EP3867006A1 - Alliage composite pour brasure et utilisation d'un tel alliage - Google Patents

Alliage composite pour brasure et utilisation d'un tel alliage

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EP3867006A1
EP3867006A1 EP19797183.1A EP19797183A EP3867006A1 EP 3867006 A1 EP3867006 A1 EP 3867006A1 EP 19797183 A EP19797183 A EP 19797183A EP 3867006 A1 EP3867006 A1 EP 3867006A1
Authority
EP
European Patent Office
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weight
alloy
silver
bismuth
nickel
Prior art date
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Pending
Application number
EP19797183.1A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Anne Marie LAUGT
Aurélie DUCOLOMBIER
Marc WARY
Raphaël PESCI
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dehon Sas
Original Assignee
Dehon Sas
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Filing date
Publication date
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Publication of EP3867006A1 publication Critical patent/EP3867006A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/26—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 400°C
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/26—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 400°C
    • B23K35/264—Bi as the principal constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C12/00—Alloys based on antimony or bismuth

Definitions

  • the present invention relates to a solder alloy composition which is free of lead.
  • solder alloy comprising lead and tin, which has a high melting point of approximately 300 ° C.
  • a brazing alloy for example Pb92.5Sn5Ag2.5, makes it possible to produce multiple and rapid assemblies.
  • such an alloy makes it possible to manufacture components or first printed circuits which will then themselves be assembled with a lead-free alloy with a lower reflow temperature.
  • this alloy or the components derived from this alloy are used for applications at more than 200 ° C. We are therefore looking for an alloy or process that does not melt below 230 ° C or ideally 270 ° C and as reliable in terms of thermal cycling, electrical and thermal conductivity and mechanical resistance as the leaded alloy.
  • the invention relates to a lead-free solder alloy having a composition comprising:
  • Ni nickel
  • Such an alloy is advantageous since it has a melting temperature between 260 ° C and 400 ° C. In addition, the alloy has very good mechanical and wetting properties.
  • the alloy comprises 93% -98% by weight of bismuth (Bi),
  • Ni nickel
  • the alloy comprises only bismuth (Bi), silver (Ag) and nickel
  • the alloy comprises 94% -96% by weight of bismuth (Bi), 3% -6% by weight of silver (Ag) and 0.2% -0.5% by weight of nickel (Ni ).
  • the alloy comprises 3% -6% by weight of silver (Ag) and 0.2% -0.5% by weight of nickel (Ni).
  • the alloy preferably comprises between 94% -96% by weight of bismuth (Bi), preferably between 93.5% -96.8% by weight of bismuth (Bi).
  • the alloy comprises more than 2.9% by weight of silver (Ag), more preferably less than 4.8% by weight of silver (Ag).
  • the alloy comprises 3% -6% by weight of silver (Ag).
  • the alloy comprises 0.2% -0.5% by weight of nickel (Ni).
  • the alloy comprises:
  • Ni nickel
  • a melting range of 260 ° C-330 ° C is obtained.
  • the alloy comprises:
  • Ni nickel
  • the alloy comprises:
  • the alloy consists of:
  • Ni nickel
  • the alloy comprises:
  • Ni nickel
  • the alloy comprises:
  • Ni nickel
  • the alloy consists of 96% by weight of bismuth (Bi),
  • Ni nickel
  • the alloy comprises:
  • Ni nickel
  • the alloy comprises:
  • Ni nickel
  • the alloy consists of:
  • Ni nickel
  • the alloy comprises: 94% -96% by weight of bismuth (Bi),
  • Ni nickel
  • the alloy comprises:
  • Ni nickel
  • the alloy consists of
  • Ni nickel
  • the invention also relates to a composite alloy for brazing comprising a brazing alloy as presented above and 5% -60% by weight of silver or copper particles.
  • the composite alloy comprises between 5% and 25% by weight of silver or copper particles.
  • the composite alloy comprises between 20% and 60% by weight of silver or copper particles, preferably silver.
  • the composite alloy for brazing consists only of an alloy of brazing and particles of silver or copper. Such a composite alloy of solder improves the thermal and electrical conductivity.
  • the silver or copper particles have dimensions between 1 and 30 micrometers.
  • the composite alloy for brazing consists of the alloy of brazing and particles of silver or copper.
  • the invention further relates to the use of a composite alloy as presented above for soldering a housing of electronic components and / or a surface mounting device (SMD) to a substrate, the alloy being applied by means of welding. wave or selective soldering.
  • SMD surface mounting device
  • the invention further relates to the use of a composite alloy as presented above for soldering a housing of electronic components and / or a surface mounting device (SMD) to a substrate, the alloy being applied in the form of a paste. .
  • the invention further relates to the use of a composite alloy as presented above for a method of remelting electronic components.
  • a brazing alloy is proposed for wave soldering, for selective soldering and in particular for a method of soldering electronic components by reflow.
  • Such an alloy can also be used for the manufacture or connection of electronic components, in particular, semiconductors.
  • a lead-free solder alloy having a composition comprising:
  • Ni nickel
  • Such a brazing alloy has a melting point which is between 260 ° C and 400 ° C and has very good properties in the mechanical, electrical and wetting fields. In addition, the absence of lead makes it possible to comply with the new environmental standards.
  • the alloy comprises
  • Ni nickel
  • brazing alloys have melting temperatures and phase diagrams which are optimal for implementing a reflow process.
  • the Bi96Ag3,8NiO, 2 alloy consists of: 96% by weight of bismuth (Bi),
  • a melting range of 260 ° C-275 ° C is obtained.
  • the alloy Bi96Ag3,5NiO, 5 consists of
  • the Bi94Ag5,8NiO, 2 alloy consists of:
  • the alloy Bi95Ag4,5NiO, 5 consists of
  • Ni nickel
  • the alloy Bi95Ag4,7NiO, 3 consists of
  • Ni nickel
  • a melting range of 260 ° C-300 ° C is obtained.
  • the alloy Bi97Ag2,9NiO, 1 consists of
  • Ni nickel
  • the alloy can be used in wave soldering, selective soldering, dip soldering, as part of wire, for placement of CMS and for applications dough-in-dough.
  • the alloy is packaged in the form of bars, preforms, ingots, powder, solder paste or solder cream.
  • the alloy according to the invention with silver or copper particles having a dimension between 1 and 30 micrometers in order to form a composite alloy.
  • silver or copper particles are added in an amount of 5 to 25% by weight of the mixture.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)

