RU2374056C1 - Solder metal for soldering - Google Patents
Solder metal for soldering Download PDFInfo
- Publication number
- RU2374056C1 RU2374056C1 RU2008116411/02A RU2008116411A RU2374056C1 RU 2374056 C1 RU2374056 C1 RU 2374056C1 RU 2008116411/02 A RU2008116411/02 A RU 2008116411/02A RU 2008116411 A RU2008116411 A RU 2008116411A RU 2374056 C1 RU2374056 C1 RU 2374056C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- solder
- copper
- soldering
- gallium
- manganese
- Prior art date
Links
Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технологическим процессам, а именно к пайке различных материалов электронной техники и, прежде всего, элементов электровакуумных изделий СВЧ.The invention relates to technological processes, namely to soldering various materials of electronic equipment and, above all, elements of microwave electric products.
Дальнейшее развитие электронной техники, в том числе электронной техники СВЧ, предъявляет особые требования как к надежности паяных соединений элементов изделий СВЧ при заданной рабочей температуре, так и составу применяемых в них припоев, так как они влияют, прежде всего, на их термомеханические характеристики и, следовательно, выходную мощность СВЧ.The further development of electronic equipment, including microwave electronic equipment, makes special demands both on the reliability of the soldered joints of the elements of microwave products at a given operating temperature, and on the composition of the solders used in them, since they affect, first of all, their thermomechanical characteristics and, hence the output power of the microwave.
При пайке элементов электровакуумных изделий СВЧ нашли широкое применение твердые припои, содержащие в большинстве своем значительное количество драгоценных металлов, таких как золото, платина, серебро, палладий, которые определяют низкую упругость паров, хорошую пластичность, смачивающую способность и жидкотекучесть.When soldering elements of microwave electric vacuum products, hard solders are widely used, containing for the most part a significant amount of precious metals such as gold, platinum, silver, palladium, which determine low vapor pressure, good ductility, wetting ability and fluidity.
Одной из характеристик припоя является запас по температуре плавления, позволяющий осуществлять проведение последующих, обусловленных технологией изготовления, многоступенных паек.One of the characteristics of the solder is a margin in melting temperature, which allows for the implementation of subsequent multistage rations due to manufacturing technology.
Известен твердый припой на основе меди [1], содержащий никель, олово, фосфор и одну или несколько поверхностно-активных добавок из следующих элементов периодической системы - галлий, индий, висмут, свинец, кадмий, цинк при следующем соотношении компонентов, вес.%:Known brazing alloy based on copper [1], containing nickel, tin, phosphorus and one or more surface-active additives from the following elements of the periodic system - gallium, indium, bismuth, lead, cadmium, zinc in the following ratio, wt.%:
Данный припой имеет ограниченные функциональные возможности - используется только для пайки металлов.This solder has limited functionality - it is used only for soldering metals.
Кроме того, некоторые из указанных поверхностно-активных компонентов нежелательны, а другие недопустимы при пайке вакуумных соединений диэлектрических материалов с металлами.In addition, some of these surface-active components are undesirable, while others are unacceptable when soldering vacuum compounds of dielectric materials with metals.
Известен твердый припой также на основе меди, содержащий золото в количестве 35 вес.% [2]. Благодаря сочетанию меди и золота, имеющих достаточно высокие температуры плавления, 1083°С и 1063°С соответственно, данный припой имеет также высокую температуру плавления и, следовательно, достаточный запас по температуре плавления, что обеспечивает возможность проведения последующих многоступенных паек, как было указано выше, обусловленных технологией изготовления изделий электронной техники.Known brazing alloy also based on copper, containing gold in an amount of 35 wt.% [2]. Due to the combination of copper and gold having sufficiently high melting points, 1083 ° С and 1063 ° С, respectively, this solder also has a high melting point and, therefore, a sufficient margin in melting temperature, which makes it possible to carry out subsequent multistage rations, as described above due to the technology of manufacturing electronic products.
