0,5 мас.% Ni, и образец, в котором добавлено 0,55 мас.% Ni, будут упоминаться как «0,005Ni», «0,01Ni», «0,05Ni», «0,5Ni» и «0,55Ni» соответственно.

[0047] Эти образцы приготовили вышеописанным способом и выполняли обработку старением на приготовленных образцах при 150°С в течение 0 час и 500 час, и их прочность при растяжении измеряли вышеописанным способом.

[0048] Таблица 7

A
(0 ЧАС) Название образца 0,005Ni 0,01Ni 0,05Ni 0,5Ni 0,55Ni РЕЗУЛЬТАТ ИЗМЕРЕНИЯ (МПа) 52,7 51,5 51,6 55,5 56,1 C
(500 ЧАС) Название образца 0,005Ni 0,01Ni 0,05Ni 0,5Ni 0,55Ni РЕЗУЛЬТАТ ИЗМЕРЕНИЯ (МПа) 50,7 50,7 52,7 56,5 55,1 КОЭФФИЦИЕНТ ИЗМЕНЕНИЯ ПРОЧНОСТИ (C/A) (%) 96% 98% 102% 102% 98%

[0049] Таблица 7 показывает результаты измерения прочности при растяжении образцов, имеющих различные добавленные количества Ni, как описано выше. Часть «A» Таблицы 7 показывает результат измерения прочности при растяжении после старения в течение 0 час, а часть «C» Таблицы 7 показывает результат измерения прочности при растяжении после старения в течение 500 час. Кроме того, Фиг. 5 представляет собой график, суммирующий результаты измерения прочности при растяжении образцов с различными добавочными количествами Ni.

[0050] Все образцы «0,005Ni» - «0,55Ni» имеют желаемый коэффициент изменения прочности выше 90% до и после старения. Однако не является предпочтительным, чтобы добавочное количество Ni было малым, поскольку эффект подавления укрупнения интерметаллического соединения на границе слоев сплава может быть потерян, что будет вызывать трещины. Вместе с тем, не является предпочтительным, чтобы добавочное количество Ni превышало 0,5 мас.%, поскольку температура жидкой фазы может повыситься, что будет вызывать образование усадочных раковин.

[0051] Из вышеприведенного описания следует, что, когда к основному составу Sn-Cu-Ni-Bi добавляется Ge, предпочтительно, чтобы в вышеуказанном составе добавочное количество Ni составляло от 0,01 до 0,5 мас.%.

[0052] Далее будет подробно описано изменение прочности при растяжении, вызываемое изменением добавляемого количества Ge, в случае добавления Ge к основному составу Sn-Cu-Ni-Bi.

[0053] В этом случае Cu, Ni и Bi содержатся в количестве 0,7 мас.%, 0,05 мас.% и 1,5 мас.% соответственно. Кроме того, Ge добавляется в количестве от 0,0001 до 1 мас.%, а остаток – Sn. В дальнейшем для удобства объяснения образец, в котором добавлено 0,0001 мас.% Ge, образец, в котором добавлено 0,001 мас.% Ge, образец, в котором добавлено 0,006 мас.% Ge, образец, в котором добавлено 0,1 мас.% Ge, и образец, в котором добавлено 1 мас.% Ge, будут упоминаться как «0,0001Ge», «0,001Ge», «0,006Ge», «0,1Ge» и «1Ge» соответственно.

[0054] Эти образцы приготовили вышеописанным способом и выполняли обработку старением на приготовленных образцах при 150°С в течение 0 час и 500 час, и их прочность при растяжении измеряли вышеописанным способом.

