ES2884792T3

ES2884792T3 - Aleación de soldadura

Info

Publication number: ES2884792T3
Application number: ES18896544T
Authority: ES
Original assignee: Senju Metal Industry Co Ltd
Current assignee: Senju Metal Industry Co Ltd
Priority date: 2017-12-31
Filing date: 2018-12-26
Publication date: 2021-12-13
Anticipated expiration: 2038-12-26
Also published as: PT3597356T; MY185972A; CN110612175B; MA47802A; HUE055917T2; BR112020003649A2; WO2019131718A1; JP2019118930A; EP3597356B1; JP6369620B1; KR102090548B1; EP3597356A4; PH12019502364B1; TWI673130B; EP3597356A1; PL3597356T3; CN110612175A; PH12019502364A1; HRP20211480T1; US20200376606A1

Abstract

Una soldadura en barra, que tiene una composición de aleación que comprende, en % en masa, del 0,8 % al 10 % de Cu, del 0,03 % al 0,4 % de Ni, opcionalmente, al menos uno del 0,3 % o menos de P, del 0,3 % o menos de Ge y del 0,3 % o menos de Ga, opcionalmente, al menos uno seleccionado de al menos un grupo de un grupo que consiste en al menos uno de In, Sb, Zn y Ag en una cantidad total del 5 % o menor, y un grupo que consiste en al menos uno de Mn, Cr, Co, Fe, Si, Al, Ti y elementos de tierras raras en una cantidad total de 1 % o menor, siendo el resto Sn e incluyendo un compuesto intermetálico, en donde el compuesto intermetálico tiene un tamaño máximo de grano de 100 μm o menor en una región al menos a 50 μm de una superficie de la soldadura en barra, en donde el compuesto intermetálico es principalmente (Cu, Ni)6Sn5.

Description

DESCRIPCIÓN

Aleación de soldadura

Campo técnico

La presente invención se refiere a una aleación de soldadura excelente en cuanto a la colabilidad continua y a una unión de soldadura que incluye la aleación de soldadura.

Técnica anterior

Los componentes electrónicos se montan sobre placas de circuito impreso. Los ejemplos de la etapa de montaje de los componentes electrónicos incluyen la soldadura por flujo, la soldadura por inmersión y similares. La soldadura por flujo es un método en el que la soldadura se realiza aplicando un flujo de chorro desde un baño de soldadura hacia un lado de la superficie de conexión de la placa de circuito impreso. La soldadura por inmersión es un método en el que un terminal, tal como un componente de la bobina, se sumerge en un baño de soldadura para eliminar una película aislante y realizar un metalizado previo a la soldadura.

Para la soldadura por flujo o por inmersión, se requiere un baño de soldadura. Dado que el baño de soldadura se expone a la atmósfera durante mucho tiempo, la escoria generada en el baño de soldadura debe eliminarse a intervalos regulares. Además, la soldadura fundida del baño de soldadura se consume al soldar. Por lo tanto, la aleación de soldadura se suministra periódicamente al baño de soldadura. Para el suministro de la aleación de soldadura, generalmente se utiliza una soldadura en barra.

Como método para fabricar una soldadura en barra, existe un método de vertido de la soldadura fundida en un molde fijo y un método de colada continua en el que la soldadura fundida se vierte en un molde rotatorio. El método de colada continua es un método en el que se coloca una materia prima en un horno de fusión y se funde, y la soldadura fundida en el horno de fusión se cuela en una ranura de un molde rotatorio. Los ejemplos del molde utilizado en el método de colada continua incluyen un molde que tiene una forma en la que se proporciona una ranura en una parte central en una dirección a lo ancho de la placa anular. La soldadura fundida se solidifica tras ser colada en la ranura del molde rotatorio y es guiada desde el molde hasta la etapa de corte a una temperatura de aproximadamente 150 °C. El producto de la colada continua guiado se corta en una longitud predeterminada para formar una soldadura en barra.

Una técnica de colada continua de una aleación de soldadura se desvela en, por ejemplo, el Documento de patente 1. Esta referencia describe que se coloca un metal de enfriamiento a través del cual fluye el agua de enfriamiento en contacto directo con el exterior del molde, la velocidad de enfriamiento hasta 280 °C es de 3 °C/s o mayor, preferentemente de 20 °C/s o mayor y más preferentemente de 50 °C/s o mayor, y la estructura de la parte eutéctica se refina, en la aleación de soldadura a base de Au-Sn. Sin embargo, aunque el Au a veces se utiliza como una aleación de soldadura libre de Pb de alta temperatura, el Au es caro y difícil de procesar.

