CZ297089B6

CZ297089B6 - Bezolovnatá pájecí slitina

Info

Publication number: CZ297089B6
Application number: CZ20031348A
Authority: CZ
Inventors: S. Hwang@Jennie; Guo@Zhenfeng
Original assignee: Singapore Asahi Chemical And Solder Industries Pte. Ltd.
Priority date: 2000-11-16
Filing date: 2000-11-16
Publication date: 2006-09-13
Also published as: NO20032185L; EP1333957B1; NO333677B1; PT1333957E; RU2003114304A; DE60019651T2; AU2001214037A1; RU2254971C2; HUP0301858A2; DE60019651D1; WO2002040213A1; PL361336A1; HU228577B1; NO20032185D0; CY1105145T1; ES2241671T3; DK1333957T3; CZ20031348A3; PL195528B1; ATE293513T1

Abstract

Bezolovnatá pájecí slitina obsahuje od 76 do 96 %hmotnostních Sn, od 0,2 do 0,5 % hmotnostních Cu,od 2,5 do 4,5 % hmotnostních Ag, az do 12 % hmotnostních In, od 0,5 do 5,0 % hmotnostních Bi a od 0,01 do 2 % hmotnostních Sb.

Description

Oblast techniky

Vynález se týká bezolovnaté pájecí slitiny pro použití při pájení a pro pájená spojení.

Vynález se zejména týká bezolovnatých směsí, obsahujících účinná množství cínu, mědi, stříbra, bismutu, antimonu a/nebo india, a majících teplotu tavení od 175 do 215 °C. Tato slitina je výhodná zejména pro použití v mikroelektronice a elektronice.

Dosavadní stav techniky

Přestože jsou pájecí slitiny Pb/Sn úspěšně využívány v elektronickém průmyslu, tak mají omezenou budoucnost v důsledku toxicity olova, jakož i v důsledku regulace nebo zákazu používání olova s ohledem na ochranu životního prostředí.

Objevilo se proto mnoho iniciativ na celosvětové úrovni za účelem nalezení vhodných bezolovnatých alternativ k pájecím slitinám Pb/Sn.

K dosažení zvyšujících se požadavků na charakteristiky pájených spojů je nutno vyvinout velmi pevné bezolovnaté slitiny, vysoce odolné proti únavě, jak vyžaduje neustálý vývoj integrovaných obvodů a technologií souborů.

V hierarchii výroby elektroniky je pájková slitina používána k metalurgickému připojení holých čipů nebo souborů čipů k další úrovni podkladu prostřednictvím požadované oblasti intermetalických sloučenin. Bezprostřední tečení a dobré smáčení pájecí slitinou s běžně užívanými metalizačními podklady jako například Cu, Ag, Au, Pd, Ni a jinými kovovými povrchy je podmínkou vytvoření spolehlivých pájených spojů při automatizovaném procesu o vysoké rychlosti za použití měkkých tavidel, které jsou přijatelné pro elektronické systémy.

Technologie připevňování na povrch představuje významnou výrobní technologii při výrobě menších hustších desek s plošnými spoji, které umožňují výrobu moderní elektroniky. Pb/Sn eutektická pájka ze 63Sn/37Pb má nejširší použití v montáži elektroniky, zejména při osazování desek tištěných obvodů. Tato pájka má další důležitou fyzikální vlastnost, tj. nízkou teplotu tavení, zejména nižší, než 210 °C. Teplota tavení slitiny, s výjimkou eutektického složení, je často v rozmezí, definovaném teplotou likvidu a solidu. Slitina začíná měknout při své teplotě solidu a tavení je dokončeno při teplotě likvidu. Pájení se musí provádět při teplotě vyšší, než je teplota likvidu pájecí slitiny.

Praktická pracovní teplota pájení pro připevňovací k povrchu může být dosažena při teplotě přibližně alespoň o 25 °C vyšší, než je teplota likvidu pájecí slitiny, například pájecí slitina, mající teplotu likvidu 210 °C, by měla být pájena při minimální teplotě 235 °C. Teplota tavení pájecí slitiny je důležitá, neboť příliš vysoká teplota tavení poškozuje při pájení elektronická zařízení a desky s plošnými spoji na polymemí bázi, zatímco při příliš nízké teplotě tavení by byla obětována dlouhodobá spolehlivost pájených spojů. Pro výrobu desek s plošnými spoji na polymemí bázi, jako například FR-4, pracovní teplota prakticky nesmí převýšit 240 °C. Bezolovnatá pájecí slitina, která může nahradit 63Sn/37Pb a může fungovat při postupu připevňování k povrchu, musí mít teplotu likvidu nižší, než 215 °C, s výhodou asi 210 °C.