Однако данный припой благодаря пластичности и меди, и золота, а также их близким температурам плавления обладает пластичностью и хорошей смачивающей способностью, а также низкой жидкотекучестью, но только по отношению к металлам.However, this solder, due to the ductility of both copper and gold, as well as their close melting points, has ductility and good wetting ability, as well as low fluidity, but only with respect to metals.
Кроме того, данный припой:In addition, this solder:
во-первых, непригоден для пайки неметаллизированных диэлектрических материалов вследствиеfirstly, unsuitable for soldering non-metallic dielectric materials due to
а) практического отсутствия их смачивания,a) the practical absence of their wetting,
б) их низкой химической активности;b) their low chemical activity;
во-вторых, и это немаловажно, имеет в своем составе высокое содержание драгоценного металла - золота.secondly, and this is important, it has a high content of precious metal - gold.
Известен твердый припой также на основе меди (прототип [3]) и содержащий германий и марганец при следующем соотношении компонентов, в вес.%:Known brazing alloy also based on copper (prototype [3]) and containing germanium and manganese in the following ratio of components, in wt.%:
Германий в данном припое ведет себя как легирующий компонент и тем самым обеспечивает заданную температуру плавления припоя.Germanium in this solder behaves as an alloying component and thereby provides a given melting point of the solder.
Марганец, который в данном припое ведет себя как химически и межфазно-активный элемент, обеспечивает и активность припоя в целом и тем самым позволяет осуществлять пайку металлов как с металлизированными, так и неметаллизированными диэлектрическими материалами.Manganese, which in this solder behaves as a chemically and interphase-active element, provides solder activity as a whole and thereby allows soldering metals with both metallized and non-metallized dielectric materials.
Кроме того, как было сказано выше, и это немаловажно, данный припой не содержит драгоценных металлов.In addition, as mentioned above, and it is important, this solder does not contain precious metals.
Однако данный припой:However, this solder:
во-первых, имеет неэвтектический состав и, как следствие, его интервал кристаллизации близок к критическому, примерно равный 50°С, что может привести к нежелательным процессам растворения в припое металлической составляющей материала элементов изделия при пайке и, как следствие этого, снижению надежности как паяного соединения, так и изделия в целом;firstly, it has a non-eutectic composition and, as a result, its crystallization interval is close to critical, approximately equal to 50 ° С, which can lead to undesirable processes of dissolution of the metal component of the product elements during soldering in solder and, as a result, a decrease in reliability as soldered joints, and the product as a whole;
во-вторых, имеет ограничения с точки зрения функциональных возможностей:secondly, it has limitations in terms of functionality:
а) как с точки зрения используемых в паяном соединении материалов,a) as from the point of view of the materials used in the solder joint,
б) так и среды, в которой осуществляют пайку - только высокий вакуум, давление не хуже чем 1,33×10-3 Па либо остроосушенный водород с температурой точки росы не более чем -35°С.b) the medium in which the soldering is carried out - only high vacuum, pressure no worse than 1.33 × 10 -3 Pa or acutely dried hydrogen with a dew point temperature of no more than -35 ° С.
Техническим результатом предложенного изобретения являются повышение надежности паяного соединения, расширение функциональных возможностей при сохранении экономии драгоценных металлов.The technical result of the proposed invention is to increase the reliability of the solder joint, expanding functionality while maintaining the economy of precious metals.
Указанный технический результат достигается предложенным припоем для пайки на основе меди, германия и марганца.The specified technical result is achieved by the proposed solder for soldering based on copper, germanium and manganese.
В который дополнительно введен галлий в количестве 0,05-0,5 вес.% при следующем соотношении исходных компонентов, вес.%:In which additionally introduced gallium in an amount of 0.05-0.5 wt.% In the following ratio of starting components, wt.%:
При пайке оксидных диэлектрических материалов между собой либо с металлами и их сплавами, равно как меди с другими металлами и их сплавами, припой имеет следующий состав, вес.%: германий 8,5-9,5, марганец 1-1,2, галлий 0,05-0,07, медь остальное.When soldering oxide dielectric materials with each other or with metals and their alloys, as well as copper with other metals and their alloys, the solder has the following composition, wt.%: Germanium 8.5-9.5, manganese 1-1.2, gallium 0.05-0.07, the rest is copper.
Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the invention
Наличие в составе предложенного припоя галлия указанного количества и в совокупности с другими компонентами благодаря тому, что он имеет низкую температуру плавления, 29,9°С, обеспечивает снижение:The presence in the composition of the proposed solder gallium of the specified amount and in combination with other components due to the fact that it has a low melting point, 29.9 ° C, provides a reduction:
во-первых, интервала температуры плавления припоя на величину не менее 10°С, что является существенным технологическим фактором, что особенно важно, например, для пайки диэлектрических материалов с медью, так как тем самым уменьшается опасность растворения меди в припое и, следовательно, повышается надежность паяного соединения,firstly, the melting point of the solder by at least 10 ° C, which is a significant technological factor, which is especially important, for example, for soldering dielectric materials with copper, as this reduces the risk of dissolution of copper in the solder and, therefore, increases solder joint reliability
во-вторых, интервал температуры кристаллизации припоя в среднем на 5-10°С,secondly, the temperature range of crystallization of solder on average 5-10 ° C,
в-третьих, подавляет появление в припое хрупкой медно-германиевой фазы, ухудшающей пластичность.thirdly, it suppresses the appearance of a brittle copper-germanium phase in solder, which worsens ductility.
Следует подчеркнуть, что даже незначительное изменение интервала температуры кристаллизации припоя приводит к ограничению нежелательных процессов растворения в припое металлической составляющей материала элементов изделия и, следовательно, к повышению надежности как паяного соединения, так и конструкции в целом.It should be emphasized that even a slight change in the temperature range of solder crystallization leads to a limitation of undesirable dissolution processes in the solder of the metal component of the material of the product elements and, therefore, to an increase in the reliability of both the solder joint and the structure as a whole.
Наличие галлия, в силу того что в предложенном припое он ведет себя как поверхностно активный элемент, обеспечивает улучшение:The presence of gallium, due to the fact that in the proposed solder it behaves as a surface-active element, provides an improvement:
во-первых, жидкотекучести припоя и тем самым улучшение условий пайки по капиллярным зазорам;firstly, the fluidity of the solder and thereby the improvement of soldering conditions by capillary gaps;
во-вторых, его смачивающей способности и, следовательно, повышение адгезии припоя к паяемым материалам соединения.secondly, its wetting ability and, therefore, increased adhesion of solder to the brazed materials of the compound.
И то и другое обеспечивает повышение надежности паяного соединения.Both of these provide increased solder joint reliability.
То есть можно сказать, что галлий с точки зрения определяющей его роли в припое относительно таких его свойств, как низкая упругость паров, пластичность, ведет себя аналогично драгоценным металлам, например золоту.That is, we can say that gallium from the point of view of its determining role in solder with respect to its properties such as low vapor pressure, ductility, behaves similarly to precious metals, such as gold.
Более того, наличие в припое галлия в совокупности с медью улучшает механическую прочность, пластичность и повышает его устойчивость к коррозии.Moreover, the presence of gallium in solder in combination with copper improves mechanical strength, ductility and increases its resistance to corrosion.
Наличие в предложенном припое для пайки:The presence in the proposed solder for soldering:
- германия менее 7 вес.% нежелательно, так как может быть нарушена его основная функция в припое - обеспечение заданного интервала плавления, а более 12,5 недопустимо, так как приводит к появлению в припое хрупкой медно-германиевой фазы, ухудшающей пластичность, а следовательно, снижению надежности паяного соединения,- Germany less than 7 wt.% is undesirable, since its main function in the solder may be violated - providing a given melting interval, and more than 12.5 is unacceptable, since it leads to the appearance of a brittle copper-germanium phase in the solder, worsening plasticity, and therefore , reduce the reliability of the solder joint,
- марганца менее 0,08 неэффективно, а более 1,2 недопустимо, так как, во-первых, приводит к увеличению интервала плавления припоя, к увеличению концентрации марганца на поверхности припоя и тем самым резкому ухудшению технологических условий пайки и особенно в газовой среде; во-вторых, к росту упругости паров припоя;- manganese less than 0.08 is inefficient, and more than 1.2 is unacceptable, since, firstly, it leads to an increase in the melting interval of the solder, to an increase in the concentration of manganese on the surface of the solder and thereby a sharp deterioration of the technological conditions of soldering, and especially in a gaseous environment; secondly, to an increase in the vapor pressure of solder;
- галлия менее 0,05 неэффективно, а более 0,5 приводит к нежелательному увеличению интервала плавления и тем самым к ухудшению технологических условий пайки, а следовательно, снижению надежности паяного соединения.- gallium less than 0.05 is ineffective, and more than 0.5 leads to an undesirable increase in the melting interval and thereby to a deterioration of the technological conditions of soldering, and therefore, a decrease in the reliability of the soldered joint.
