Припой для пайки железокобальтовых сплавов Советский патент 1991 года по МПК B23K35/30 

Изобретение относится к пайке, в частности к составу припоя, применяемого преимущественно для пайки полупроводниковых металлокерамических приборов.

Цель изобретения - повышение адгезионной прочности, вакуумной плотности паяных соединений при термоциклировании, улучшение смачивания и растекания припоя.

Припой имеет следующий состав. мас.%:

Фосфор2-5

Олово1-10

Никель0,5-2,5

Свинец1-13

Цинк1-6

Элемент, выбранный из

группы: молибден или ванадий или кобальт0.1-2 Медь Остальное Введение фосфора существенно снижает температуру плавления меди.

Однако добавление фосфора к меди снижает пластичность, повышает твердость за счет образования хрупких соединений меди с фосфором. Таким образом, чем больше фосфора добавляется, тем более хрупкий получается сплав и при 6% фосфора пластичность его равняется нулю. Уменьшением содержания фосфора можно уменьшить опасность хрупкого разрушения, однако при этом повышается температура плавления. Сплав, содержащий 5% фосфора, значительно пластичнее, чем

О

%

СО СЛ

сплав, содержащий 7% фосфора Температура его полного плавления и растекания приблизительно на 100°С выше но начало плавления одинаково и равно 714°С. При пайке меднофосфорными припоями их полное плавление при растекании не является необходимым условием. Эти припои растекаются уже при наличии 80% жидкой фазы. В связи с этим содержание фосфора снижается до 2-5% Это приводит к тому, что сппав обладает пластичностыо(5 15-20%) при прочности Оь 52 56 кг /мм2. При содержании фосфора более 5 мае % повышается вероятность образования хрупких фосфидов железа и кобальта при пайке сплавов типа ковар(29НК), ивар(ЗбН) элинвар (42Н) и др При содержании фосфора менее 2% недопустимо повышается температура начала плавления припоя отсутствует достаточное количество жидкой фазы

Олово содержащееся в припое снижает температуру плавления припоя, повышает коррозионную стойкости паяного соединения увеличивает жидки екучееть припоя по паяемой поверхности Распределяясь по границам олово препятствует испарению фосфора, что обеспечивает б )лее высокую вакуумную плотность и герметичность шва Увеличение содержания олова более 10% приводит к охрупчиванию сплава, резкому снижению ударной вязкости и сопротивления сразу паяных соединений до 12- 13 кг/мм вследствие образования в паяном шве хрупкой фазы При уменьшении количества олова в припое менее 1% не наблюдается уменьшение температуры плавления припоя Действие олова как поверхностно- активного элемента при таком количестве выражено слабо так как факти чески все олово переходит в твердый раствор и не выделяется по границам зерен

Никель, содержащийся в припое увеличивает предел прочности на срез паяных соединений на 4-6 кг/мм Добавка никеля способствует уменьшению ликвидации свинца в припое, расширяет область твердого раствора меди, способствуя повышению пластичности Увеличение никеля более 2,5% приводит к повышению температуры ликвидуса без существенного улучшения технологических характеристик Уменьшение содержания никеля менее 0,5% неэффективно так как не оказывает влияния на механические характеристики паяного соединения

Молибден, содержащийся в поипое в количестве 0,1-2%, является модификатором, способствует измельчению структурных составляющих при кристаллизации припоя что вызывает улучшение механических свойств повышение вакуумной плотности соединении Увеличение содержания молибдена более 2% приводит к образованию нерастворимых включений в припое

охрупчивэющих его, а также к повышению температуры солидуса Уменьшение содержания молибдена менее 0,1 % не оказывает значительного полол-mРЛЬНОГО влияния на технологические свойства припоя

0Аналогичное влияние оказывают ванадий и кобальт Но они практически не растворимы в меди и для их введения в припой предварительно выплавлялась лигатура никеля или с молибденом или с ванадием или

5 с кобальтом которая затем вводилась в окончат°льн( npni н впг нный расплавлен ныивгиг/е припои припои разливался в кручлье знготонкп для дальнейшей переработки экструзии о пр нолоку

0Однако запаянные данн IM припоем полупроводниковые приборы не выдержива ют термоцикпирования В дальнейшем при проверке на герметичность отмечаются высокие потери вакуумной плотности гниже5 ние степени вакуума внутри прибора Припой имеет большой интервал плавления что вызывает Gum шие усадочные явления при кристаллизации приводящие к внутренним напряжениям в ото и толаива0 нию при охлаждении

Для устранения этих недостатков в припой введены дополнительно свинец и цинк Свинец в пределах 1 13/, присутствует в припое в виде обособленной фазы резко