Por lo tanto, para la soldadura en barra, principalmente se utiliza una aleación de soldadura a base de Sn-Cu. Es común que la aleación de soldadura a base de Sn-Cu forme compuestos intermetálicos en las aleaciones de soldadura. Cuando la aleación se fabrica mediante un método de colada continua, se puede generar un compuesto intermetálico quebradizo y grueso durante la solidificación de la soldadura fundida. Cuando se genera el compuesto intermetálico grueso, la aleación de soldadura puede agrietarse en el sitio de generación, lo que puede provocar el problema de que no se pueda formar un producto de colada continua. Adicionalmente, incluso cuando se puede formar un producto de colada continua, existe riesgo de rotura durante el transporte.

Como ejemplo del estudio de la aleación de soldadura a base de Sn-Cu, desde el punto de vista de prevenir la rotura de la unión formada por la aleación de soldadura, por ejemplo, el Documento de patente 2 describe que se utiliza una aleación a base de Sn-Cu-Ni como material de soldadura dura a baja temperatura, se aplica un fundente en el sitio de la unión de una tubería, se sumerge la aleación en un metal de relleno de soldadura dura, y luego se enfría y se solidifica lentamente.

La literatura de patente 3 desvela una bola de soldadura que está formada por una aleación de tipo Sn-Bi que contiene Sn como elemento principal, del 0,3 al 2,0 % en masa de Cu, del 0,01 al 0,2 % en masa de Ni y del 0,1 al 3,0 % en masa de Bi, y se forma un compuesto intermetálico de (Cu, Ni)⁶Sn⁵en la aleación de Sn-Bi de modo que se suprime la generación de huecos en la unión cuando se une a un electrodo, una propiedad de fatiga térmica es excelente y también se puede obtener una buena propiedad de resistencia al impacto por caída.

Lista de citas

Bibliografía de patentes

Documento de patente 1: JP 2017-196647 A

Documento de patente 2: WO 2014/084242 A1

Documento de patente 3: US 2015/146394 A1

Bibliografía no de patentes

Documento no de patente 1: Yasutaka Hashimoto et al., "Current Status and Future Plan of Viscosity Measurement for the Lead-Free Solder", Journal of the Japan Institute of Metals and Materials, revisión temprana publicada de J-STAGE, 27 de marzo de 2017

Sumario de la invención

Problema técnico

El objetivo de la invención descrita en el Documento de patente 2 es proporcionar una aleación que sea fácil de utilizar a un bajo punto de fusión y permita que el contenido de Cu esté en el intervalo del 0,3 % al 41,4 %. Sin embargo, como se describe en la bibliografía de patente, dado que la temperatura del líquido a un contenido de Cu del 41,4 % es de 640 °C, y la aleación se enfría y se solidifica lentamente, el compuesto intermetálico grueso precipita en la capa de aleación. Por lo tanto, cuando el producto de colada continua se fabrica utilizando la aleación a base de Sn-Cu descrita en el Documento de patente 2, pueden producirse grietas o roturas en el producto de colada continua. Cuando se produce el agrietamiento o la rotura en el producto de colada continua, se interrumpe el proceso de colada continua, y el proceso de colada se reinicia tras la eliminación del producto colado roto del molde, por lo que el proceso operativo es complicado.

Además, en los últimos años, se desea fabricar un producto de colada continua más largo, ya que siempre debe perseguirse la reducción de costes debido a la mano de obra del proceso y la reducción de la duración del proceso. Por lo tanto, la rotura del producto de colada continua durante la colada continua se considera un problema mayor que nunca.

Adicionalmente, la viscosidad de la soldadura fundida varía en gran medida dependiendo de la composición de la aleación, y dependiendo de la composición, es menos probable que la soldadura fundida fluya en las ranuras del molde rotatorio. Por esta razón, dado que el producto de colada continua se engrosa, el compuesto intermetálico grueso puede generarse incluso cuando el molde está muy frío, produciendo la rotura del producto de colada continua. Por lo tanto, incluso cuando la aleación a base de Sn-Cu descrita en el Documento de patente 2 se aplica al Documento de patente 1, puede producirse la rotura del producto de colada continua.

Un objetivo de la presente invención es proporcionar una aleación de soldadura excelente en cuanto a la colabilidad continua.

Solución al problema

Los presentes inventores han vuelto a estudiar el problema generado en el caso de fabricarse la aleación descrita en el Documento de patente 2 como un producto de colada continua. En el Documento de patente 2, se pretende prevenir la rotura de la aleación de soldadura mediante el enfriamiento lento del material de soldadura dura durante la unión. Por ejemplo, cuando se realiza un enfriamiento lento como se describe en el Documento de patente 2, se genera el compuesto intermetálico grueso dentro de la aleación de soldadura. En el sitio donde se genera el compuesto intermetálico grueso, se produce el agrietamiento durante la solidificación o se produce la rotura cuando se corta la aleación de soldadura. Esto es particularmente notable en una aleación hipereutéctica en la que el contenido de Cu es del 0,8 % o mayor.