[0055] Таблица 8

A
(0 ЧАС) Название образца 0,0001Ge 0,001Ge 0,006Ge 0,1Ge 1Ge РЕЗУЛЬТАТ ИЗМЕРЕНИЯ (МПа) 52,4 52,7 51,6 59,0 79,4 C
(500 ЧАС) Название образца 0,0001Ge 0,001Ge 0,006Ge 0,1Ge 1Ge РЕЗУЛЬТАТ ИЗМЕРЕНИЯ (МПа) 50,7 51,5 52,7 52,9 55,3 КОЭФФИЦИЕНТ ИЗМЕНЕНИЯ ПРОЧНОСТИ (C/A) (%) 97% 98% 102% 90% 70%

[0056] Таблица 8 показывает результаты измерения прочности при растяжении образцов, имеющих различные добавочные количества Ge, как описано выше. Часть «A» Таблицы 8 показывает результат измерения прочности при растяжении после старения в течение 0 час, а часть «C» Таблицы 8 показывает результат измерения прочности при растяжении после старения в течение 500 час. Кроме того, Фиг. 6 представляет собой график, суммирующий результаты измерения прочности при растяжении образцов с различными добавочными количествами Ge.

[0057] Все образцы «0,0001Ge» - «0,1Ge» имеют желаемый коэффициент изменения прочности выше 90% до и после старения. Однако не является предпочтительным, чтобы добавочное количество Ge составляло 0,0001 мас.%, поскольку эффект предотвращения окисления может быть подавлен. В то же время, когда добавочное количество Ge составляет 1 мас.%, коэффициент изменения прочности до и после старения намного меньше, чем 90%.

[0058] Из вышеприведенного описания следует, что когда к основному составу Sn-Cu-Ni-Bi добавляется Ge, предпочтительно, чтобы в вышеуказанном составе добавочное количество Ge составляло от 0,001 до 0,1 мас.%.

[0059] В то же время, поскольку ожидается, что эффект предотвращения окисления будет улучшаться по мере того, как добавочное количество Ge увеличивается, добавочное количество Ge может также составлять от 0,001 до 1,0 мас.%.

[0060] Далее будет подробно описано изменение прочности при растяжении, вызываемое изменением добавляемого количества In, в случае добавления In к основному составу Sn-Cu-Ni-Bi.

[0061] В этом случае Cu, Ni, Bi и Ge содержатся в количестве 0,7 мас.%, 0,05 мас.%, 1,5 мас.% и 0,006 мас.% соответственно. Кроме того, In добавляется в количестве от 0 до 10 мас.%, а остаток – Sn. В дальнейшем для удобства объяснения образец, в котором добавлено 0 мас.% In, образец, в котором добавлено 0,1 мас.% In, образец, в котором добавлено 3 мас.% In, образец, в котором добавлено 4 мас.% In, образец, в котором добавлено 5 мас.% In, образец, в котором добавлено 6 мас.% In, образец, в котором добавлено 7 мас.% In, и образец, в котором добавлено 10 мас.% In, будут упоминаться как «0In», «0,1In», «3In», «4In», «5In», «6In», «7In» и «10In» соответственно.

[0062] Эти образцы приготовили вышеописанным способом и выполняли обработку старением на приготовленных образцах при 150°С в течение 0 час и 500 час, и их прочность при растяжении измеряли вышеописанным способом.

[0063] Таблица 9

A
(0 ЧАС) Название образца 0In 0,1In 3In 4In 5In 6In 7In 10In РЕЗУЛЬТАТ ИЗМЕРЕНИЯ (МПа) 51,6 51,4 56,7 57,9 62,0 66,1 67,5 67,3 C
(500 ЧАС) Название образца 0In 0,1In 3In 4In 5In 6In 7In 10In РЕЗУЛЬТАТ ИЗМЕРЕНИЯ (МПа) 52,7 51,4 58,7 60,4 67 73,5 74,4 48,8 КОЭФФИЦИЕНТ ИЗМЕНЕНИЯ ПРОЧНОСТИ (C/A) (%) 102% 100% 104% 104% 108% 111% 110% 73%

[0064] Таблица 9 показывает результаты измерения прочности при растяжении образцов, имеющих различные добавочные количества In (в дальнейшем называемых модифицированными индием образцами), как описано выше. Часть «A» Таблицы 9 показывает результат измерения прочности при растяжении после старения в течение 0 час, а часть «C» Таблицы 9 показывает результат измерения прочности при растяжении после старения в течение 500 час. Кроме того, Фиг. 7 представляет собой график, суммирующий результаты измерения прочности при растяжении образцов с различными добавочными количествами In.