Pájené spoje fungují jako elektrická, tepelná a mechanická spojení v elektronických systémech, například v telekomunikacích, počítačích, letecké a automobilové elektronice. V průběhu své životnosti jsou pájené spoje nevyhnutelně vystaveny tepelnému namáhání následkem kolísání teploty, zapínání a vypínání a/nebo nepříznivým podmínkám okolí. To je spojeno s rozdílnou

-1 CZ 297089 B6 í‘ k· tepelnou expanzí ve spojených materiálech z polovodičů, keramiky, kovu a polymeru v systému, a má za následek termomechanickou únavu pájených spojů. Protože se elektronické obvody stávají stále hustšími a rychlost mikroprocesorů se zvyšuje ke stále vyšším frekvencím, je jedním ze zřejmých účelů vývoje konstrukce a materiálů, použitých pro elektronické systémy, vypořádat se 5 se zvýšeným rozptylem tepla.

Kromě toho se počet pájených spojů v jednotlivých deskách s plošnými spoji stále zvyšuje. Není neobvyklá přítomnost několika tisíc nebo desítek tisíc pájených spojů na jedné desce s plošnými spoji. Avšak porucha jednotlivého pájeného spoje má za následek poruchu systému. V důsledku 10 toho se zvyšují požadavky na pevnost a odolnost pájených spojů proti únavě. Současný vývoj souborů integrovaných obvodů s vysokým počtem připojení, jako jsou například tzv. BGA soubory (plošné spoje s kuličkami pájky), CSP soubory (soubory velikosti čipu), a technologií přímého spojování čipů, například pájením přitavením tzv. flip-chip, dále vyžaduje vyšší odolnost pájecích slitin vůči únavě.

Podle dosavadního stavu techniky byla navržena celá řada bezolovnatých pájek. Shrnutí těchto bezolovnatých slitin je uvedeno v kapitole 15 publikace „Modem Solder Technology for Competitive Electronics Manufacturing“.

Patentový spis US 5 328 660, týkající se bezolovnatých vysokoteplotních vícesložkových pájek na bázi cínu, popisuje slitinu 78,4Sn2Ag9,8Bi9,8In. Odolnost této slitiny proti únavě je však nedostatečná.

Patentový spis US 5 527 628, týkající se bezolovnaté temámí Sn/Ag/Cu eutektické pájky, popi25 suje slitinu 93,6Sn4,7Agl,7Cu s teplotou tavení 217 °C. Teplota tavení této slitiny je poměrně vysoká a její odolnost proti únavě je nízká.

Patentový spis US 5 520 752, týkající se kompozitních pájek, popisuje bezolovnatou pájecí slitinu, obsahující 86 až 97 % Sn, 0,3 až 4,5 % Ag, 0 až 9,3 % Bi a 0 až 5 % Cu. Odolnost této sli30 tiny proti únavě je průměrná nebo malá.

Patentový spis US 5 538 686, týkající se výrobku, obsahujícího bezolovnatou pájku, mající zlepšené mechanické vlastnosti, popisuje bezolovnatou pájecí slitinu s teplotou tavení od 173 do 193 °C, obsahující > 70 % Sn, 6 až 10 % Zn, 3 až 10 % In, < 10 % Bi, > 5 % Ag a < 5 % Cu. 35 Tyto slitiny nesmáčejí typické substráty v prostředí výroby elektronických souborů a sestav.

Patentový spis US 5 580 520, týkající se bezolovnaté slitiny, obsahující cín, stříbro a indium, popisuje slitinu 77,2Sn2,8Ag20In s teplotou tavení 179 až 189 °C. Odolnost této slitiny proti únavě je nízká.