Por lo tanto, los presentes inventores se centraron en el enfriamiento durante la fabricación del producto de colada continua, en lugar de centrarse en el enfriamiento durante la unión como se describe en el Documento de patente 2. De manera específica, en la colada continua utilizando una aleación de soldadura de Sn-Cu con un contenido de Cu igual o superior al 0,8 %, se confirmó que el compuesto intermetálico generado dentro de la aleación de soldadura era grueso cuando se realizaba la colada mientras se enfriaba el molde como se describe en el Documento de patente 1. Además, el Documento no de patente 1 informa que la viscosidad de la soldadura fundida aumenta a medida que aumenta el contenido de Cu. Se ha informado en el documento que, cuando el contenido de Cu se aumentó del 0,7 % al 7,6%, la viscosidad a la misma temperatura se aumentó en aproximadamente 1,5 veces. Por tanto, cuando se realizó la colada con diferentes contenidos de Cu, se encontró que la fluidez de la soldadura fundida en el molde disminuía a medida que aumentaba el contenido de Cu, y la frecuencia de aparición de grietas durante la solidificación también aumentaba a medida que aumentaba el espesor de la placa.

Para compensar una disminución de la fluidez de la soldadura fundida debido a un aumento en el contenido de Cu, es posible inclinar el molde rotatorio de modo que la soldadura fundida colada fluya hacia abajo desde aguas arriba. Sin embargo, cuando el molde rotatorio está inclinado, la forma de la sección transversal del producto de colada continua es muy diferente de la forma de la ranura del molde, de modo que no se puede obtener un producto de colada continua deseado. Por otro lado, cuando el ángulo de inclinación del molde rotatorio es demasiado grande, la soldadura fundida puede sobresalir de la ranura cuando la soldadura fundida fluye por la parte curva del molde rotatorio. Por lo tanto, en caso de utilizarse el método de colada continua, el molde rotatorio debe mantener el estado horizontal.

Los presentes inventores han estudiado además una soldadura fundida de modo que la soldadura fundida fluya lo suficiente en el molde para prevenir el agrietamiento o la rotura durante la solidificación incluso cuando la soldadura fundida que tiene una composición de aleación de alta viscosidad se cuela en un molde en un estado en el que el molde rotatorio mantiene el estado horizontal. Aunque convencionalmente se ha considerado que el agrietamiento o la rotura del producto de colada continua es inducido por la vibración del molde rotatorio, se encuentra que, cuando se aplica microvibración, tal como ondas ultrasónicas, a la soldadura fundida colada en el molde, la fluidez de la soldadura fundida en el molde mejora inesperadamente y el tamaño máximo de grano del compuesto intermetálico disminuye inesperadamente. Como resultado, se puede fabricar un producto de colada continua que tenga buena calidad sin agrietarse ni romperse durante la solidificación, y se ha logrado la presente invención.

La presente invención se define en las reivindicaciones.

Breve descripción de los dibujos

[FIG. 1] La FIG. 1 es una imagen en sección transversal de una aleación de soldadura del Ejemplo 7.

[FIG. 2] La FIG. 2 es una imágenes en sección transversal de las aleaciones de soldadura del Ejemplo 8 y del Ejemplo comparativo 4, siendo la FIG. 2(a) la imagen del Ejemplo 8 y siendo la FIG. 2(b) la imagen del Ejemplo comparativo 4.

Descripción de realizaciones

La presente invención se describe en detalle a continuación. En la descripción, "%" referido a una composición de aleación de soldadura es "% en masa", a menos que se especifique lo contrario.

1. Composición de aleación de una aleación de soldadura:

(1) Cu: del 0,8% al 10%

La aleación de soldadura de la presente invención puede resolver el problema surgido en el caso de una aleación hipereutéctica en la que es probable que se genere un compuesto intermetálico de CuSn grueso. Cuando el contenido de Cu es inferior al 0,7%, se produce una aleación hipoeutéctica, de modo que el cristal primario durante la solidificación es Sn, cuando el contenido de Cu supera el 0,7 %, se produce una aleación hipereutéctica, de modo que el cristal primario durante la solidificación es un compuesto de SnCu. Cuando el cristal primario es un compuesto de SnCu, se deteriora la fluidez de la soldadura fundida en el molde. Sin embargo, cuando el contenido de Cu es ligeramente superior al 0,7 %, hay poca influencia del compuesto intermetálico durante la colada, independientemente de las condiciones de fabricación. Dado que es más probable que el efecto de la presente invención se manifieste a medida que el contenido de Cu sea mayor, en términos del límite inferior, el contenido de Cu es del 0,8 % o mayor, preferentemente del 1,0 % o mayor, y más preferentemente del 4,0 % o mayor.