[0065] Все модифицированные индием образцы, за исключением образца «10In», имеют желаемый коэффициент изменения прочности выше 90% до и после старения. Соответственно, можно также считать, что эффективное добавочное количество индия составляет от 0,1 до 7 мас.%.

[0066] Между тем, Таблица 10 показывает результаты измерения коэффициента удлинения модифицированных индием образцов. Часть «А» Таблицы 10 показывает результаты измерения коэффициента удлинения после старения в течение 0 час, а часть «C» Таблицы 10 показывает результаты измерения коэффициента удлинения после старения в течение 500 час, и коэффициент изменения удлинения является результатом, показывающим изменение коэффициента удлинения после старения в течение 500 часов в процентах (%). Кроме того, Фиг. 8 представляет собой график, суммирующий результаты измерения коэффициента удлинения вышеописанных модифицированных индием образцов.

[0067] Таблица 10

A
(0 ЧАС) Название образца 0In 0,1In 3In 4In 5In 6In 7In 10In РЕЗУЛЬТАТ ИЗМЕРЕНИЯ (%) 33 39 38 32 27 22 22 14 C
(500 ЧАС) Название образца 0In 0,1In 3In 4In 5In 6In 7In 10In РЕЗУЛЬТАТ ИЗМЕРЕНИЯ (%) 37 37 35 35 32 26 21 24 КОЭФФИЦИЕНТ ИЗМЕНЕНИЯ ПРОЧНОСТИ (C/A) (%) 112% 95% 92% 109% 119% 118% 95% 171%

[0068] Здесь коэффициент удлинения может быть получен с помощью следующего уравнения. В этом уравнении «δ» представляет собой коэффициент удлинения, «L₀» - длину между точками замера до измерения прочности при растяжении, а «L» - длину между точками замера после измерения прочности при растяжении.

δ(%)=(L-L₀)/L₀×100

[0069] Кроме того, коэффициент удлинения вычисляли с использованием вышеприведенного уравнения путем отметки заданной длины (50 мм, L₀) между точками замера на образце для испытания перед измерением прочности при растяжении и измерения длины (L) между точками замера во время совмещения частей разрушенного образца для испытания после измерения прочности при растяжении.

[0070] Как можно увидеть из Таблицы 10 и Фиг. 8, в диапазоне, в котором добавочное количество In составляет от 4 мас.% (4In) до 6 мас.% (6In), все образцы имеют стабильный коэффициент изменения удлинения, превышающий 100%. Таким образом, в этом диапазоне коэффициент удлинения улучшается после старения.

[0071] Другими словами, в таком диапазоне превращение может более легко произойти после старения, чем перед старением. Когда извне прикладывается удар, этот удар должен поглощаться за счет превращения, и прочность в целом увеличивается в некоторой степени. Следовательно, такое улучшение коэффициента удлинения может способствовать улучшению прочности.

[0072] Однако, когда добавочное количество In является чрезмерно большим, может уменьшиться температура, при которой начинается превращение.

[0073] Из вышеприведенного описания следует, что, когда к основному составу Sn-Cu-Ni-Bi добавляется In, предпочтительно, чтобы в вышеуказанном составе добавочное количество In составляло от 0,1 до 6 мас.%.

[0074] В то же время, поскольку ожидается, что по мере увеличения добавочного количества In температура жидкой фазы будет уменьшаться, а прочность увеличиваться, то добавочное количество In также может составлять от 0,1 до 10 мас.%.

[0075] Далее будет описано изменение прочности образца «SAC305», содержащего только Ag, Cu и Sn, без добавления в него Ni, Ge и Bi, а также образцов с основным составом Sn-Cu-Ni-Bi, в которых добавлены Ge, Sb, In, Ga, P, Co, Al, Ti или Ag (в дальнейшем называемые дополнительными элементами).