Abstract

Un alliage composite pour brasure sans plomb ayant une composition comprenant 92,4%-98,4% en poids de bismuth (Bi), 1,5%-7% en poids d'argent (Ag) et 0,1-0,6% en poids de nickel (Ni). Un tel alliage présentant de bonne propriétés mécaniques, électriques ainsi que pour le mouillage.

Description

ALLIAGE COMPOSITE POUR BRASURE ET UTILISATION D’UN TEL ALLIAGE
DOMAINE TECHNIQUE GENERAL ET ART ANTERIEUR
La présente invention concerne une composition d’alliage de brasure qui soit dépourvu de plomb.
De manière connue, pour fabriquer ou connecter des composants électroniques entre eux ou à une carte électronique, il est connu d’utiliser un alliage de brasure comportant du plomb et étain, qui a un haut point de fusion d'environ 300°C. Un tel alliage de brasure, par exemple Pb92.5Sn5Ag2.5, permet de réaliser des assemblages multiples et rapides. En particulier, un tel alliage permet de fabriquer des composants ou des premiers circuits imprimés qui seront ensuite eux-mêmes assemblés avec un alliage sans plomb avec une température de refusion plus basse.
Dans le domaine pétrolier, aéronautique, automobile ou autre, cet alliage ou les composants issus de cet alliage sont utilisés pour les applications à plus de 200°C. On recherche donc un alliage ou un procédé ne refondant pas en-dessous de 230°C ou idéalement de 270°C et aussi fiable en termes de cyclages thermiques, de conductivité électrique et thermique et de résistance mécanique que l’alliage plombé.
Un but de l'invention est donc de fournir un alliage de brasure dont la température de fusion est supérieure à 230°C, de préférence à 270°C avec une bonne fiabilité pour une utilisation dans une variété de procédés de soudage, tels que brasage à la vague, brasage par refusion, brasage au trempé, brasage de fil et brasage sélectif.
PRESENTATION GENERALE DE L’INVENTION
A cet effet, l’invention concerne un alliage de brasure sans plomb ayant une composition comprenant :
92,4%-98,4% en poids de bismuth (Bi),
1 ,5%-7% en poids d'argent (Ag) et
0, 1 %-0,6% en poids de nickel (Ni).
Un tel alliage est avantageux étant donné qu’il possède une température de fusion comprise entre 260°C et 400°C. En outre, l’alliage possède de très bonnes propriétés mécaniques et de mouillage.
De manière préférée, l’alliage comprend 93%-98% en poids de bismuth (Bi),
1 ,5%-7% en poids d'argent (Ag) et
0, 1 %-0,6% en poids de nickel (Ni).
De manière préférée, l’alliage comprend uniquement du bismuth (Bi), de l'argent (Ag) et du nickel
(Ni).
De préférence encore, l’alliage comprend 94%-96% en poids de bismuth (Bi), 3%-6% en poids d'argent (Ag) et 0,2%-0,5% en poids de nickel (Ni).
De préférence encore, l’alliage comprend 3%-6% en poids d'argent (Ag) et 0,2%-0,5% en poids de nickel (Ni). L’alliage comprend de préférence, entre 94%-96% en en poids de bismuth (Bi), de préférence, entre 93,5%-96,8% en poids de bismuth (Bi).
De préférence, l’alliage comprend plus de 2,9% en poids d'argent (Ag), de préférence encore, moins de 4,8% en poids d'argent (Ag).
De préférence, l’alliage comprend 3%-6% en poids d'argent (Ag).
De préférence, l’alliage comprend 0,2%-0,5% en poids de nickel (Ni).
Selon un aspect de l’invention, l’alliage comprend :
94,5%-97% en poids de bismuth (Bi),
- 2,9%-4,8% en poids d'argent (Ag), et
0, 1 %-0,7% en poids de nickel (Ni).
On obtient une plage de fusion de 260°C-330°C.
Selon un aspect de l’invention, l’alliage comprend :