Cuando el contenido de Cu supera el 10 %, la temperatura del líquido es alta, lo que deteriora la trabajabilidad. Cuando el contenido de Cu supera el 10 %, la proporción del área del compuesto intermetálico es demasiado alta. Además, dado que aumenta la viscosidad de la soldadura fundida y se deteriora la fluidez en el molde, se genera el compuesto intermetálico grueso. Como resultado, se produce el agrietamiento o similar durante la solidificación. En términos del límite superior, el contenido de Cu es del 10 % o menor, preferentemente del 8 % o menor, y más preferentemente del 7 % o menor.

(2) Ni: del 0,03 % al 0,4 %

El Ni es un elemento capaz de controlar el tamaño de grano del compuesto intermetálico SnCu. La aleación de soldadura de Sn-Cu contiene Ni, y el Ni se puede dispersar uniformemente en Cu⁶Sn⁵para hacer que el tamaño de grano del compuesto intermetálico sea más fino y prevenir la rotura del producto de colada continua. Cuando el contenido de Ni es del 0,4 % o menor, un aumento en la temperatura del líquido está dentro de un intervalo permisible y, por tanto, se puede mantener una buena trabajabilidad. En términos del límite superior, el contenido de Ni es preferentemente del 0,2 % o menor, y más preferentemente del 0,15 % o menor. Por otro lado, para lograr el efecto basado en la incorporación de Ni, en términos del límite inferior, el contenido de Ni es del 0,03 % o mayor, y preferentemente del 0,1 % o mayor.

El Ni está contenido y el compuesto intermetálico de la presente invención es principalmente (Cu, Ni)⁶Sn⁵. La expresión "principalmente (Cu, Ni)⁶Sn⁵" significa que la proporción del área de (Cu, Ni)⁶Sn⁵con respecto al área total del compuesto intermetálico es de 0,5 o mayor cuando se observa la sección transversal de la aleación de soldadura.

(3) Al menos uno de P: 0,3 % o menor, Ge: 0,3 % o menor y Ga: 0,3 % o menor

Estos elementos son elementos opcionales capaces de prevenir la oxidación de la aleación de soldadura y mejorar la fluidez de la soldadura fundida. En términos del límite superior, cuando el contenido es del 0,3 % o menor, se puede prevenir el aumento de la temperatura del líquido, de modo que se puede acortar el tiempo hasta la solidificación y se puede prevenir el engrasamiento de la estructura de la aleación. En términos del límite superior, el contenido de P es del 0,3 % o menor, más preferentemente del 0,1 % o menor, y más preferentemente del 0,025 % o menor. En términos del límite superior, el contenido de Ge y el contenido de Ga es del 0,3% o menor, respectivamente, y más preferentemente del 0,15 % o menor, respectivamente. Por otro lado, para lograr el efecto basado en la incorporación de estos elementos, en términos del límite inferior, el contenido de cada elemento es preferentemente del 0,005 % o mayor, y más preferentemente del 0,01 % o mayor.

(4) Al menos uno seleccionado de al menos un grupo de un grupo que consiste en al menos uno de In, Sb, Zn y Ag en una cantidad total del 5 % o menor, y un grupo que consiste en Mn, Cr, Co, Fe, Si, Al, Ti y elementos de tierras raras en una cantidad total del 1 % o menor

Con respecto a estos elementos, siempre que la cantidad total de al menos uno de In, Sb, Zn y Ag es del 5 % o menor, y la cantidad total de al menos uno de Mn, Cr, Co, Fe, Si, Al, Ti y elementos de tierras raras es del 1 % o menor, la colabilidad continua de la aleación de soldadura en la presente invención no se ve afectada. En la presente invención, la expresión "elementos de tierras raras" se refiere a 17 tipos de elementos, que son Sc e Y pertenecientes al Grupo 3 y 15 elementos del grupo del lantano correspondientes a los números atómicos 57 a 71 de la tabla periódica.

En la presente invención, se puede incluir al menos uno de In, Sb, Zn, Ag, Mn, Cr, Co, Fe, Si, Al, Ti y tierras raras. En cuanto al contenido de cada elemento, la cantidad total de al menos uno de In, Sb, Zn y Ag es del 5 % o menor, y la cantidad total de al menos uno de Mn, Cr, Co, Fe, Si, Al, Ti y elementos de tierras raras es del 1 % o menor. La cantidad total de al menos uno de In, Sb, Zn y Ag es más preferentemente del 1 % o menor, y la cantidad total de al menos uno de Mn, Cr, Co, Fe, Si, Al, Ti y elementos de tierras raras es más preferentemente del 0,5 % o menor.