Предложенный как качественный, так и количественный состав припоя позволит расширить функциональные возможности, а именно:The proposed both qualitative and quantitative composition of the solder will expand the functionality, namely:
- осуществлять соединение с металлами как металлизированных, так и неметаллизированных диэлектрических материалов, в том числе оксидных керамических материалов,- to connect with metals of both metallized and non-metallic dielectric materials, including oxide ceramic materials,
- осуществлять пайку в высоком вакууме не только в остроосушенном водороде с температурой точки росы не более чем -35°С, а просто в водороде, инертном газе, например очищенном аргоне.- soldering in high vacuum, not only in sharply dried hydrogen with a dew point temperature of not more than -35 ° C, but simply in hydrogen, an inert gas, such as purified argon.
Следует отметить, что в электровакуумных и твердотельных электронных приборах СВЧ наиболее широко применимы оксидные керамические материалы.It should be noted that oxide ceramic materials are most widely used in microwave electric and vacuum electronic microwave devices.
Итак, как следует из вышесказанного, предложенный припой для пайки обеспечит повышение надежности паяного соединения и расширение функциональных возможностей.So, as follows from the above, the proposed solder for soldering will provide increased reliability of the soldered joint and the expansion of functionality.
Примеры конкретного выполнения предложенного припоя для пайки.Examples of specific performance of the proposed solder for soldering.
Пример 1.Example 1
Берут навески германия ГОСТ-16153-70, марганца ГОСТ 6008-90, галлия ГОСТ 13637-93 в количестве 10, 1,00, 0,25 соответственно и медь ГОСТ 15471-77 остальное - 88,75 вес.%.Take samples of Germany GOST-16153-70, manganese GOST 6008-90, gallium GOST 13637-93 in the amount of 10, 1.00, 0.25, respectively, and copper GOST 15471-77 the rest - 88.75 wt.%.
Перед смешиванием исходные компоненты проходят соответствующую обработку:Before mixing, the starting components undergo appropriate processing:
- марганец, германий и галлий обезжиривают и протирают спиртом,- Manganese, germanium and gallium are degreased and wiped with alcohol,
- медь обезжиривают, травят и отжигают в среде водорода.- Copper is degreased, poisoned and annealed in a hydrogen medium.
При этом галлий используют в виде лигатуры в меди.In this case, gallium is used as a ligature in copper.
Далее указанные навески компонентов марганца, германия и галлия в меди смешивают и плавят при заданной температуре в высоком вакууме.Further, these weighed portions of the components of manganese, germanium and gallium in copper are mixed and melted at a given temperature in high vacuum.
Далее полученную заготовку припоя очищают, отжигают в высоком вакууме и подвергают прокатке до получения фольги заданной толщины.Next, the obtained solder blank is cleaned, annealed in high vacuum, and rolled to obtain a foil of a given thickness.
Примеры 2-5.Examples 2-5.
Изготавливают припои аналогично примеру 1, но при других соотношениях исходных компонентов, указанных в формуле изобретения, а также за ее пределами.Solders are made analogously to example 1, but with other ratios of the starting components indicated in the claims, as well as beyond.
Изготовленные припои были использованы для пайки оксидных диэлектрических материалов с медью марки МОб:The manufactured solders were used for soldering oxide dielectric materials with MOB grade copper:
а) алюмооксидной керамики марки ВК94-1,a) alumina ceramics grade VK94-1,
б) бериллиевой керамики марки ОБ-1.b) beryllium ceramics grade OB-1.
