PL216126B1 - Spoiwo lutownicze bezołowiowe - Google Patents

Description

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

Znane materiały lutownicze bezołowiowe zawierają, jako podstawowy składnik cynę, a ich głównym dodatkiem w większości stopów jest srebro, które tworzy z cyną, topiącą się w temperaturze 232°C, eutektykę o punkcie topliwości 221°C. Charakterystyka stopu Sn-Ag jest zbliżona do zastępowanych lutów SnPb37 z temperaturą eutektyczną 183°C. Srebro, podobnie jak dodatki miedzi, niklu, cynku, indu, bizmutu, antymonu oraz metali ziem rzadkich poprawiają zwilżalność stopem wkładek metalowych Cu, Ni, Pd i z innych materiałów np. ceramicznych oraz zwiększają własności wytrzymałościowe spoiny dzięki wydzielaniu w niej faz międzymetalicznych, wskutek czego aparatura elektroniczna wykazuje większą odporność na zmęczenie, pełzanie, szoki cieplne i obciążenia udarowe.

Znany jest z opisu zgłoszonego wynalazku JP2005103645 firmy HITACHI METALS LTD., stop zawierający, oprócz Sn, 1,0-4,5% wagowych Ag, jak również 0,3-1,2% wagowych Cu oraz inne dodatki w ilości jeden lub więcej spośród Ge, Ni, P, Mn, Au, Pd, Pt, S, Bi, Sb i In, przy czym ich całkowita zawartość w stopie wynosi 0,006-0,1% wagowych. W opisie wynalazku CN przedstawiono skład stopu bezołowiowego Sn-Ag-Cu-Dy o zawartości Dy 0,01-4,0% wagowych, Ag 0,1-5,0% wagowych, Cu 0,01 -2,0% wagowych, który zawiera dodatkowo P, Mg i/lub Al w ilości 0,001-0,1% wagowych.

Znany jest również z opisu wynalazku JP2006000909 stop bezołowiowy do zastosowań w elektronice, zawierający, oprócz Sn, dodatkowo 6-25% wagowych In oraz co najmniej 0,01-10% wagowych Au i 0,01-10,0% wagowych Ag. Stop może również zawierać jeden lub więcej dodatków spośród Bi, Cu, Sb, Ge, P, Al, Zn, Ni, Pd, Fe, Cr, Mg, Li, Mn, Se i Te.

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

Znany z opisu wynalazku KR20030046383 stop bezołowiowy zawiera 89,5-96,4% wagowych Sn, 2-4% wagowych Sb, 1-3% wagowych Cu, 0,1-2% wagowych Al, 0,5-1,5% wagowych Ag i 0,001-1% wagowych Ga.

Znany jest również z opisu wynalazku W02007014530 stop lutowniczy bezołowiowy do zastosowań w elektronice, złożony z 1,5-4,0% wagowych Ag, 0,1-2,0% wagowych Cu, 0,001-0,5% wagowych Al, 0,01-1,0% wagowych Ni, a resztę stanowi Sn i nieuniknione zanieczyszczenia.

Spoiwo lutownicze bezołowiowe według wynalazku, zawierające cynę oraz co najmniej 0,5% wagowych srebra i co najmniej 0,4% miedzi, 0,01-0,1% wagowych aluminium oraz magnez i mangan, charakteryzuje się tym, że zawartość łączna magnezu i manganu stanowi 0,1-3,3% wagowych, a zawartość łączna miedzi i srebra nie przekracza 2,5% wagowych, przy czym współczynnik k wynosi „ _{r J}. . , Δ-(% Mg+%Al+%Mn)

0,25-0,5, gdzie Δ = 100%-%Sn. k = ^a Δ +%Ag

Spoiwo według wynalazku, ze względu na odpowiednio dobrany skład wykazuje przydatność do lutowania elementów zespołów opto-elektronicznych oraz wkładek i podłoży z metali lub metalizowanych tworzyw sztucznych według technologii montażu powierzchniowego w elektronicznych układach scalonych, jak również do lutowania miedzianych rur i łączników w instalacjach wodociągowych. W spoiwie srebro działa jako antyutleniacz wskutek bardzo małego powinowactwa do tlenu i rozlokowania się na powierzchni kropel (cząstek) lutowia. Natomiast miedź dodawana jest w innych, niż podane na wstępie celach takich jak poprawa zwilżalności i tworzenie rozproszonych wydzieleń umacniających osnowę cynową. W spoiwie według wynalazku dodatek miedzi zapobiega zbyt szybkiemu rozpuszczaniu się miedzi z wkładek metalowych w cynie i tworzeniu się masywnej, kruchej i podatnej na odpryskiwanie warstwy faz międzymetalicznych w granicznym obszarze złącza. Dodatek aluminium i magnezu poprawia przyczepność lutowia do warstw ceramicznych, jako że wchodzi w reakcje z nimi, równocześnie obecność magnezu obniża temperaturę eutektyki Sn-Mg o 20-30°C. Dodatek manganu przeciwdziała natomiast kożuszeniu ciekłego lutowia. Test tej własności, polegający na koagulacji powyżej temperatury topnienia na niezwilżalnym podłożu nadruku pasty lutowniczej z udziałem proszku spoiwa, nie prowadzi do pozostawania na podłożu wysepek zaglomerowanych cząstek spoiwa, oddzielonych od głównej kulki metalu.

PL 216 126 B1

W korzystnym przykładzie wykonania wynalazku uzyskano spoiwo lutownicze zawierające wagowo 1,65% Ag i Cu, 0,05% Al, 2,55% Mn i Mg, resztę stanowi cyna z nieuniknionymi zanieczyszczeniami.

Współczynnik k=0,31

W innym korzystnym przykładzie wykonania wynalazku uzyskano spoiwo lutownicze zawierające wagowo 2,0% Ag i Cu, 0,05% Al, 0,55% Mn i Mg, resztę stanowi cyna z nieuniknionymi zanieczyszczeniami.

Współczynnik k=0,48

W jeszcze innym korzystnym przykładzie wykonania wynalazku uzyskano spoiwo lutownicze zawierające wagowo 2,5% Ag i Cu, 0,05% Al, 1,1% Mn i Mg, resztę stanowi cyna z nieuniknionymi zanieczyszczeniami.

Współczynnik k = 0,49

Claims (1)

1. Spoiwo lutownicze bezołowiowe zawierające cynę oraz co najmniej 0,5% wagowych srebra i co najmniej 0,4% miedzi, 0,01-0,1% wagowych aluminium oraz magnez i mangan, znamienne tym, te zawartość łączna magnezu i manganu stanowi 0,1-3,3% wagowych, a zawartość łączna miedzi i srebra nie przekracza 2,5% wagowych, przy czym współczynnik k =

   Δ +%Ag wynosi 0,25-0,5, gdzie = 100% - %Sn.