[0076] Таблица 11

[0077] Таблица 11 показывает результаты измерения прочности при растяжении образцов, в которых добавлен дополнительный элемент. Часть «A» Таблицы 11 показывает результат измерения прочности при растяжении после старения в течение 0 час, а часть «C» Таблицы 11 показывает результат измерения прочности при растяжении после старения в течение 500 час. Кроме того, Фиг. 9 представляет собой график, суммирующий результаты измерения прочности при растяжении образцов, в которые был добавлен дополнительный элемент.

[0078] Кроме того, состав образцов, в которые был добавлен дополнительный элемент, показан в Таблице 12. Здесь, поскольку образец «SAC305» имеет тот же самый состав, что и образец «SAC305» (производства компании Nihon Superior Co., Ltd.) в вышеприведенной Таблице 4, а состав образца «+1,5Bi» (I) уже был показан в Таблице 2, их составы не будут представлены подробно.

[0079] Таблица 12

Ge Sb In Ga P Co Al Ti Ag 0,001Ge(II) 0,001 0 0 0 0 0 0 0 0 0,1Ge(III) 0,1 0 0 0 0 0 0 0 0 0,1Sb(IV) 0,006 0,1 0 0 0 0 0 0 0 5Sb(V) 0,006 5 0 0 0 0 0 0 0 0,1In(VI) 0,006 0 0,1 0 0 0 0 0 0 10In(VII) 0,006 0 10 0 0 0 0 0 0 0,001Ga(VIII) 0,006 0 0 0,001 0 0 0 0 0 1Ga(IX) 0,006 0 0 1 0 0 0 0 0 0,005P(X) 0,006 0 0 0 0,005 0 0 0 0 0,05Co(XI) 0,006 0 0 0 0 0,05 0 0 0 0,01Al(XII) 0,006 0 0 0 0 0 0,01 0 0 0,005Ti(XIII) 0,006 0 0 0 0 0 0 0,005 0 1Ag(XIV) 0,006 0 0 0 0 0 0 0 1 Единица измерения: мас.%

Во всех Образцах II-XIV, показанных в Таблицах 11 и 12, Cu, Ni и Bi содержатся в количестве 0,7 мас.%, 0,05 мас.% и 1,5 мас.% соответственно. В дальнейшем для удобства объяснения описанное выше содержание Cu, Ni и Bi будет упоминаться как основной состав.

[0080] Кроме того, в Образцах II и III Ge дополнительно содержится в количестве 0,001 мас.% или 0,1 мас.% соответственно, в дополнение к вышеописанному основному составу, а остаток – Sn. В дополнение, Образцы IV-XIV содержат 0,006 мас.% Ge вместе с вышеописанным основным составом, а также дополнительно содержат дополнительные элементы.

[0081] Как можно увидеть из Фиг. 9 и Таблицы 11, только образцы «SAC305» и «10In» (VII) имеют коэффициент изменения прочности ниже 90% до и после старения. То есть было определено, что за исключением Образца VII дополнительный элемент и соответствующее каждому образцу добавочное количество сохраняют эффекты настоящего изобретения, то есть эффект улучшенной надежности после старения (улучшенной прочности при растяжении), обеспечивая уникальные эффекты благодаря дополнительным элементам.

[0082] Например, Ge и P обладают уникальным эффектом предотвращения окисления Sn и ингредиентов припоя благодаря оксидным пленкам. Ti и Ga обладают уникальными эффектами самоокисления и увеличения общей прочности. In обладает уникальными эффектами уменьшения температуры жидкой фазы и увеличения прочности, а Ag обладает уникальным эффектом увеличения прочности перед старением за счет дисперсионного твердения и упрочнения. Co обладает уникальным эффектом утончения слоя интерметаллического соединения, а Al обладает уникальными эффектами измельчения интерметаллического соединения, подавления уменьшения прочности после старения, а также самоокисления.

[0083] Таблица 13 показывает сравнение между прочностью при растяжении образца «SAC305» и прочностью при растяжении Образцов I-XIV до и после старения. Более конкретно, Таблица 13 показывает отношения прочности при растяжении Образцов I-XIV к прочности при растяжении образца «SAC305», а также отношения прочности при растяжении образца «SAC305» и Образцов II-XIV к прочности при растяжении Образца I в процентах (%). Другими словами, Таблица 13 показывает относительные прочности при растяжении по отношению к образцу «SAC305» и Образцу I до и после старения.