95%-97% en poids de bismuth (Bi),
3%-4% en poids d'argent (Ag), et
0, 1 %-0,3% en poids de nickel (Ni).
Selon un aspect de l’invention, l’alliage comprend :
95,7%-96,9% en poids de bismuth (Bi),
3%-4% en poids d'argent (Ag), et
0, 1 %-0,3% en poids de nickel (Ni). De manière préférée, l’alliage est constitué de :
96% en poids de bismuth (Bi),
3,8% en poids d'argent (Ag) et de
0,2% en poids de nickel (Ni).
Selon un aspect de l’invention, l’alliage comprend :
95%-97% en poids de bismuth (Bi),
3%-4% en poids d'argent (Ag),
0,4%-0,6% en poids de nickel (Ni).
Selon un aspect de l’invention, l’alliage comprend :
95,4%-96,6% en poids de bismuth (Bi),
3%-4% en poids d'argent (Ag),
0,4%-0,6% en poids de nickel (Ni).
De manière préférée, l’alliage est constitué de 96% en poids de bismuth (Bi),
3,5% en poids d'argent (Ag) et de
0,5% en poids de nickel (Ni).
Selon un aspect de l’invention, l’alliage comprend :
93%-95% en poids de bismuth (Bi),
5%-6% en poids d'argent (Ag) et
0,1 -0, 3% en poids de nickel (Ni).
Selon un aspect de l’invention, l’alliage comprend :
93,7%-94,9% en poids de bismuth (Bi),
5%-6% en poids d'argent (Ag) et
0,1 -0, 3% en poids de nickel (Ni).
De manière préférée, l’alliage est constitué de :
94% en poids de bismuth (Bi),
5,8% en poids d'argent (Ag) et de
0,2% en poids de nickel (Ni).
Selon un aspect de l’invention, l’alliage comprend : 94%-96% en poids de bismuth (Bi),
- 4%-5% en poids d'argent (Ag),
0,4%-0,6% en poids de nickel (Ni).
Selon un aspect de l’invention, l’alliage comprend :
94,4%-95,6% en poids de bismuth (Bi),
- 4%-5% en poids d'argent (Ag),
0,4%-0,6% en poids de nickel (Ni).
De manière préférée, l’alliage est constitué de
95% en poids de bismuth (Bi),
- 4,5% en poids d'argent (Ag) et de
0,5% en poids de nickel (Ni).
L’invention concerne aussi un alliage composite pour brasure comprenant un alliage de brasure tel que présenté précédemment et 5%-60% en poids de particules d’argent ou de cuivre. Selon un aspect, l’alliage composite comprend entre 5% et 25% en en poids de particules d’argent ou de cuivre. Selon un autre aspect préféré, l’alliage composite comprend entre 20% et 60% en en poids de particules d’argent ou de cuivre, de préférence, de l’argent. De manière préférée, l’alliage composite pour brasure est constitué uniquement d’un alliage de brasure et de particules d’argent ou de cuivre. Un tel alliage composite de brasure permet d’améliorer la conductivité thermique et électrique.
De manière préférée, les particules d’argent ou de cuivre possèdent des dimensions comprises entre 1 et 30 micromètres.
De préférence, l’alliage composite pour brasure est constitué de l’alliage de brasure et de particules d’argent ou de cuivre.
L’invention concerne en outre l’utilisation d'un alliage composite tel que présenté précédemment pour souder un boîtier de composants électroniques et / ou un dispositif de montage en surface (SMD) à un substrat, l'alliage étant appliqué au moyen de soudage à la vague ou brasage sélectif.
L’invention concerne en outre l’utilisation d'un alliage composite tel que présenté précédemment pour souder un boîtier de composants électroniques et / ou un dispositif de montage en surface (SMD) à un substrat, l'alliage étant appliqué sous forme de pâte. L’invention concerne en outre l’utilisation d'un alliage composite tel que présenté précédemment pour un procédé de refusion de composants électroniques.