(5) Resto: Sn

El resto de la aleación de soldadura de la presente invención es Sn. Además de los elementos anteriores, puede haber impurezas inevitables. Incluso en caso de que se contengan impurezas inevitables, los efectos descritos anteriormente no se ven afectados. Además, como se describe a continuación, incluso cuando un elemento no contenido en la presente invención está contenido como una impureza inevitable, el efecto descrito anteriormente no se ve afectado.

(6) Estructura de la aleación

En la aleación de soldadura de la presente invención, el tamaño máximo de grano del compuesto intermetálico es de 100 |jm o menor en una región al menos a 50 jm de la superficie de la aleación de soldadura.

Con respecto a la aleación de soldadura de Sn-Cu, en la técnica relacionada, dado que solo se enfocó en el tamaño de grano de la superficie de contacto de unión entre la aleación de soldadura y el electrodo, no hubo ningún informe sobre el tamaño de grano del propio producto colado antes de la unión. Además, en el estudio de la superficie de contacto de unión convencional, dado que era necesario establecer las condiciones de fabricación teniendo en cuenta la influencia sobre el sustrato, el componente electrónico o similar que se iba a unir, no se pudo aumentar la velocidad de enfriamiento.

Por otro lado, en la presente invención, el problema de la colada continua se puede resolver por primera vez centrándose intencionadamente en la estructura de la aleación de soldadura de Sn-Cu antes de la unión de la soldadura, que es un producto de colada continua fabricado mediante colada continua.

La soldadura fundida se enfría desde la superficie de contacto con el molde y la parte central más alejada de la superficie de contacto con el molde finalmente se solidifica. Esto se debe a que la velocidad de enfriamiento en la superficie de contacto con el molde es más rápida que la velocidad de enfriamiento en la parte central. Cuanto más rápida es la velocidad de enfriamiento, menor es el tamaño de grano. Por lo tanto, generalmente, la superficie del producto colado enfriado en el molde es más fina que la parte central.

Sin embargo, la rotura durante la colada continua no se puede prevenir ni siquiera cuando solo las proximidades de la superficie de la aleación de soldadura tienen una estructura fina. Además, cuando se genera una gran cantidad del compuesto intermetálico, que es frágil y grueso, durante la solidificación, no se puede formar el volumen de la aleación de soldadura. Cuando existe tal compuesto intermetálico en el interior, se genera una gran grieta en el interior, y por tanto, existe el riesgo de que el producto de colada continua se rompa en una etapa posterior a la colada continua incluso cuando la grieta no aparezca sobre la superficie debido a la estructura fina en las proximidades de la superficie y la rotura no pueda reconocerse por su aspecto. Además, incluso cuando se define el tamaño de grano medio en el interior de la aleación de soldadura, la existencia de un compuesto intermetálico grueso conduce a la rotura de la aleación de soldadura. Por lo tanto, en la presente invención, se define el tamaño máximo de grano en el interior de la aleación de soldadura, y el tamaño máximo de grano es pequeño, para evitar roturas durante la colada continua.

El tamaño máximo de grano en la presente invención se define de la siguiente manera. Se observa una imagen en sección transversal de un producto colado para identificar un compuesto intermetálico y se selecciona el grano de mayor tamaño a simple vista. Se dibujan dos líneas paralelas entre sí para los granos a fin de maximizar un intervalo, y el intervalo se define como el tamaño máximo de grano.

Cuanto menor es el tamaño máximo de grano, mejor es la colabilidad continua. Por tanto, en términos del límite superior, el tamaño máximo de grano es de 100 pm o menor, preferentemente de 80 pm o menor, más preferentemente de 60,44 pm o menor, además, más preferentemente de 58,50 pm o menor, e incluso más preferentemente de 50 pm o menor.

El compuesto intermetálico se genera en función de los elementos constitutivos. En la presente invención, el compuesto intermetálico provocado por la composición de la aleación que contiene Sn, Cu y Ni es principalmente (Cu, Ni)aSn⁵como se ha descrito anteriormente.

En la presente invención, la proporción del área del compuesto intermetálico en la aleación de soldadura es preferentemente del 40 % o menor, más preferentemente del 30 % o menor, incluso más preferentemente del 20 % o menor, particularmente, preferentemente del 18,06 % o menor, y lo más preferentemente de 15,15 mm o menor desde el punto de vista de la reducción de la cantidad de precipitación del compuesto intermetálico frágil y de prevención de la rotura.