Je tedy nutno konstatovat, že každá z těchto dosavadních bezolovnatých pájek je v alespoň jedné oblasti nevyhovující pro vytváření spolehlivých pájených spojů v průmyslu elektronických sou borů a sestav.

Podstata vynálezu

Prvním úkolem vynálezu je tedy proto vyvinout bezolovnatou pájku.

Výhodou předmětu tohoto vynálezu je, že poskytuje bezolovnatou pájku, která nabízí vysokou pevnost a vysokou odolnost proti únavě za stále nepříznivějších a tvrdších podmínek v mikroelektronických a elektronických aplikacích.

Dalším přínosem vynálezu je poskytnutí bezolovnaté pájky, která má nízkou teplotu tavení 55 v rozmezí od 175 do 210 °C, použitelnou v hlavních oborech výroby elektroniky.

-2CZ 297089 B6 i·· i I i,·

Dalším přínosem vynálezu je poskytnutí bezolovnaté pájecí slitiny, která dobře smáčí kovové substráty, jako Sn, Cu, Ag, Au, Pd a Ni, při výrobě mikroelektroniky a elektroniky pro vytvoření důkladných a spolehlivých pájených spojů bez tavidel, která jsou ve výrobě elektroniky neak5 ceptovatelná.

Dalším přínosem vynálezu je poskytnutí bezolovnaté pájky, která může být uzpůsobena pro realizaci výrobního procesu a infrastruktury bez nutnosti vyžadování zásadních změn materiálů, postupů a součástek.

V souladu s předmětem tohoto vynálezu byla tedy vyvinuta bezolovnatá pájecí slitina, obsahující od 76 do 96 % hmotnostních Sn, od 0,2 do 0,5 % hmotnostních Cu, od 2,5 do 4,5 % hmotnostních Ag, až do 12 % hmotnostních In, od 0,5 do 5,0 % hmotnostních Bi a od 0,01 do 2 % hmotnostních Sb.

Další úkoly a výhody tohoto vynálezu jsou jednak uvedeny v následujícím popisu a jednak jsou z popisu zřejmé nebo mohou být seznány při provádění vynálezu. Tyto cíle a přínosy vynálezu mohou být realizovány a dosážény prostřednictvím prostředků a kombinací, které jsou zejména uvedeny v patentových nárocích.

Pro dosažení výše uvedených cílů a v souladu s účelem vynálezu, jak je zde uveden a úplně popsán, pájecí slitina podle vynálezu má Sn jako hlavní složku, přičemž obsahuje účinná množství Cu, Ag, Bi, In a Sb. Tato pájka vykazuje kompatibilní teplotu tavení, dobrou smáčivost, vysokou pevnost a vysokou odolnost proti únavě.

Přehled obrázku na výkrese

Na jediném obr. 1 je zobrazeno smáčecí napětí (mN) v závislosti na čase pro pájecí slitinu 30 82,3Sn/0,5Cu/3Ag/2,2Bi/12In na Cu destičce při teplotě 235 °C.

Příklady provedení vynálezu

Přestože bude vynález popsán ve spojení s upřednostňovaným provedením, je zcela zřejmé, že není zamýšleno omezovat vynález pouze na toto provedení.

Vynález poskytuje bezolovnatou pájecí slitinu velmi pevnou, velmi odolnou proti únavě, s vysokou smáčecí schopností a mající teplotu tavení kompatibilní se zavedenou infrastrukturou 40 výroby desek s plošnými spoji.

Pájecí slitina podle tohoto vynálezu obsahuje od 76 do 96 % hmotnostních Sn, od 0,2 do

2,5 % hmotnostních Cu, od 2,5 do 4,5 % hmotnostních Ag, až 12 % hmotnostních In, od 0,5 do 5,0 % hmotnostních Bi a až 2 % hmotnostní Sb.

S výhodou slitina obsahuje alespoň 2,0 % hmotnostní In.

S výhodou slitina obsahuje alespoň 0,5 % hmotnostních Bi.

S výhodou slitina obsahuje více než 0 % hmotnostních Sb.

Ještě výhodněji slitina obsahuje více než 0,01 % hmotnostních Sb.

Ve zvláště výhodném provedení vynálezu obsahuje slitina od asi 81 do 93 % Sn, od 0,2 do 55 1,0 % Cu, od 2,5 do 4,5 % Ag a od 6 do 12 % In.