DESCRIPTION D’UN OU PLUSIEURS MODES DE REALISATION ET DE MISE EN OEUVRE
Il est proposé un alliage de brasure pour le brasage à la vague, pour le brasage sélectif et notamment pour un procédé de brasage de composants électroniques par refusion. Un tel alliage peut également être utilisé pour la fabrication ou la connexion de composants électroniques, notamment, des semiconducteurs.
Selon l’invention, il est proposé un alliage de brasure sans plomb ayant une composition comprenant :
92,4%-98,4% en poids de bismuth (Bi),
1 ,5%-7% en poids d'argent (Ag) et
0, 1 %-0,6% en poids de nickel (Ni).
Un tel alliage de brasure présente un point de fusion qui se situe entre 260°C et 400°C et présente des très bonnes propriétés dans les domaines mécaniques, électrique et de mouillage. En outre, l’absence de plomb permet de respecter les nouvelles normes environnementales.
De manière préférée, l’alliage comprend
93%-98% en poids de bismuth (Bi),
1 ,5%-7% en poids d'argent (Ag) et
0, 1 %-0,6% en poids de nickel (Ni).
Après une phase de test, quatre alliages de brasure particuliers ont été sélectionnés :
- Bi96Ag3,8NiO,2
- Bi96Ag3,5NiO,5
- Bi94Ag5,8NiO,2
- Bi95Ag4,5NiO,5
- Bi95Ag4,7NiO,3
- Bi97Ag2,9NiO,1 .
Ces alliages de brasure possèdent des températures de fusion et des diagrammes de phase qui sont optimaux pour mettre en oeuvre un procédé de refusion.
L’alliage Bi96Ag3,8NiO,2 est constitué de : 96% en poids de bismuth (Bi),
3,8% en poids d'argent (Ag) et de 0,2% en poids de nickel (Ni).
On obtient une plage de fusion de 260°C-275°C.
L’alliage Bi96Ag3,5NiO,5 est constitué de
96% en poids de bismuth (Bi),
3,5% en poids d'argent (Ag) et de 0,5% en poids de nickel (Ni).
L’alliage Bi94Ag5,8NiO,2 est constitué de :
94% en poids de bismuth (Bi),
5,8% en poids d'argent (Ag) et de 0,2% en poids de nickel (Ni).
L’alliage Bi95Ag4,5NiO,5 est constitué de
95% en poids de bismuth (Bi),
- 4,5% en poids d'argent (Ag) et de
0,5% en poids de nickel (Ni).
L’alliage Bi95Ag4,7NiO,3 est constitué de
95% en poids de bismuth (Bi),
- 4,7% en poids d'argent (Ag) et de
0,3% en poids de nickel (Ni).
On obtient une plage de fusion de 260°C-300°C.
L’alliage Bi97Ag2,9NiO,1 est constitué de
97% en poids de bismuth (Bi),
- 2,9% en poids d'argent (Ag) et de
0,1 % en poids de nickel (Ni).
On obtient une plage de fusion de 260°C-300°C. Bien que l'utilisation en tant que pâte à braser soit particulièrement préférée, l'alliage peut être utilisé en soudage à la vague, brasage sélectif, brasage au trempé, en tant que partie de fil, pour le placement de CMS et pour des applications pâte-en-pâte. De manière préférée, l’alliage est conditionné sous forme de barres, de préformes, de lingots, de poudre, de pâte à braser ou de crème à braser.
De manière optionnelle, pour rendre une brasure plus conductrice thermiquement et électriquement, afin de faciliter notamment la dissipation de chaleur au niveau de la jonction, il est proposé de mélanger à l’alliage selon l’invention avec des particules d’argent ou de cuivre ayant une dimension comprise entre 1 et 30 micromètres afin de former un alliage composite. De préférence, des particules d’argent ou de cuivre sont ajoutées à hauteur de 5 à 25% en poids du mélange. Ces particules d’argent ou de cuivre contribuent à augmenter la conductivité thermique et électrique afin de faciliter notamment la dissipation de chaleur au niveau de la jonction avec des composants électroniques.