Asimismo, en la aleación de soldadura de Sn-Cu, cuando el compuesto intermetálico tiene un tamaño de grano pequeño y la cantidad de precipitación del compuesto intermetálico frágil es pequeña, la rotura se puede prevenir aún más. En la aleación de soldadura de la presente invención, se satisface la siguiente relación (1) preferentemente teniendo en cuenta el equilibrio entre ellos.

Tamaño máximo de grano (pm) * proporción del área (%) de compuesto intermetálico de la aleación de soldadura < 3000 (pm%)....(1)

La "proporción del área del compuesto intermetálico en la aleación de soldadura" representa la proporción (%) del área del compuesto intermetálico existente en la superficie de corte con respecto al área de la superficie de corte obtenida cortando la aleación de soldadura. La parte derecha de la relación anterior (1) es más preferentemente un % de 2500 pm, y más preferentemente un % de 1500 pm.

2. Unión de soldadura

La unión de soldadura se utiliza, por ejemplo, para la conexión entre un chip de CI y un sustrato (interpositor) del mismo en un paquete de semiconductores, o para la conexión entre un paquete de semiconductores y una placa de circuito impreso. En este caso, la "unión de soldadura" se refiere a una parte de conexión de un electrodo.

3. Método para fabricar la aleación de soldadura

Como método para fabricar la aleación de soldadura en la presente invención, la aleación de soldadura es fabricada mediante, por ejemplo, un método de colada continua. En el método de colada continua, en primer lugar, se suministra una materia prima a un horno de fusión para tener una composición de aleación predeterminada y se calienta hasta aproximadamente 350 °C a 500 °C para fundir la materia prima.

Una vez fundidas todas las materias primas, se cuela de manera continua la soldadura fundida en el horno de fusión en el molde rotatorio.

El molde rotatorio tiene, por ejemplo, una ranura en la parte central en la dirección de la anchura de la placa anular. Cuando se cuela la soldadura fundida, la soldadura fundida se cuela en la ranura del molde mientras gira el molde rotatorio. La cantidad de la soldadura fundida suministrada al molde se ajusta apropiadamente dependiendo del número de rotaciones del molde y de la frecuencia de las microvibraciones tales como ondas ultrasónicas aplicadas a la soldadura fundida en el molde. Por ejemplo, cuando se aplica una onda ultrasónica, se fija un dispositivo de vibraciones ultrasónicas a la superficie lateral del molde rotatorio. En la presente invención, la frecuencia de la onda ultrasónica aplicada a la soldadura fundida no está particularmente limitada, pero puede ser, por ejemplo, de 10 kHz o mayor.

En la presente invención, mediante la fijación de un dispositivo ultrasónico al molde rotatorio y la aplicación de ondas ultrasónicas a la soldadura fundida, se obtiene la microestructura como se ha descrito anteriormente. En la composición de la aleación de soldadura de la presente invención, la proporción del área del compuesto intermetálico no es demasiado alta y se logra un buen equilibrio con el tamaño máximo de grano. Los detalles no están claros, pero se suponen de la siguiente manera. En la aleación de soldadura de Sn-Cu, se genera un compuesto de SnCu como cristal primario durante la solidificación, y debido a la segregación, se genera una parte que tiene un contenido de Cu excesivamente alto, y se puede formar un compuesto de SnCu grueso. Por lo tanto, en la presente invención, se previene la segregación del compuesto de SnCu aplicando una microvibración tal como una onda ultrasónica, y se puede prevenir la generación del compuesto de SnCu grueso.

La soldadura fundida colada en el molde se enfría hasta aproximadamente 150 °C a una velocidad de enfriamiento de aproximadamente 10 °C/s a 50 °C/s. Para obtenerse la velocidad de enfriamiento, se sumerge el fondo del molde rotatorio en agua de enfriamiento, o se hace circular el agua de enfriamiento en el molde utilizando un refrigerador o similar.

La aleación de soldadura enfriada se guía hacia el exterior del molde a través de la guía y se corta para que tenga una longitud predeterminada. La aleación de soldadura que llega a la guía se enfría hasta aproximadamente 80 °C a 200 °C. En la aleación de soldadura de la presente invención, dado que el compuesto intermetálico dentro de la aleación de soldadura es fino, se puede prevenir la rotura que puede producirse durante un contacto de la guía o similar en casos convencionales.

La aleación de soldadura después del corte se envía en forma de soldadura en barra. La aleación de soldadura de la presente invención no se rompe por impacto durante el transporte.