V ještě výhodnějším provedení vynálezu slitina obsahuje od asi 81 do 90 % Sn, až 1,0 % Cu, od

2,5 do 4,5 % Ag, od 6 do 12 % In a stopové množství Sb.

Alternativní provedení vynálezu představuje slitina, obsahující od 81 do 85 % Sn, až 1,0 % Cu, od 2,5 do 4,5 % Ag, od 6 do 12 % In a od 0,5 do 3,5 % Bi.

Jedno další provedení vynálezu představuje slitina, obsahující od 90 do 96 % Sn, až 2,5 % Cu, od 2,0 do 3,5 % Ag a od 0,5 do 5 % Bi.

o

Pokud není v popisu nebo v nárocích uvedeno jinak, všechny části a podíly v procentech jsou hmotnostní.

Bylo zjištěno, že Cu a Ag, kombinované ve správných dávkách, nejen že zvyšují odolnost proti 15 únavě, ale také snižují teplotu tavení. Ve výhodných provedeních vynálezu 0,5 % Cu samotné představuje nejúčinnější množství ke snížení teplot tavení slitin. Rozdíly teplot tavení slitin s obsahem od 0,5 do 2,5 % Cu jsou do 1 °C. Více než 2,5 % Cu snižuje tekutost roztavené slitiny, a to až ke způsobení nedostatečného lití.

Například teploty tavení (od 185 do 195 °C) slitiny (83,4Sn/0,5Cu/4,lAg/12In) při obsahu 0,5 % Cu jsou o asi 5 °C nižší, než teploty tavení (od 190 do 200 °C) slitiny (83,9Sn/4,lAg/12In) bez Cu. Teploty tavení (od 195 do 201 °C) slitiny (87,4/Sn/0,5Cu/4,lAg/8In) při obsahu 0,5 Cu jsou stejné, jako teploty tavení (od 195 do 201 °C) slitiny (87Sn/2Cu/3Ag/8In) při obsahu 2 % Cu.

Obsah 0,5 % Cu samotné představuje také nejúčinnější množství ke zvýšení odolnosti proti únavě. Plasticita lineárně klesá a únavová životnost se exponenciálně snižuje s dalším přidáváním Cu až k asi 2 %. Například plasticita resp. únavová životnost slitiny (87,4Sn/0,5Cu/4,l Ag/8In) při obsahu 0,5 % Cu jsou o 206 % resp. 146 % vyšší, než u slitiny (86,lSn/l,6Cu/4,3Ag/8In) při 30 obsahu 1,6 % Cu. Plasticita resp. únavová životnost slitiny (83,4Sn/0,5Cu/4,lAg/121n) při obsahu 0,5 % Cu jsou o 250 % resp. 174 % vyšší, než u slitiny (82,4Sp/l,5Cu/4,lAg/12In) při

1,5 %Cu.

Obsahy kolem 3 % Ag samotného představují nejúčinnější množství ke snížení teplot tavení sli35 tin. Odchylky od teplot tavení slitin při 34,5 % Ag jsou do 1 °C. Například teploty tavení (od 196 do 202 °C) slitiny (88,5Sn/0,5Cu/3Ag/8In) při obsahu 3 % Ag jsou o asi 10 °C nižší než teploty tavení (od 208 do 212 °C) slitiny (91,5Sn/0,5Cu/8In) bez Ag, ale zhruba stejné, jako teploty tavení (od 195 do 201 °C) slitiny (87,4Sn/0,5Cu/4,lAg/8In) při obsahu 4,1 % Ag.

Přídavek In lineárně snižuje teplotu tavení o asi 1,8 °C na hmotnostní procento až do asi 12 %. Pevnost slitin lineárně roste a odolnost proti únavě exponenciálně narůstá s obsahem In až do asi 8 %. Obsah od 8 do 10 % In je optimální pro vynikající odolnost proti únavě. Například slitina (87,4Sn/0,5Cu/4,lAg/8In) při 8% In má o 6 °C nižší teplotu tavení, o 126 % vyšší pevnost a o 175 % vyšší únavovou životnost, než slitina (91,4Sn/0,5Cu/4,lAg/8In) při obsahu 4 % In.

