CS237343B2

CS237343B2 - Alloyed solder for direct soldering of contacting materials

Info

Publication number: CS237343B2
Application number: CS836940A
Authority: CS
Inventors: Willi Malikowski; Roger Wolmer; Wolfgang Boehm
Original assignee: Degussa
Priority date: 1982-09-25
Filing date: 1983-09-23
Publication date: 1985-07-16
Also published as: ES8501276A1; ES525601A0; NO832765L; JPS5961593A; AR230653A1; FI833298A; CS694083A2; CA1218882A; DE3364956D1; DK375483A; NO157288C; IN161201B; DK157839B; MX161617A; YU43322B; DK157839C; HU191638B; NO157288B; EP0104500B1; AU1952283A

Abstract

1. The use of alloys consisting of from 20 to 35% by weight of copper, from 0.1 to 5% by weight of palladium, and the remainder silver, for directly soldering oxide-containing silver contact materials, particularly silver tin oxide, on contact carriers.

Description

Vynález se týká sliťnových stříbrných pájek k přímému připájení kontaktových materiálů ze stříbra s obsahem oxidů, ' zejména stříbra s oxidem cíničitým, na nosič kontaktu.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention This invention relates to silver alloy solders for directly soldering contact materials of silver containing oxides, in particular silver with tin oxide, to a contact carrier.

Kontaktové materiály - ze vzácných - kovů - - s oxidy kovů, jako je - oxid kademnatý, cíničitý nebo oxid india, se obvykle připájejí na obecné nosné materiály, jako je železo, nikl nebo měď. Protože takové vrstvené materiály musejí mít pro spínání dlouhou životnost, aby pájený spoj mezi vrstvami - byl pevný.Contact materials - of precious metals - with metal oxides such as cadmium oxide, tin oxide or indium oxide are usually soldered to general carrier materials such as iron, nickel or copper. Because such laminated materials must have a long lifetime for switching, so that the soldered joint between the layers is strong.

Takové pájené spoje se zpravidla vyrábějí tak, že kontaktové plochy se opatří vrstvou z ryzího stříbra nebo slitiny stříbra a kadmia, případně cínu, kterou lze dobře pájet. Protože tyto¹ přídavné vrstvy zvyšují cenu při výrobě kontaktů schopných pájení a mají vysoký obsah stříbra, existují způsoby, které obcházejí výrobu speciální pájení schopné vrstvy - a - - používají přímého· pájení.Such brazed joints are generally produced by providing the contact surfaces with a layer of pure silver or a silver-cadmium alloy or tin that can be soldered well. Since these ¹ additional layers increase the cost of producing solderable contacts and have a high silver content, there are methods that circumvent the production of a special solderable layer - and - using direct soldering.

Je známé, například podle NSR spisu DAS č. 23 65 450 zalít materiály ze stříbra a oxidu kovu slitinou stříbra a mědi a potom připájet k nosiči. Rovněž nanášení reaktivních pájek na podkladě slitin mědi, stříbra a fosforu na kontaktové - materiály je známé, naříklad podle NSR spisu DOS č. 24 38 922.It is known, for example, according to German DAS No. 23 65 450 to embed silver and metal oxide materials with a silver-copper alloy and then to solder them to a support. Also, the deposition of reactive solders on the basis of copper, silver and phosphorus alloys on contact materials is known, for example according to German Patent Specification No. 24 38 922.

Přímá- pájka - podle - - NSR......spisu DOS - - čísloDirect solder - according to - - Germany ...... DOS file - - number

11 821 sestává ze dvou částí, přičemž jedna vrstva ze slitiny stříbra s fosforem má při pájení reagovat s vrstvou ze slitiny stříbra s kadmiem- na jednotnou pájku ze stříbra, mědi, kadmia a fosforu. NSR spis DOS č. 29 48 915 popisuje přímou pájku ze stříbra, mědi, kadmia, cínu a india k připájení stříbrných kontaktových materiálů s obsahem oxidů na kontaktové nosiče. Tato pájka smáčí velmi dobře stříbrné materiály s kysličníky kovů, aniž by v difúzním pásmu vznikaly křehké fáze. V NSR spise DOS č.11,821 consists of two parts, one silver-phosphorus alloy layer to be brazed with the cadmium silver-alloy layer to form a single silver, copper, cadmium and phosphorus solder. German Patent Application No. 29 48 915 discloses a direct solder of silver, copper, cadmium, tin and indium for soldering silver oxide-containing contact materials to contact carriers. This solder wets very well silver materials with metal oxides without creating brittle phases in the diffusion zone. In Germany, DOS no.