Ejemplos

(1) Preparación de la muestra de evaluación

Para demostrar los efectos de la presente invención, se preparó y se evaluó una soldadura en barra de la siguiente manera. Se pesaron las materias primas, y se colocaron en un horno de fusión y se fundieron en el horno de fusión cuya temperatura se estableció en 450 °C, y luego se coló la soldadura fundida en las ranuras del molde rotatorio en el que circulaba el agua. La velocidad de enfriamiento fue de aproximadamente 30 °C/s. Se fijó un oscilador ultrasónico al molde rotatorio, y se aplicó una onda ultrasónica que tenía un rendimiento de 5 W y 60 kHz cuando se coló la soldadura fundida.

A continuación, se guió el producto de colada continua desde el molde rotatorio al exterior del molde rotatorio. A continuación, se cortó el producto de colada continua para que tuviera una longitud apropiada, y se prepararon soldaduras en barra para que tuvieran una longitud total de 10 m, que incluían una soldadura en barra con una anchura de 10 mm y una longitud de 300 mm. El método de evaluación se describe a continuación.

(2) Método de evaluación

(2-1) Proporción del área del compuesto intermetálico (CIM)

Se cortó la parte central longitudinal (sección transversal) de la soldadura en barra preparada y se tomó una imagen de la composición utilizando un microscopio electrónico de barrido MEB (ampliación: 250 aumentos). Se analizó la imagen obtenida para identificar un compuesto intermetálico. Dado que el compuesto intermetálico presentaba un color gris oscuro, el compuesto intermetálico se determinó a partir del tono de color. La proporción de área se determinó como la proporción del área del compuesto intermetálico que presentaba gris oscuro con respecto a la región de la imagen. La proporción del área del 20 % o menor se designó "oo", la proporción del área de más del 20 % y del 40 % o menor se designó "O", y la proporción del área de más del 40 % se designó "*". Siempre que la evaluación de la proporción del área sea "oo" o "O", no hay ningún problema práctico. En la evaluación, se podría suponer que el área de la región de la imagen fotografiada con 250 aumentos es el área de la sección transversal de la aleación de soldadura, y se podría suponer que el área total de la parte de color gris oscuro es el área de todos los compuestos intermetálicos en la sección transversal.

(2-2) Tamaño máximo de grano

Entre los compuestos intermetálicos identificados a partir de la imagen obtenida, se seleccionó a simple vista el grano de mayor tamaño. Se dibujaron dos líneas paralelas entre sí para los granos a fin de maximizar el intervalo, y el intervalo se fijó en el tamaño máximo de grano. El tamaño máximo de grano de 100 pm o menor se designó "O", y el tamaño máximo de grano superior a 100 pm se designó "*".

(2-3) Relación (1)

El valor obtenido mediante la multiplicación de los resultados obtenidos de (2-1) y (2-2) de 3000 (pm % ) o menor se designó "O", y el valor superior a 3000 (pm % ) se designó " * ”.

(2-4) Rotura de la soldadura en barra

Con respecto a la rotura de la soldadura en barra, se observó a simple vista la soldadura en barra desde la solidificación hasta el corte. El caso en el que no se produjo desprendimiento, rotura, colapso o similar en la soldadura en barra se designó “O”, y el caso en el que se produjo un ligero desprendimiento, rotura, colapso o similar se designó “ * ”.

Suponiendo que se produce la rotura de la soldadura en barra a temperatura ambiente durante el transporte, utilizando seis superficies de la soldadura en barra que tenían una anchura de 10 mm y una longitud de 300 mm como superficies de evaluación, se dejó caer la soldadura en barra manualmente libremente desde la altura de 1 m hasta la superficie de hormigón con cada superficie de evaluación mirando hacia abajo (un total de seis veces) y se observó a simple vista la soldadura en barra tras la caída. La “altura de 1 m” representa la altura de las superficies de evaluación de la soldadura en barra desde la superficie del hormigón. En esta prueba de caída, el caso en el que no se generó nuevo desprendimiento, agrietamiento o similar en la soldadura en barra se designó “O”, y el caso en el que se generó nuevo desprendimiento, agrietamiento o similar se designó “ * ”.

A continuación, se muestran los resultados de la evaluación.

El subrayado indica que el valor está fuera del alcance de la presente invención.

Los Ejemplos 5 a 16 y 18 a 30 son ejemplos de acuerdo con la presente invención.

Como resulta evidente a partir de los resultados de la Tabla 1, se descubrió que, en cualquiera de los ejemplos de acuerdo con la presente invención, el producto colado se podría colar de manera continua sin que se rompiera o similar la aleación de soldadura durante la colada continua. Adicionalmente, incluso en la prueba de caída tras el enfriamiento hasta la temperatura ambiente, no se observó la rotura de la soldadura en barra.