% In je kritický obsah pro znatelný výskyt měkčího In ve druhé fázi při 113 °C. Například slitina (83,4Sn/0,5Cu/4,lAg/12In) při obsahu 12% In má o 219% nižší únavovou životnost a o 118 % nižší pevnost, než slitina (85,4Sn/0,5Cu/4,lAg/10In) při obsahu 10 % In.

Slitiny s poměrně vysokými obsahy (od 6 do 12 %) In mohou být dále přídavkem Bi zpevněny pro nejnižší možné teploty tavení s přijatelnou odolností proti únavě pro některé důležité aplikace.

-4CZ 297089 B6

Například slitina (82,3Sn/0,5Cu/3Ag/2,2Bi/12In) s obsahem 12 % In a 2,2% Bi má asi o 130% vyšší pevnost a asi o 20 °C nižší teplotu tavení (od 183 do 193 °C), než slitina 83,4Sn/0,5Cu/4,lAg/12In) s obsahem 12 % In bez Bi.

Maximální možný obsah Bi by měl být menší, než 5 % pro akceptovatelnou plasticitu a odolnost proti únavě. Například, plasticita a únavová životnost slitiny (79,5Sn/0,5Cu/3Ag/6Bi/12In) je značně snížena na úroveň horší, než 63Sn/37Pb.

Pájecí slitiny, obsahující In, mohou také být dále zpevněny malým množstvím Sb, řekněme ío 0,5 %, pro dosažení vyšší odolnosti proti únavě bez významného zvýšení teploty tavení.

Například slitina (84Sn/0,5Cu/3Ag/2,2Bi/12In/0,5Sb) s obsahem 12 % In a 0,5 % Sb má o 113 % vyšší pevnost a o 160% vyšší únavovou životnost, než slitina (83,4Sn/0,5Cu/4,lAg/12In) s obsahem 12 % In bez Sb.

Příliš vysoký obsah Sb ve slitinách, obsahujících In, zvyšuje teplotu tavení, avšak snižuje plasticitu a únavovou životnost, a snižuje smáčivost na Cu.

Například, slitina (84Sn/0,5Cu/3Ag/12In/0,5Sb) s obsahem 12 % In a 0,5 % Sb má o 4 °C nižší 20 teplotu tavení, o 212% vyšší plasticitu a o 125% vyšší únavovou životnost, než slitina (82,5Sn/0,5Cu/3Ag/12In/2Sb) s obsahem 2 % Sb.

Pokud jde o mechanismus, je nutno konstatovat, že Cu, Ag a Sb jsou kovy, tvořící intermetalické sloučeniny s Sn. Cu tvoří částice Cu6Sn₅, Ag tvoří částice Ag₃Sn, a Sb tvoří kubické částice 25 SnSb. Tyto intermetalické částice samotné jsou mnohem pevnější, než matrice Sn, a efektivně blokují rozvoj únavových trhlin. Vytváření intermetalických částic nepřímo rozděluje matrici Sn na jemnější strukturu zrn. Intermetalickými sloučeninami vytvořená jemnější zrna v matrici Sn usnadňují klouzání hranic zrn a prodlužují únavovou životnost.

In vstupuje do krystalové mřížky matrice Sn jako substituční atom. Substituce In poskytuje zpevnění pevného roztoku a podporuje jemněji klouzavý charakter pro vyšší odolnost vůči únavovému lomu.

Bi vstupuje do krystalové mřížky matrice Sn jako substituční atom v množství až 1 % hmotn. Bi 35 obsažený v množství vyšším, než 1 % hmotnostní, se může vysrážet jako částice druhé fáze. Bi tak poskytuje jak zpevnění pevného roztoku, tak zpevnění sraženinami. Zpevnění substitucí Bi může také podporovat jemněji klouzavý charakter pro vyšší odolnost vůči únavovému lomu matrice Sn.

Obsah od 2,5 do 3,5 Ag je důležitý pro pájecí slitiny v systému Sn/Cu/Ag/Bi na rozdíl od obsahu od 2,5 do 4,5 % Ag pro jiné systémy, obsahující In. Obsah Ag vyšší, než 3,5, v systému Sn/Cu/Ag/bi vyvolává křehkost slitiny.