Claims

REVENDICATIONS
1. Alliage composite pour brasure comprenant :
• un alliage de brasure sans plomb ayant une composition comprenant :
i. 92,4%-98,4% en poids de bismuth (Bi),
ii. 1 ,5%-7% en poids d'argent (Ag) et
iii. 0,1 %-0,7% en poids de nickel (Ni), et
• 5%-60% en poids de particules d’argent ou de cuivre, de préférence, entre 20 et 60%.
2. Alliage composite selon la revendication 1 dans lequel l’alliage de brasure comprend :
• 92,4%-98,4% en poids de bismuth (Bi),
• 1 ,5%-7% en poids d'argent (Ag) et
• 0, 1 %-0,7% en poids de nickel (Ni), de préférence, entre 0, 1 %-0,6%.
3. Alliage composite selon la revendication 1 dans lequel l’alliage de brasure comprend :
• 94,5%-97% en poids de bismuth (Bi),
• 2,9%-4,8% en poids d'argent (Ag) et
• 0, 1 %-0,7% en poids de nickel (Ni).
4. Alliage composite selon la revendication 1 dans lequel l’alliage de brasure comprend uniquement du bismuth (Bi), de l'argent (Ag) et du nickel (Ni).
5. Alliage composite selon la revendication 1 dans lequel l’alliage de brasure comprend 93,5%-96,8% en poids de bismuth (Bi).
6. Alliage composite selon la revendication 1 dans lequel l’alliage de brasure comprend 3%- 6% en poids d'argent (Ag).
7. Alliage selon l’une des revendications 1 à 6 comprenant 0,2-0, 5% en poids de nickel (Ni).
8. Alliage composite selon la revendication 1 dans lequel l’alliage de brasure comprend :
• 93,5%-96,8% en poids de bismuth (Bi),
• 3%-6% en poids d'argent (Ag) et
• 0,2%-0,5% en poids de nickel (Ni).
9. Alliage composite selon la revendication 1 dans lequel l’alliage de brasure comprend : • 95,7%-96,9% en poids de bismuth (Bi),
• 3%-4% en poids d'argent (Ag),
• 0, 1 %-0,3% en poids de nickel (Ni).
10. Alliage composite selon la revendication 1 dans lequel l’alliage de brasure est constitué de :
• 96% en poids de bismuth (Bi),
• 3,8% en poids d'argent (Ag),
• 0,2% en poids de nickel (Ni).
11. Alliage composite selon la revendication 1 dans lequel l’alliage de brasure comprend :
• 95,4%-96,6% en poids de bismuth (Bi),
• 3%-4% en poids d'argent (Ag),
• 0,4-0, 6% en poids de nickel (Ni).
12. Alliage composite selon la revendication 1 dans lequel l’alliage de brasure est constitué de :
• 96% en poids de bismuth (Bi),
• 3,5% en poids d'argent (Ag),
• 0,5% en poids de nickel (Ni).
13. Alliage composite selon la revendication 1 dans lequel l’alliage de brasure comprend :
• 93,7%-94,9% en poids de bismuth (Bi),
• 5%-6% en poids d'argent (Ag),
• 0, 1 %-0,3% en poids de nickel (Ni).
14. Alliage composite selon la revendication 1 dans lequel l’alliage de brasure est constitué de :
• 94% en poids de bismuth (Bi),
• 5,8% en poids d'argent (Ag),
• 0,2% en poids de nickel (Ni).
15. Alliage composite selon la revendication 1 dans lequel l’alliage de brasure comprend :
• 94,4%-95,6% en poids de bismuth (Bi),
• 4%-5% en poids d'argent (Ag),
• 0,4%-0,6% en poids de nickel (Ni).
16. Alliage composite selon la revendication 1 dans lequel l’alliage de brasure est constitué de :
• 95% en poids de bismuth (Bi),
• 4,5% en poids d'argent (Ag),
· 0,5% en poids de nickel (Ni).
17. Alliage composite pour brasure selon l’une des revendications 1 à 16 dans lequel les particules d’argent ou de cuivre possèdent des dimensions comprises entre 1 et 30 micromètres.
18. Utilisation d'un alliage composite selon l’une des revendications 1 à 17 pour un procédé de refusion de composants électroniques.
19. Utilisation d'un alliage composite selon l’une des revendications 1 à 17 pour souder un boîtier de composants électroniques et / ou un dispositif de montage en surface (SMD) à un substrat, l'alliage étant appliqué sous forme de pâte.
EP19797183.1A 2018-10-19 2019-10-17 Alliage composite pour brasure et utilisation d'un tel alliage Pending EP3867006A1 (fr)

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