[0084] Таблица 13

Сплав ДО СТАРЕНИЯ ПОСЛЕ СТАРЕНИЯ СРАВНЕНИЕ С SAC305 СРАВНЕНИЕ С SN1+1,5Bi СРАВНЕНИЕ С SAC305 СРАВНЕНИЕ С SN1+1,5Bi SAC305 100 93 100 67 1,5Bi 107 100 148 100 0,001Ge 109 102 145 98 0,1Ge 123 115 149 100 0,1Sb 109 102 147 99 5Sb 134 125 181 122 0,1In 107 100 144 97 10In 140 131 137 93 0,001Ga 105 98 145 98 1Ga 130 121 202 136 0,005P 105 98 150 101 0,05Co 105 98 152 102 0,01Al 104 97 146 98 0,005Ti 109 102 152 103 1Ag 124 116 157 106 Единица измерения: мас.%

[0085] Как можно увидеть из Таблицы 13, все Образцы II-XIV имеют относительную прочность при растяжении 93% или более как до, так и после старения, в частности, Образцы V и IX имеют относительную прочность при растяжении более 120% как до, так и после старения. Из описанных выше результатов также видно, что в случае добавления вышеописанных дополнительных элементов эффекты настоящего изобретения могут быть сохранены, а также могут быть получены уникальные эффекты дополнительных элементов, как было описано выше.

[0086] Если они находятся внутри диапазона, в котором получаются эффекты настоящего изобретения, форма или эксплуатация бессвинцового припоя по настоящему изобретению, который имеет Sn-Cu-Ni-Bi в качестве основного состава, не ограничена, и бессвинцовый припой может использоваться для пайки в проточном припое или пайки расплавлением полуды. Бессвинцовый припой может иметь форму такого типа, как паяльная паста, трубчатый припой с канифолью, порошок, заготовка, а также шариковый припой, в соответствии с его применением, а также типа прутка для пайки в проточном припое.

Кроме того, настоящее изобретение также направлено на паяное соединение, которое получено с помощью бессвинцового припоя по настоящему изобретению, обработанного так, чтобы иметь различные формы.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

[0087] Настоящее изобретение представляет собой бессвинцовый припой, обладающий универсальностью с тем, чтобы не быть ограниченным видом продукта припоя, и поскольку уменьшение прочности соединения у паяного соединения является небольшим даже в состоянии, подвергнутом воздействию высокой температуры в течение длительного времени, сохраняется превосходная долгосрочная надежность паяного соединения. Соответственно, настоящее изобретение может широко применяться в приборах и устройствах с паяными соединениями, в которых протекает большой ток, в приборах и устройствах, подвергающихся воздействию высоких температур, или т.п., а также для низкотемпературной пайки электронных устройств.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к бессвинцовым припоям, и может быть использовано в приборах и устройствах с паяными соединениями, которые подвергаются воздействию высоких температур. Бессвинцовый припой содержит, мас.%: Sn 76,0-99,5, Cu 0,1-2,0, Ni 0,01-0,5, Bi 0,1-5,0, Ge от 0,0001 до менее 0,01, неизбежные примеси - остальное. Обеспечивается возможность осуществлять пайку с высокой надежностью без уменьшения прочности паяного соединения, в том числе в состоянии, подвергнутом воздействию высокой температуры в течение длительного времени. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 9 ил., 13 табл.

1. Бессвинцовый припой, содержащий, мас.%:

Sn 76,0-99,5;

Cu 0,1-2,0;

Ni 0,01-0,5;

Bi 0,1-5,0;

Ge от 0,0001 до менее 0,01;

неизбежные примеси - остальное.

2. Бессвинцовый припой по п. 1, отличающийся тем, что содержание Bi составляет от 0,5 до 4 мас.%.

3. Бессвинцовый припой по п. 1 или 2, отличающийся тем, что содержание Bi составляет от 1 до 3 мас.%.

4. Паяное соединение, полученное с использованием бессвинцового припоя по любому из пп. 1-3.