Například, únavová životnost resp. plasticita slitiny (93,3Sn/0,5Cu/3,lAg/3,lBi) s obsahem 45 3,1 % Ag je asi o 152% resp. 138% vyšší, než životnost resp. plasticita slitiny (90,5Sn/l,7Cu/4,7Ag/3,lBi) s obsahem 4,7 % Ag.

Obsah 2,5 % Ag představuje minimum pro zajištění vynikající odolnosti proti únavě. Při obsahu nižším, než 2,5 %, je odolnost proti únavě snížena. Například únavová životnost slitin 50 93,3Sn/0,5Cu/3,lAg/3,lBi, 92,2Sn/l,5Cu/3,2Ag/3,lBi resp. 91,5Sn/2Cu/3,4Ag/3,lBi je asi o 538 %, 377 % resp. 281 % vyšší, než únavová životnost slitiny (93Sn/2Cu/2Ag/3Bi) s obsahem 2 % Ag.

Ve všech systémech, obsahujících In, však In reaguje s Ag či absorbuje část Ag za vzniku inter55 metalické sloučeniny AgIN₂ nebo dokonce temámí intermetalické sloučeniny AgSnln.

-5 CZ 297089 B6

Maximální obsah Ag ve všech systémech, obsahujících In, tedy může být 4,5 % pro dobrou plasticitu a únavovou životnost. Vyšší dávky již nesnižují teplotu tavení, ale zvyšují křehkost. Například při stejné teplotě tavení je plasticita slitiny (84Sn/0,5Cu/13Ag/12,5Sb) o 131 % vyšší, než u 5 slitiny (81,lSn/l,7Cu/4,7Ag/12In/0,5Sb).

Pro srovnání předpokládejme, že teplota tavení pájky 63Sn/37Pb byla naměřena asi 183 °C, mez pevnosti v tahu byla 47 MPa a únavová životnost při pomalém kmitání při namáhání 0,2 % byla 3650 cyklů. Teplota tavení známé pájecí slitiny 99,3Sn/0,7Cu je 227 °C, pevnost v tahu 24 MPa ío a únavová životnost 1125 cyklů. Teplota tavení známé pájecí slitiny 96,5Sn/3,5Ag je 221 °C, pevnost v tahu 35 MPa a únavová životnost 4186 cyklů.

Pájka podle vynálezu vykazuje pevnost v tahu alespoň 50 MPa, s výhodou 60 MPa únavovou životnost při pomalém kmitání při deformaci 0,2 % alespoň 5000 cyklů, s výhodou asi 10 000 15 cyklů, teplotu tavení solidu asi od 175 do 215 °C, s výhodou nižší než 210 °C, a teplotu tavení likvidu asi od 185 do 215 °C, s výhodou nižší než 210 °C.

Podle výhodného provedení vynálezu byla vytvořena pájecí slitina, obsahující asi 87,4 % Sn, 0,5 %Cu, 4,1 Aga8%In.

Slitina měla teplotu tavení asi od 195 do 201 °C. Pevnost v tahu slitiny byla 63 MPa a únavová životnost 17 152 cyklů. Únavová životnost slitiny podle vynálezu je o 470 % vyšší, než u slitiny 63Sn/37Pb, a pevnost v tahu je o 134 % vyšší, než u slitiny 63Sn/37Pb.

Podle jednoho výhodného provedení vynálezu byla vytvořena pájecí slitina, obsahující asi

85.4 % Sn, 0,5 % Cu, 4,1 Ag a 10 % In.

Slitina měla teplotu tavení asi od 194 do 199 °C. Pevnost v tahu slitiny byla 66 MPa a únavová životnost 17 378 cyklů. Únavová životnost slitiny podle vynálezu je o 476 % vyšší, než u slitiny 30 63Sn/37Pb, a pevnost v tahu je o 140 % vyšší, než u slitiny 63Sn/37Pb.

Podle jiného výhodného provedení vynálezu byla vytvořena pájecí slitina, obsahující asi 84 % Sn, 0,5 % Cu, 3 % Ag, 0,5 % Sb a 12 % In.

