RU2011497C1

RU2011497C1 - Solder for brazing products of electronic industry

Info

Publication number: RU2011497C1
Authority: RU
Inventors: В.А. Пономарев; В.Г. Стадник; Н.В. Лопарева; Н.В. Гуреев
Original assignee: Научно-исследовательский институт материалов электронной техники
Priority date: 1991-06-28
Filing date: 1991-06-28
Publication date: 1994-04-30

Abstract

FIELD: metal machining. SUBSTANCE: solder contains by mass percent; 19-21 tin, 2-3 nickel, 0.2-0.4 cobalt, 0.2-0.4 boron, 4-5 lead, 0.2-0.4 lithium carbonate, 0.4-0.6 iron, 0.1-0.3 manganese, and the balance copper. EFFECT: improved product quality. 1 tbl

Description

Изобретение относится к пайке, а именно к припою, используемому для пайки изделий электронной техники, в частности ножек корпусов с металлизированной керамикой в СВЧ транзисторах. The invention relates to soldering, namely to solder used for soldering electronic products, in particular the legs of housings with metallized ceramics in microwave transistors.

Известны припои, содержащие в качестве основы медь и олово, легированные никелем, бором, свинцом и карбонатом лития, предназначенные для пайки ножек корпусов в полупроводниковых приборах. Known solders containing copper and tin as a base alloyed with nickel, boron, lead and lithium carbonate, designed to solder the legs of housings in semiconductor devices.

Наиболее близким к предлагаемому является припой [2] , содержащий компоненты в следующих количествах, мас. % : Олово 12-16 Никель 1-3 Кобальт 0,4-0,6 Бор 0,1-0,3 Свинец 3-5 Карбонат лития 0,1-0,3 Медь Остальное
Этот припой предназначен для пайки меди со сталью и молибденом, имеет температуру плавления 950-1000^оС и для пайки изделий, имеющих допустимую температуру нагрева менее указанной температуры плавления припоя, использовать невозможно. Кроме того, у известного припоя при кристаллизации расплава на поверхности образуется шлаковый налет, который при воздействии ударных и вибрационных нагрузок подвержен скалыванию и образованию шлаковых осколков, что может привести к коротким замыканиям в приборе.Closest to the proposed is solder [2], containing components in the following quantities, wt. %: Tin 12-16 Nickel 1-3 Cobalt 0.4-0.6 Boron 0.1-0.3 Lead 3-5 Lithium carbonate 0.1-0.3 Copper The rest
This solder is intended for brazing copper with steel and molybdenum, has a melting point of 950-1000 ^о С, and it is impossible to use for brazing products having an allowable heating temperature below the specified melting temperature of the solder. In addition, at a known solder during crystallization of the melt, a slag deposit forms on the surface, which, when exposed to shock and vibration loads, is prone to chipping and the formation of slag fragments, which can lead to short circuits in the device.

Целью изобретения является снижение температуры плавления припоя и исключение шлакового налета на поверхности припоя после его кристаллизации. The aim of the invention is to reduce the melting point of the solder and the exclusion of slag deposits on the surface of the solder after its crystallization.

Для достижения указанной цели в припой на основе меди и олова, содержащий никель, кобальт, бор, свинец и карбонат лития, дополнительно введены железо и марганец при следующем соотношении компонентов, мас. % : Олово 19-21 Никель 2-3 Кобальт 0,2-0,4 Бор 0,2-0,4 Свинец 4-5 Карбонат лития 0,2-0,4 Железо 0,4-0,6 Марганец 0,1-0,3 Медь Остальное
Введение марганца способствует снижению температуры пайки и уменьшению шлаковых включений в расплаве припоя за счет взаимодействия меди с марганцем. Введение железа также уменьшает содержание шлаковых включений в расплаве припоя за счет диффузии железа в медь и снижения ее активности.To achieve this goal, solder based on copper and tin, containing nickel, cobalt, boron, lead and lithium carbonate, additionally introduced iron and manganese in the following ratio, wt. %: Tin 19-21 Nickel 2-3 Cobalt 0.2-0.4 Boron 0.2-0.4 Lead 4-5 Lithium carbonate 0.2-0.4 Iron 0.4-0.6 Manganese 0, 1-0.3 Copper Else
The introduction of manganese helps to reduce the soldering temperature and reduce slag inclusions in the solder melt due to the interaction of copper with manganese. The introduction of iron also reduces the content of slag inclusions in the solder melt due to the diffusion of iron into copper and a decrease in its activity.

Уменьшение содержания железа менее 0,4 и марганца менее 0,1 мас. % не обеспечивает снижения температуры плавления припоя и уменьшения шлаковых включений в расплаве. Увеличение содержания железа более 0,6 и марганца более 0,3 мас. % приводит к снижению пластических свойств припоя и увеличению шлаковых включений за счет увеличения количества окислов марганца и нерастворенных включений железа. The decrease in iron content of less than 0.4 and manganese less than 0.1 wt. % does not provide a decrease in the melting temperature of solder and a decrease in slag inclusions in the melt. The increase in iron content of more than 0.6 and manganese more than 0.3 wt. % leads to a decrease in the plastic properties of solder and an increase in slag inclusions due to an increase in the amount of manganese oxides and undissolved iron inclusions.