Пайку осуществляют в высоком вакууме, давление не хуже чем 1,33×10-3 Па.Soldering is carried out in high vacuum, the pressure is not worse than 1.33 × 10 -3 Pa.
На изготовленных образцах паяных соединений были измерены:On the fabricated samples of soldered joints were measured:
Механическая прочность на статический изгиб по схеме четырех точек на разрывной машине типа РМ-500.Mechanical strength for static bending according to the four-point pattern on a tensile testing machine type RM-500.
Герметичность с помощью гелиевого течеискателя типа ПТИ-10 со скоростью натекания не хуже 1,3×10-11 м3 Па/с.Tightness with the help of a helium leak detector type PTI-10 with a leakage rate of no worse than 1.3 × 10 -11 m 3 Pa / s.
Кроме того, была определена термостойкость в результате следующего цикла испытаний, а именно:In addition, heat resistance was determined as a result of the following test cycle, namely:
пятидесяти нагревов в режиме пайки до 900-950°С, трехкратного нагрева в водороде до 950°С, прогрева при 650°С в течение 12 часов, десяти термоциклов при температуре от -60 до 150°С на воздухе.fifty heatings in the soldering mode up to 900-950 ° С, three times heating in hydrogen up to 950 ° С, warming up at 650 ° С for 12 hours, ten thermal cycles at a temperature from -60 to 150 ° С in air.
При этом после каждого вида испытаний проводят контроль герметичности и целостности паяного соединения. В таблице дан конечный результат.Moreover, after each type of test, the tightness and integrity of the soldered joint are checked. The table gives the final result.
Результаты испытаний сведены в таблицу.The test results are summarized in table.
Как видно из таблицыAs can be seen from the table
Механическая прочность на статический изгиб образцов паяных соединений, изготовленных с использованием припоя количественного состава, имеющего соотношение исходных компонентов, заявленных в формуле изобретения, составляет примерно 260 МПа, что говорит об увеличении механической прочности по сравнению с прототипом (пример 11) на 40-60 МПа; герметичность сохранена не хуже 1,3×10-11 м3 Па/с; термостойкость после указанного выше цикла испытаний также сохранена (примеры 1-3 и 6-8),The mechanical resistance to static bending of samples of brazed joints made using a solder of a quantitative composition having a ratio of the starting components claimed in the claims is approximately 260 MPa, which indicates an increase in mechanical strength compared to the prototype (example 11) by 40-60 MPa ; tightness is maintained no worse than 1.3 × 10 -11 m 3 Pa / s; heat resistance after the above test cycle is also preserved (examples 1-3 and 6-8),
в отличие от образцов паяных соединений, изготовленных с использованием припоя количественного состава, имеющего соотношение исходных компонентов за пределами, заявленными в формуле изобретения (пример 4-5 и 9-10), где механическая прочность составляет менее 200 МПа; имеет место нарушение герметичности; не все образцы прошли термоциклирование.in contrast to samples of brazed joints made using solder of a quantitative composition having a ratio of the starting components outside the limits stated in the claims (example 4-5 and 9-10), where the mechanical strength is less than 200 MPa; leakage occurs; not all samples underwent thermal cycling.
Следует отметить, что результаты испытаний паяных соединений указанных диэлектрических материалов несколько отличаются друг от друга в силу того, что оксид бериллия характеризуется меньшей химической активностью.It should be noted that the test results of the soldered joints of these dielectric materials are somewhat different from each other due to the fact that beryllium oxide is characterized by lower chemical activity.
Таким образом, предложенный припой для пайки по сравнению с прототипом позволит:Thus, the proposed solder for soldering in comparison with the prototype will allow:
во-первых, повысить надежность паяного соединения за счет повышения механической прочности примерно на 20 процентов при сохранении уровня герметичности и термостойкости,firstly, to increase the reliability of the solder joint by increasing the mechanical strength by about 20 percent while maintaining the level of tightness and heat resistance,
во-вторых, расширить функциональные возможности.secondly, expand the functionality.
