PL215207B1

PL215207B1 - Spoiwo lutownicze bezołowiowe

Info

Publication number: PL215207B1
Application number: PL386445A
Authority: PL
Inventors: Witold Missol; Zbigniew Śmieszek; Mieczysław Woch; Stanisław Księżarek; Marcin Karpiński; Krystyna Bukat
Original assignee: Inst Metali Niezelaznych
Priority date: 2008-11-05
Filing date: 2008-11-05
Publication date: 2013-11-29
Also published as: PL386445A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest spoiwo lutownicze bezołowiowe do lutowania na miękko materiałów i układów elektronicznych.

Połączenia lutowane spełniają funkcję wzajemnego połączenia elektrycznego, termicznego i mechanicznego w systemach elektronicznych. Podczas użytkowania połączenia lutowane są narażone na działanie naprężeń termicznych, wynikających ze zmian temperatury, włączania/wyłączania zasilania i innych uwarunkowań otoczenia. Wymagania stawiane w związku z tym obwodom elektronicznym mają wpływ zarówno na ich konstrukcję, jak i na materiał stosowany w tych układach, zwłaszcza w zakresie wytrzymałości i odporności na zmęczenie połączeń lutowanych.

Znane materiały lutownicze bezołowiowe zawierają, jako podstawowy składnik cynę, a ich głównym dodatkiem jest srebro, które tworzy z cyną topiącą się w temperaturze 232°C eutektykę, o punkcie topliwości 221°C. Srebro, podobnie jak dodatki miedzi, niklu, cynku, indu, bizmutu, antymonu oraz metali ziem rzadkich poprawiają zwilżalność stopem wkładek metalowych Cu, Ni, Pd i z innych materiałów np. ceramicznych oraz zwiększają własności wytrzymałościowe spoiny dzięki wydzielaniu w niej faz międzymetalicznych, wskutek czego aparatura elektroniczna wykazuje większą odporność na zmęczenie, pełzanie, szoki cieplne i obciążenia udarowe.

W opisie wynalazku CN101081463 przedstawiono skład stopu bezołowiowego Sn-Ag-Cu-Dy o zawartości Dy 0,01-4,0% wagowych, Ag 0,1-5,0% wagowych, Cu 0,01 - 2,0% wagowych, który zawiera dodatkowo P, Mg i/lub Al w ilości 0,001-0,1% wagowych.

Z opisu zgłoszonego wynalazku EP1468777 znany jest skład stopu bezołowiowego zawierającego 0,05-5,0% wagowych Ag, 0,01-0,5% wagowych Cu i co najmniej jeden spośród P, Ge, Ga, Al lub Si o zawartości całkowitej 0,001-0,05% wagowych. Stop może zawierać dodatkowo Bi, In, albo Zn oraz Sb.

Inny skład stopu bezołowiowego na podłożu Sn ujawnia opis wynalazku JP2008031550, w którym zawartość Ag stanowi 0,1 - 5,0% wagowych, Cu 0,1 - 5,0% wagowych, a zawartość dodatków wybranych odpowiednio z grupy składającej się z Sb, Bi, Cd,, In, Ag, Au, Ni, Ti oraz drugiej grupy składającej się z Ge, Zn, P, K, Cr, Mn, Na, V, Si, Al, Li, Mg i Ca jest nie większa niż 10% dla każdej z grup.

Znany jest również z opisu wynalazku WO2007014530 stop bezołowiowy do zastosowań w materiałach i produktach elektronicznych, zawierający 1,5 - 4,0% wagowych Ag, 1,1 - 2,0% wagowych Cu, 0,0010,5% wagowych AL, 0,01-1,0% wagowych Ni, resztę stanowi Sn i nieuniknione zanieczyszczenia.

Spoiwo lutownicze bezołowiowe według wynalazku zawierające, oprócz cyny, 2,5 - 4,5% wagowych srebra, 0,3 - 3,5% wagowych miedzi, 0,10 - 0,40% wagowych aluminium oraz magnez, charakteryzuje się tym, że zawiera dodatkowo 0,001 - 0,01% wagowych boru a zawartość magnezu wynosi 0,2 - 3,0% wagowych, natomiast współczynnik k = wynosi 0,30 - 0,75 gdzie Δ = 100% - %Sn.

Spoiwo według wynalazku, ze względu na odpowiednio dobrany skład wykazuje przydatność do lutowania elementów zespołów optoelektronicznych oraz wkładek i podłoży z metali lub metalizowanych tworzyw sztucznych według technologii montażu powierzchniowego w elektronicznych układach scalonych, jak również do lutowania miedzianych rur i łączników w instalacjach wodociągowych.

W spoiwie srebro działa jako antyutleniacz wskutek bardzo małego powinowactwa do tlenu i rozlokowania się na powierzchni kropel lutowia. W spoiwie według wynalazku dodatek miedzi zapobiega zbyt szybkiemu rozpuszczaniu się miedzi z wkładek metalowych w cynie i tworzeniu się masywnej, kruchej i podatnej na odpryskiwanie warstwy faz międzymetalicznych w granicznym obszarze złącza. Nieoczekiwanie okazało się, że dodatek boru wpływa na zwilżalność i rozpływ lutowia, natomiast dodatek aluminium i magnezu poprawia przyczepność spoiwa do warstw ceramicznych, jako że wchodzi w reakcje z nimi, równocześnie zawartość magnezu poniżej 3% obniża temperaturę eutektyki Sn-Mg o 20-30°C.

W korzystnym przykładzie wykonania wynalazku uzyskano spoiwo lutownicze zawierające wagowo 3,0% Ag; 0,5% Cu; 0,15% Al; 2,5% Mg; 0,001% B, resztę stanowi cyna z nieuniknionymi zanieczyszczeniami.

Współczynnik k = 0,38

W innym korzystnym przykładzie wykonania wynalazku uzyskano spoiwo lutownicze zawierające wagowo 3,0% Ag; 0,55% Cu; 0,35% Al; 0,25% Mg; 0,001% B,; resztę stanowi cyna z nieuniknionymi zanieczyszczeniami.

Współczynnik k = 0,49

PL 215 207 B1

W jeszcze innym korzystnym przykładzie wykonania wynalazku uzyskano spoiwo lutownicze zawierające wagowo 2,5% Ag; 0,3% Cu; 0,4% Al; 1,5% Mg, 0,01% B, resztę stanowi cyna z nieuniknionymi zanieczyszczeniami.

Współczynnik k = 0,39

Claims

Spoiwo lutownicze bezołowiowe zawierające, oprócz cyny, 2,5 - 4,5% wagowych srebra, 0,3 - 3,5% wagowych miedzi, 0,10 - 0,40% wagowych aluminium oraz magnez, znamienne tym, że zawiera dodatkowo 0,001 - 0,01% wagowych boru, a zawartość magnezu wynosi 0,2 - 3,0% wagowych, natomiast współczynnik k = ^A ~ ^(%Mg+l+⁺%^g wynosi 0,30-0,75 gdzie Δ = 100% - %Sn.

Rysunek , Δ - (%Mg + %A1 + %B)