Увеличение содержания олова по сравнению с прототипом до 19-21 мас. % позволяет снизить температуру плавления припоя. The increase in tin content compared with the prototype up to 19-21 wt. % allows to reduce the melting point of solder.

Уменьшение содержания кобальта по сравнению с прототипом до 02, -0,4 мас. % способствует уменьшению удельного электросопротивления припоя за счет снижения количества растворенного кобальта в меди. The reduction in cobalt content compared with the prototype to 02, -0.4 wt. % helps to reduce the electrical resistivity of the solder by reducing the amount of dissolved cobalt in copper.

Увеличение содержания бора и карбоната лития по сравнению с прототипом до 0,4% мас. % позволяет обеспечить восстановление окислов никеля, железа на поверхности паяемых деталей и одновременно исключает образование окислов марганца в припое. The increase in the content of boron and lithium carbonate compared with the prototype up to 0.4% wt. % allows you to ensure the recovery of oxides of Nickel, iron on the surface of the brazed parts and at the same time eliminates the formation of manganese oxides in the solder.

П р и м е р. Для получения припойного материала было подготоявялено пять смесей порошков исходных компонентов с содержанием олова 18; 19; 20; 21; 22 мас. % , никеля 1; 2; 2,5; 3; 4 мас. % , кобальта 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5 мас. % , бора 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5 мас. % , карбоната лития 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5 мас. % , железа 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7 мас. % ; марганца 0,05; 0,1; 0,2; 0,3; 0,5 мас. % , остальное до 100% медь, а также смесь порошков припоя-прототипа. PRI me R. To obtain solder material, five mixtures of the powders of the starting components with a tin content of 18 were prepared; nineteen; twenty; 21; 22 wt. %, nickel 1; 2; 2.5; 3; 4 wt. %, cobalt 0.1; 0.2; 0.3; 0.4; 0.5 wt. %, boron 0.1; 0.2; 0.3; 0.4; 0.5 wt. %, lithium carbonate 0.1; 0.2; 0.3; 0.4; 0.5 wt. % iron 0.3; 0.4; 0.5; 0.6; 0.7 wt. %; manganese 0.05; 0.1; 0.2; 0.3; 0.5 wt. %, the rest is up to 100% copper, as well as a mixture of prototype solder powders.

Смесь порошков прокатывали в полосы размером 0,2х100х100 мм, спекали по режиму 500^оС, время выдержки 60 мин и затем прокатывали до толщины 0,1 мм.The powder mixture was rolled in size 0,2h100h100 mm strip was sintered at regime 500 ^{° C,} holding time 60 minutes and then rolled to 0.1 mm thickness.

Из полученных полос изготовляли образцы размером 0,1 х 30 х 30 мм, накладывали их на никелевую полосу размером 1,0 х 60 х 100 мм и помещали в водородную печь типа ЦЭП-272 на 15 мин при 820-980^оС через каждые 20^оС. На обработанных таким образом образцах визуально оценивали наличие шлакового налета и оплавление припоя. Результат опробования представлены в таблице.Samples of 0.1 x 30 x 30 mm in size were made from the obtained strips, they were superimposed on a nickel strip of 1.0 x 60 x 100 mm in size and placed in a TsEP-272 type hydrogen furnace for 15 min at 820-980 ^о С every 20 ^about C. On the samples thus treated, the presence of slag plaque and the melting of solder were visually evaluated. The test results are presented in the table.

Из таблицы следует, что температура плавления припоя уменьшилась на 100-120^оС, шлаковый налет на поверхности припоя отсутствует.From the table it follows that the solder melting temperature decreased to 100-120 ^{° C,} the slag coating on the surface of the solder offline.

Предлагаемый припой по сравнению с прототипом обладает следующими преимуществами:
имеет на 100-120^оС ниже температуру плавления, что позволяет уменьшить энергозатраты на пайку изделий на 10-15% ;
отсутствие на поверхности припоя шлакового налета исключает появление при вибрационных и ударных нагрузках осколков шлака в корпусах полупроводниковых приборов, что повышает их надежность на 20-25% .The proposed solder in comparison with the prototype has the following advantages:
is 100-120 ^{° C} below the melting temperature, thus reducing energy consumption for brazing products by 10-15%;
the absence of slag deposits on the surface of the solder eliminates the appearance of slag fragments in the cases of semiconductor devices during vibration and shock loads, which increases their reliability by 20-25%.

Claims

Solder for brazing electronic products containing tin, nickel, cobalt, boron, lead, lithium carbonate, copper, characterized in that, in order to reduce the melting temperature and eliminate slag deposits on the surface of the solder after crystallization, it additionally contains iron and manganese in the following ratio of components, wt. %:
Tin 19 - 21
Nickel 2 - 3
Cobalt 0.2 - 0.4
Boron 0.2 - 0.4
Lead 4 - 5
Lithium carbonate 0.2 - 0.4
Iron 0.4 - 0.6
Manganese 0.1 - 0.3
Copper Else