23 357 se rovněž popisuje pájka, která je obzvláště vhodná pro kontaktové materiály ze stříbra s oxidem cíničitým a sestává ze stříbra, cínu, india a germania.23 357 also discloses a solder which is particularly suitable for contact materials of silver with tin oxide and consists of silver, tin, indium and germanium.

Existuje tedy celá řada slitinových pájek, které smáčejí stříbro s obsahem oxidů kovů a nevytvářejí v difúzní oblasti mezi kontaktovými materiály a pájkou, případně mezi nosičem a pájkou křehké reakční zóny. Známé slitinové pájky jsou však použitelné pouze omezeně. Zejména u stříbrných materiálů s oxidem cíničitým spočívá hlavní -obtíž v tom, že spojovací pásmo má většinou kratší životnost než kontaktový materiál, který je velice odolný proti opalování.Thus, there are a number of alloy solders that wet the silver containing metal oxides and do not form a brittle reaction zone in the diffusion region between the contact materials and the solder, or between the carrier and the solder. However, the known alloy solders are of limited use. Particularly in the case of tin oxide silver materials, the main difficulty is that the bonding zone is usually shorter in life than the contact material, which is very resistant to tanning.

Speciální problematika kontaktových materiálů připájených na nosiče tkví v tom, že. v důsledku teplotních rozdílů vznikají mechanická napětí. Na spínací ploše kontaktů se energií -oblouku zvyšují teploty nad 1000° Celsia. Na protilehlé straně pájené součásti mají být teploty, které nepřekračují podstatně teplotu okolí. Tento- teplotní rozdíl se má vyrovnat na vzdálenost například asi 3 mm. Neustálým střídáním teplot při spínání vznikají velká smyková a tahová napětí, která mohou způsobit odlupování kontaktových dosedacích ploch. U - kontaktových ploch s mezlvrstvou z ryzího stříbra mohou být - tato napětí do- jisté míry vyrovnána plastickou deformací v této velmi tažné vrstvě. Životnost - -spájení - je však omezena nízkou pevností stříbra nebo sloučeniny stříbra se slitinou stříbra a oxidu kovu. Při přímo připájených kontaktových plochách taková vložená vrstva neexistuje a nemůže se tedy - projevit nepříznivým účinkem.A special issue of contact materials soldered to carriers is that. temperature differences create mechanical stresses. Temperatures above 1000 ° C are raised on the switch contact area with arc energy. On the opposite side of the brazed component there should be temperatures that do not substantially exceed the ambient temperature. This temperature difference should be offset over a distance of, for example, about 3 mm. Constant shifting of switching temperatures results in high shear and tensile stresses that can cause the contact surfaces to peel off. In the case of contact surfaces with a pure silver interlayer, these stresses can be compensated to a certain extent by plastic deformation in this very ductile layer. However, the service life - soldering - is limited by the low strength of the silver or silver compound with the silver-metal oxide alloy. In the case of directly soldered contact surfaces, such an intermediate layer does not exist and cannot therefore have an adverse effect.

Účelem vynálezu je vytvořit slitinové - stříbrné pájky; k přímému připájení kontaktových - materiálů ze stříbra s obsahem oxidů, zejména ze stříbra s oxidem cíničitým na nosiče - -kontaktů, aby dobře smáčely materiál ze stříbra a oxidu kovu a daly se tedy dobře - pájet. Slitinové pájky mají být tažné, aby vyrovnávaly plastickou deformací smykové a tahová napětí, a mají mít vyšší pevnost - než - - stříbro, aby - smyková - a tahová - - napětí při spínání nepřekročila mez pevnosti. Aby se zabránilo vzniku přídavných napětí, mají mít - slitinové pájky součinitel tepelné roztažnosti odpovídající ostatním složkám součásti.The purpose of the invention is to provide alloy-silver solders; for direct soldering of contact materials of silver-containing oxides, in particular of silver with tin oxide, to contact carriers, so as to wet the silver-metal oxide material well and thus to be solderable. Alloy solders should be tensile to compensate for the shear and tensile stresses by plastic deformation, and have a higher strength - than - silver, so that the - shear and tensile - stresses at switching do not exceed the breaking strength. To avoid additional stresses, the alloy solders should have a coefficient of thermal expansion corresponding to the other components of the component.