Por otro lado, en los Ejemplos comparativos 1 y 2, dado que el contenido de Cu era demasiado alto, el compuesto intermetálico se volvió grueso y se confirmó la rotura de la soldadura en barra desde la solidificación hasta el corte. Adicionalmente, se produjo el desprendimiento o el agrietamiento en la prueba de caída a temperatura ambiente. En los Ejemplos comparativos 3 y 6, dado que no se aplicaron ondas ultrasónicas a la soldadura fundida colada en el molde, se observó rotura desde la solidificación hasta el corte, y se observó nuevo desprendimiento o agrietamiento en la prueba de caída a temperatura ambiente.

En los Ejemplos comparativos 4, 5 y 7, dado que no se aplicaron ondas ultrasónicas a la soldadura fundida colada en el molde, se observó rotura desde la solidificación hasta el corte, pero no se observó nuevo desprendimiento ni agrietamiento en la prueba de caída a temperatura ambiente, ya que el contenido de Cu era relativamente bajo. En el Ejemplo comparativo 8, la cantidad de precipitación del compuesto intermetálico grueso fue grande y se confirmó la rotura de la soldadura en barra desde la solidificación hasta el corte. Adicionalmente, se produjo el desprendimiento o el agrietamiento en la prueba de caída a temperatura ambiente.

Asimismo, en los Ejemplos comparativos 1 a 8, además de rotura o similar, se observó la aparición de rebabas e irregularidades de espesor en una soldadura en barra, y no se fabricó una soldadura en barra estable sin rebabas y un espesor constante a diferencia de los ejemplos.

Los resultados de la observación de la imagen por MEB de la sección transversal se muestran para los ejemplos y los ejemplos comparativos que se muestran en la Tabla 1.

La FIG. 1 es una imagen en sección transversal de una aleación de soldadura del Ejemplo 7. Como se aprecia en la imagen, se reveló que el tamaño máximo de grano en el Ejemplo 7, en el que se aplicaron ondas ultrasónicas, fue de 58,50 |jm, que es de 100 jm o menor. Adicionalmente, se reveló que la proporción del área en el Ejemplo 7 fue del 15 % y que se cumplió la relación (1).

La FIG. 2 es una imágenes en sección transversal del Ejemplo 8 y del Ejemplo comparativo 4, siendo la FIG. 2(a) la imagen del Ejemplo 8 y siendo la FIG. 2(b) la imagen del Ejemplo comparativo 4. La FIG. 2(a) y la FIG. 2(b) muestran un cambio en el tamaño de grano dependiendo de si se aplica o no una onda ultrasónica.

Se descubrió que, en el Ejemplo 8, el tamaño máximo de grano fue de 60,44 jm y la proporción del área fue del 18,6 %, y se cumplió la relación (1). En los Ejemplos 1 a 7 y los Ejemplos 9 a 29, se confirmó de la misma manera que el tamaño máximo de grano fue de 100 jm o menor y que se cumplió la relación (1).

Por otro lado, se descubrió que, en el Ejemplo comparativo 4, dado que no se aplicó ninguna onda ultrasónica, el tamaño máximo de grano fue de 108,72 jm , lo que supera los 100 jm , y precipitó el compuesto intermetálico grueso. Adicionalmente, se descubrió que, en el Ejemplo comparativo 4, la proporción de área fue del 28,12% y la relación (1) no se cumplió. De forma similar, se descubrió que, en los otros ejemplos comparativos, el tamaño máximo de grano fue superior a 100 jm y no se cumplió la relación (1).

Claims

REIVINDICACIONES

1. Una soldadura en barra, que tiene una composición de aleación que comprende, en % en masa, del 0,8 % al 10 % de Cu, del 0,03 % al 0,4 % de Ni, opcionalmente, al menos uno del 0,3 % o menos de P, del 0,3 % o menos de Ge y del 0,3 % o menos de Ga, opcionalmente, al menos uno seleccionado de al menos un grupo de un grupo que consiste en al menos uno de In, Sb, Zn y Ag en una cantidad total del 5 % o menor, y un grupo que consiste en al menos uno de Mn, Cr, Co, Fe, Si, Al, Ti y elementos de tierras raras en una cantidad total de 1 % o menor, siendo el resto Sn e incluyendo un compuesto intermetálico, en donde el compuesto intermetálico tiene un tamaño máximo de grano de 100 |jm o menor en una región al menos a 50 jm de una superficie de la soldadura en barra,

en donde el compuesto intermetálico es principalmente (Cu, Ni)⁶Sn⁵.

2. La soldadura en barra de acuerdo con la reivindicación 1, en donde se satisface la siguiente relación (1):

El tamaño máximo de grano (jm ) * proporción del área (%) del compuesto intermetálico de la aleación de soldadura < 3000 (jm % )....(1).