5 уменьшая интервал плавления припоя и играя роль демпфера при термоциклирова- нии и о лаждснии после паиш Меньше свинца чем 1% вводить нельзя так как не заметно его положительное впияние При

Q увеличении свинца внше 13% появляется ликвидация свинца которую не устраняет даже никель

Цинк способствует увеличению адгезии при пайке железокобальтовых сплавов, по5 вышая прочность спая Но при введении его более 6% увеличивается остаточное давление паров после герметизации полупроводникового прибора до 10 мм рт ст что недопустимо так как резко ухудшаются хаQ рактеристики прибора Менее 1% цинка практически не повышает адгезионную прочность Цинк меняет интервал кристаллизации и уменьшает газонасыщенность паяного шва

еПримеры выполнения припоя даны в

табл 1

Из отлитого припоя горячим прессованием изготавливали проволоку 0 1 мм Для определения технологических свойств припоев использовали промышленную конвейерную печь СИЗ 4 20 1 5/ 11 5 Х45М1 на rf от-тельная камера котор т попнена во дородом с точкой рсхы 10 (

Ь af л 2 гт к t дены , н логические и м«- IH 1 еск ie характерен гики припоя и па- яч | соединении ри пайке в среде водоро- д, плава 29НК

Из рассмотрение физию-трхнологиче ски воисгв г идно что наибт прмемли- мь м являютс0 составы 4 rj и 7 ьлагодаря высокой адгезионной прочности, низкой скорости нэтекания в полупроводниковом приборе после термоциклировзния это резу -тат демпфирующего влияния свинца и yt «личивающрго прочность сцепления цин- кг Положительно отличает oi прототипа и yfv нича ощаяся с 8/iu 124 мм 1 пощадь pci.cfaHMM flpVt эгом ТР- п п плавления нл повышается

Из табл 2 видно что запредельное со- держании свинца и цинка у /дшает показатели припое (в составах ,8 понижается адгезия, что приводит к снижению прочности большой скоро ги н токания состав 3 Х ,и к1еризуется сравни льно низкой par текаемостью по паяемой поверхности спла- вя 9НК)

Все фазов ie г ir 1нпляюшие предложен- р -го припоя сп ч восс1анччливап( я в водородной .jTr-1 .фнр с точкой росы от - 40°С и не npenaTciBviO хорошему рас.текл нию по паяемой ловерхнпсич Кроме гого припии обеспечивает мсланмческую проч

носгь и вакуумную плотность металлокера мических спаев в условиях эксплуатации приборов до 150 250°С имеет низкую упругость паров при 400°С не более 2-10 мм рт ст Взаимодействие меди и фосфора с металлизационным покрытием на кера- минимальное и достаточно для получен и ч прочного вакуумноплотного мр-птокерэмического соединения

Формула изобретения

Припой для пайки железокобальтовых сплавов содержащий фосфор, олово, никель медь отличающийся тем, что, с целью повышения адгезионной прочности, вакуумной плотности паяных соединений при гермоциклироес ии улучшения смачи- вяния и растекания припоя, он дополнительно содержит свинец, цинк и элемент, выбранный из группы кобальт, ванадий, молибден при следующем содержании компонентов мае %

Фосфор2,0-5,0

Олово1.0-10.0

Никель0,5-2,5

Свинец1,0-13,0

Цинк1,0-6,0

Элемент выбранный из группы молибден,кобальт, ванадий0.1-2.0 Медь Остальное

Изобретение относится к пайке, в частности к составу припоя, применяемого при пайке железокобальтовых сплавов, преимущественно деталей полупроводниковых металлокерамических приборов. Цель изобретения - повышение адгезионной прочности, вакуумной плотности паяных соединений при термоциклировании, улучшение смачивания и растекания припоя. Припой имеет следующий состав, мас.%: фосфор 2 - 5

цинк 1 - 6

олово 1 - 10

никель 0,5 - 2,5

свинец 1 - 13

элемент, выбранный из группы: молибден или кобальт или ванадий 0,1 - 2, медь - остальное. Температура плавления припоя в зависимости от состава находится в пределах 710 - 780°С. При пайке в среде водорода сплава 49 НК припой растекается на величину 86 - 126 мм². Величина адгезии составляет 9 - 13,3 кг/мм². Вакуумная плотность определяется по натеканию в приборе после термоциклирования, которое составляет 2,1 х 10^-5 - 5,1 х 10^-8 мм рт. ст. 2 табл.

римечанис Меньшему ол лр 1м IH фосфора долхно соотьетг твовать большее содержание олова

Т аб л л ц э 1

Таблица 2