Slitina měla teplotu tavení asi od 186 do 196 °C. Pevnost v tahu slitiny byla 58 MPa a únavová životnost 12 345 cyklů. Únavová životnost slitiny podle vynálezu je o 338 % vyšší, než u slitiny 63Sn/37Pb, a pevnost v tahu je o 123 % vyšší, než u slitiny 63Sn/37Pb.

Podle jiného výhodného provedení vynálezu byla vytvořena pájecí slitina, obsahující asi 40 82,3 % Sn, 0,5 % Cu, 3 Ag, 2,2 % Sb a 12 % In.

Slitina měla teplotu tavení asi od 183 do 193 °C. Pevnost v tahu slitiny byla 77 MPa a únavová životnost 8722 cyklů. Únavová životnost slitiny podle vynálezu je o 239 % vyšší, než u slitiny 63Sn/37Pb, a pevnost v tahu je o 164 % vyšší, než u slitiny 63Sn/37Pb.

Podle jiného výhodného provedení vynálezu byla vytvořena pájecí slitina, obsahující asi 92 % Sn, 2 % Cu, 3 Ag a 3 % Bi.

Slitina měla teplotu tavení asi od 209 do 212 °C. Pevnost v tahu slitiny byla 89 MPa a únavová 50 životnost 8135 cyklů. Únavová životnost slitiny podle vynálezu je o 223 % vyšší, než u slitiny 63Sn/37Pb, a pevnost v tahu je o 189 % vyšší, než u slitiny 63Sn/37Pb.

Podle jiného výhodného provedení vynálezu byla vytvořena pájecí slitina, obsahující asi

83.4 % Sn, 0,5 % Cu, 4,1 Ag a 12 % In.

-6CZ 297089 B6

Slitina měla teplotu tavení asi od 185 do 195 °C, a pevnost v tahu slitiny byla 56 MPa a únavová životnost 7950 cyklů. Únavová životnost slitiny podle vynálezu je o 218 % vyšší, než u slitiny 63Sn/37Pb, a pevnost v tahu je o 140 % vyšší, než u slitiny 63Sn/37Pb.

Bezprostřední tečení a důkladné smáčení v každém z výše uvedených provedení je prokázáno zkouškou smáčecí rovnováhy, přičemž překonává požadavky schopnosti smáčení s ohledem na průmyslové normy, jako například normy amerického národního úřadu pro normy ANSI-STD-002 a ANSI -S I D 003. Smáčecí tavidlo bylo neaktivovaná nebo středně aktivovaná pryskyřice nebo nečistící tavidlo.

Schopnost smáčení podle ANSI-STD-002 a ANSI-STD-003, smáčecí napětí za 2,0 sekundy (Fl) a za 5,0 sekund (F2) by nemělo přesáhnout 4,809 mN, a doba smáčení (t₂/3) do dosažení 2/3 maximálního smáčecího napětí by neměla být delší, než 1,0 sekundy. Oblast nesmočení by měla být menší, než 5 %.

U příkladu, znázorněného na výkrese, pájecí slitina podle vynálezu o složení 82,3Sn/0,5Cu/3Ag/2,2Bi/12In vykazovala

Fl=5,98mN

F2=6,10mN

T₂/3=0,72 sekund nesmočení 0 %.

Výše uvedené bezolovnaté pájecí slitiny podle vynálezu mohou být vyrobeny v kapalném stavu z hlavních složek postupy zahřívání v oboru známými. Tyto slitiny mohou být také použity v různých fyzikálních formách, jako pasty, prášky, pruty a dráty, nebo v jakýchkoliv postupech 30 pájení, jako pájení v přetavovací peci, vlnové strojní pájení a ruční pájení, nebo pro zpracování například postupy ukládání nebo povlékání.

Přestože byl vynález popsán s ohledem na jeho výhodná provedení, pro odborníka jsou zřejmé jeho obměny a modifikace. Výše uvedený popis není zamýšlen ani nemůže být vykládán jako 35 omezení rozsahu vynálezu.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims

1. Bezolovnatá pájecí slitina, obsahující od 76 do 96 % hmotnostních Sn, od 0,2 do 0,5 % hmotnostních Cu, od 2,5 do 4,5 % hmotnostních Ag, až do 12 % hmotnostních In, od 0,5 do 45 5,0 % hmotnostních Bi a od 0,01 do 2 % hmotnostních Sb.