Podstata vynálezu spočívá v tom, že - slitinová stříbrná pájka -obsahuje 20 až 35 % hmot, -mědi a 0,1 - až - 5 % hmot, palladia......The principle of the invention consists in that - an alloy silver solder - contains 20 to 35% by weight, - copper and 0.1 - to - 5% by weight, palladium ......

Slitinové pájky podle vynálezu splňují nečekaně v plném rozsahu všechny požadavky. - Pokud jde o životnost pájených spojů, vyrobených pomocí pájky podle vynálezu, je lepší než u konvenčního plátovaní ryzím stříbrem a než u dosavadních přímých pájek. Pokusy při spínání v různých typech stykačů ukázaly, že zejména ve spojení s kontaktovými materiály ze stříbra s oxidem cíničitým, které jsou - velice odolné proti opalování, mají součástky vyrobené s těmito slitinovými - - pájkami podstatně lepší - životnost. - Kromě - toho smáčejí- pájky velice dobře známé - stříbrné . materiály s - oxidem -kovu, aniž by reakcí na - oxid - cíničitý, - případně s oxidem cíničitým vznikala křehká - difúzní pásma.The alloy solders of the present invention unexpectedly fully meet all requirements. As to the lifetime of the solder joints produced by the solder according to the invention, it is better than with conventional pure silver cladding and than the prior art direct solder. Attempts at switching in different types of contactors have shown that especially in conjunction with tin oxide silver contact materials, which are - very resistant to tanning - components manufactured with these alloy solders have a significantly better life. - Besides - the solders are very well known - silver. materials with - metal oxide - without reaction to - tin oxide - - possibly with tin oxide - brittle - diffusion zones.

Obzvláště dobře se osvědčily slitinová pájky, které obsahují 24 až 32 - °/o hmot, palladia. Slitinové pájky s obsahem l -°/o hmot, palladia jsou ekonomicky velmi výhodné a mají - - navíc tu přednost, že mají nízkou pracovní teplotu a mírně zvýšenou životnost.Alloy solders containing 24 to 32% by weight of palladium have proved to be particularly suitable. Alloy solders containing 1% w / w of palladium are economically very advantageous and have the advantage of having a low operating temperature and a slightly increased service life.

Výhody slitinových pájek podle vynálezu dokládají následující příklady, v nichž je složení uvedeno v % hmotnostních.The advantages of the alloy solders according to the invention are illustrated by the following examples in which the composition is given in% by weight.

Příklad 1Example 1

Destičky ze slitiny 88 % stříbra a 12 % oxidu cíničitého, o rozměru 9 X 9 X 1,25 milimetru, byly připájeny pod ochranným plynem na ocelový nosič plátovaný mědí slitinovou pájkou ze stříbra s obsahem 26,6 % mědi a 5 % palladia. Pájka se přidávala ve formě pájecí fólie. Počet sepnutí ve stykači na 75 A činil v průměru 70 -000 v provozu.The alloy plates of 88% silver and 12% tin oxide, measuring 9 X 9 X 1.25 millimeters, were soldered under shielding gas to a steel carrier clad with copper alloy silver solder containing 26.6% copper and 5% palladium. The solder was added in the form of a solder foil. The number of contacts in the contactor at 75 A was on average 70 -000 in operation.

Naproti tomu dosáhly kontakty, připájené konvenčním způsobem na materiál plátovaný stříbrem, jen 30 000 sepnutí.On the other hand, the contacts soldered in conventional manner to the silver-clad material reached only 30,000 contacts.

Příklad 2Example 2

Destičky ze stejné slitiny jako v příkladě o rozměru 14 X 15 X 2,3 mm byly připájeny v atmosféře ochranného plynu na měděný nosič stříbrnou pájkou o složení s obsahem 28 % mědi a 1 % palladia. Počet sepnutí ve stykači na 250 A činil 120 000, naproti tomu u materiálu plátovaného stříbrem jen 90 000.The plates of the same alloy as in the 14 X 15 X 2.3 mm example were soldered in a shielding gas atmosphere to a copper support with a silver solder of 28% copper and 1% palladium. The number of contacts in the 250 A contactor was 120,000, compared to 90,000 for silver clad material.

Claims

I will invent the object

Alloy silver solder for direct soldering contact materials of silver containing oxides, especially silver with tin oxide, to a contact carrier, characterized in that it contains 20 to 35% by weight of copper and 0.1 to 5% by weight of palladium.