PL216127B1 - Spoiwo lutownicze bezołowiowe - Google Patents

Description

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

Połączenia lutowane spełniają funkcję wzajemnego połączenia elektrycznego, termicznego i mechanicznego w systemach elektronicznych. Podczas użytkowania połączenia lutowane są narażone na działanie naprężeń termicznych, wynikających ze zmian temperatury, włączania/wyłączania zasilania i innych uwarunkowań otoczenia. Wymagania stawiane w związku z tym obwodom elektronicznym mają wpływ zarówno na ich konstrukcję, jak i na materiał stosowany w tych układach, zwłaszcza w zakresie wytrzymałości i odporności na zmęczenie połączeń lutowanych.

Znane materiały lutownicze bezołowiowe zawierają jako podstawowy składnik cynę, a ich głównym dodatkiem jest srebro, które tworzy z cyną, topiącą się w temperaturze 232°C, eutektykę o punkcie topliwości 221°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 i 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 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 podłożu 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 jest również z opisu wynalazku W02007014530 stop bezołowiowy do zastosowań w materiałach i produktach elektronicznych, zawierający 1,5-4,0% wagowych Ag, 1,1-2,0% wagowych Cu, 0, 001-0,5% wagowych AL, 0,01-1,0% wagowych Ni, resztę stanowi Sn i nieuniknione zanieczyszczenia. Spoiwo lutownicze bezołowiowe według wynalazku zawierające, oprócz cyny, 0,5-4,5% wagowych srebra, 0,3-0,5% wagowych miedzi, 0,05-0,4% wagowych aluminium oraz magnez i mangan, charakteryzuje się tym, że zawartość magnezu stanowi 0,2-3,0% wagowych, manganu 0,05-0,3% wagowych, natomiast współczynnik k wynosi 0,25-0,55, gdzie Δ = 100% - %Sn, k _ A-(%Mg + %A1 + %Mn)

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, w ilości poniżej 4,5% wagowych, działa jako antyutleniacz wskutek bardzo małego powinowactwa do tlenu i rozlokowania się na powierzchni 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 spoiwa do warstw ceramicznych, jako że wchodzi w reakcje z nimi, równocześnie zawartość magnezu wpływa na obniżenie temperatury eutektyki Sn-Mg nawet o 20-30°C. Dodatek manganu przeciwdziała kożuszeniu ciekłego lutowia. Test tej własności, polegający na koagulacji powyżej temperatury topnienia na niezwilżalnym podłożu naPL 216 127 B1 druku pasty lutowniczej z udziałem proszku spoiwa, nie prowadzi do pozostawania na podłożu wysepek zaglomerowanych cząstek spoiwa oddzielonych od głównej kulki metalu.

W korzystnym przykładzie wykonania wynalazku uzyskano spoiwo lutownicze zawierające wagowo 1,0% Ag; 0,65% Cu; 0,05% Al; 0,05% Mn; 2,5% Mg; resztę stanowi cyna z nieuniknionymi zanieczyszczeniami.

Współczynnik k = 0,31

W innym korzystnym przykładzie wykonania wynalazku uzyskano spoiwo lutownicze zawierające wagowo 1,0% Ag; 0,5% Cu; 0,35% Al; 0,25% Mn; 2,5% Mg; resztę stanowi cyna z nieuniknionymi zanieczyszczeniami.

Współczynnik k = 0.27

W jeszcze innym korzystnym przykładzie wykonania wynalazku uzyskano spoiwo lutownicze zawierające wagowo 2,0% Ag; 1,0% Cu; 0,4% Al; 0,10% Mn; 0,5% Mg; resztę stanowi cyna z nieuniknionymi zanieczyszczeniami.

Claims (1)

1. Spoiwo lutownicze bezołowiowe zawierające, oprócz cyny, 0,5-4,5% wagowych srebra, 0,3-0,5% wagowych miedzi, 0,05-0,4% wagowych aluminium oraz magnez i mangan, znamienne tym, że zawartość magnezu stanowi 0,2-3,0% wagowych, manganu 0,05-0,3% wagowych, natomiast współwynosi 0,25-0,55, gdzie Δ = 100%-%Sn.