Следует отметить, что предложенный припой, который обеспечивает достаточно высокий уровень вышеуказанных технических характеристик, может быть особенно востребован при пайке элементов изделий электронной техники СВЧ.It should be noted that the proposed solder, which provides a sufficiently high level of the above technical characteristics, can be especially in demand when soldering elements of microwave electronic products.
Источники информацииInformation sources
1. Патент РФ №2041783, МПК В23К 35/30, дата подачи 1993.04.08, опубл. 1995.08.20.1. RF patent No. 2041783, IPC V23K 35/30, filing date 1993.04.08, publ. 1995.08.20.
2. Гладков А.С., Подвигина О.П., Чернов О.В. Пайка деталей электровакуумных приборов. М.: Энергия, 1967, с.212-217.2. Gladkov A.S., Podvigina O.P., Chernov O.V. Soldering parts of vacuum equipment. M .: Energy, 1967, p. 212-217.
3. Авторское свидетельство №449791, МПК В23К 35/30, заявка №1894175 приоритет 26.02.73, опубл. в бюл. №42 от 15.11.74.3. Copyright certificate No. 449791, IPC V23K 35/30, application No. 1894175 priority 26.02.73, publ. in bull. No 42 on 11/15/74.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008116411/02A RU2374056C1 (en) | 2008-04-24 | 2008-04-24 | Solder metal for soldering |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008116411/02A RU2374056C1 (en) | 2008-04-24 | 2008-04-24 | Solder metal for soldering |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2374056C1 true RU2374056C1 (en) | 2009-11-27 |
Family
ID=41476582
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008116411/02A RU2374056C1 (en) | 2008-04-24 | 2008-04-24 | Solder metal for soldering |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2374056C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106381415A (en) * | 2016-09-30 | 2017-02-08 | 无锡日月合金材料有限公司 | Copper-based silver-free sealing alloy material and preparation method thereof |
-
2008
- 2008-04-24 RU RU2008116411/02A patent/RU2374056C1/en active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106381415A (en) * | 2016-09-30 | 2017-02-08 | 无锡日月合金材料有限公司 | Copper-based silver-free sealing alloy material and preparation method thereof |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4077888B2 (en) | Ceramic circuit board | |
Suganuma et al. | Heat resistance of Sn–9Zn solder/Cu interface with or without coating | |
JP4669877B2 (en) | Solder alloy for oxide bonding | |
US4797328A (en) | Soft-solder alloy for bonding ceramic articles | |
CN104411450B (en) | Alloy | |
EP2980843B1 (en) | Power module | |
JP5168652B2 (en) | Lead-free solder alloy for oxide bonding and oxide bonded body using the same | |
JP2001332854A (en) | Ceramic circuit board | |
RU2374056C1 (en) | Solder metal for soldering | |
JPH02179388A (en) | Low melting point ag solder | |
US20160039052A1 (en) | Solder material and bonded structure | |
CN109175782A (en) | A kind of novel oxidation-resistant multicomponent alloy solder | |
EP3707286B1 (en) | High reliability lead-free solder alloy for electronic applications in extreme environments | |
EP2974818B1 (en) | Solder joining method | |
JP2011005545A (en) | Solder alloy, and soldered body using the same | |
JPH02179387A (en) | Low melting point ag solder | |
JPS63168293A (en) | Composite brazing filler metal and brazing method thereof | |
US20160039031A1 (en) | Ceramic-metal bonding structure and process for producing same | |
KR102220725B1 (en) | Brazing filler metal, brazing filler alloy pannel and brazing method | |
JP2696508B2 (en) | Brazing method for composite brazing material | |
KR102220724B1 (en) | NiSnP BRAZING FILLER METAL, BRAZING FILLER ALLOY PANNEL AND BRAZING METHOD | |
JP2668569B2 (en) | Brazing material | |
JPS6218276B2 (en) | ||
JPH02179385A (en) | Low melting point ag solder | |
Rous et al. | Influence Of Thermal Aging On Intermetallic Compound Growth In Solder Alloys |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20160225 |