RU2477207C1

RU2477207C1 - Lead-free solder

Info

Publication number: RU2477207C1
Application number: RU2011133402/02A
Authority: RU
Inventors: Владислав Алексеевич Трегубов; Елена Степановна Лопатина; Елена Ивановна Баталова; Людмила Григорьевна Новикова
Original assignee: Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт приборостроения имени В.В. Тихомирова"
Priority date: 2011-08-09
Filing date: 2011-08-09
Publication date: 2013-03-10

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention may be used in microelectronics, particularly, for soldering and tinning components of radio electronic hardware. Lead-free solder comprises the following components in the following ratio, in wt %: bismuth - 69-72, indium - 29-32.

EFFECT: better fluidity and adhesion to soldered material.

2 tbl

Description

Изобретение относится к области пайки с использованием бессвинцовых припоев и может быть использовано в микроэлектронике, в частности, для пайки и лужения деталей в блоках радиоэлектронной аппаратуры.The invention relates to the field of soldering using lead-free solders and can be used in microelectronics, in particular, for soldering and tinning of parts in blocks of electronic equipment.

Известен бессвинцовый припой (RU 2254971, опубл. 27.06.2005 г.). Он содержит ингредиенты в следующем соотношении, мас.%: Sn 76-96, Cu 0,2-0,5, Ag 2,5-4,5, In 0-12, Bi 0,5-5,0, Sb 0,01-2. Недостатком этого припоя является большое количество пустот в паяных соединениях и, соответственно, повышение их хрупкости.Known lead-free solder (RU 2254971, publ. 06/27/2005). It contains ingredients in the following ratio, wt.%: Sn 76-96, Cu 0.2-0.5, Ag 2.5-4.5, In 0-12, Bi 0.5-5.0, Sb 0 01-2. The disadvantage of this solder is a large number of voids in soldered joints and, accordingly, an increase in their fragility.

Известен бессвинцовый припой EP 1930117 A1, 11.06.2008, включающий в себя, мас.%: индий 48-52,5 и в балансе висмут. Недостатками этого припоя являются невозможность образования эластичного химического соединения в шве, низкая жидкотекучесть припоев, недостаточная сцепляемость с паяемым материалом. Для улучшения технологических характеристик этого припоя в него необходимо вводить свинец и цинк, что повышает температуру его пайки и делает этот припой токсичным.Known lead-free solder EP 1930117 A1, 06/11/2008, including, wt.%: Indium 48-52.5 and in the balance of bismuth. The disadvantages of this solder are the impossibility of forming an elastic chemical compound in the seam, the low fluidity of the solders, and the insufficient adhesion to the brazed material. To improve the technological characteristics of this solder, it is necessary to introduce lead and zinc into it, which increases the temperature of its soldering and makes this solder toxic.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является «Бессвинцовый припой» (RU 2367551 C2, опубл. 10.05.2009 г.). Он содержит олово и висмут и отличается тем, что в его состав введена сурьма, при следующем соотношении компонентов припоя, вес.%:The closest in technical essence to the proposed invention is "Lead-free solder" (RU 2367551 C2, publ. 05/10/2009). It contains tin and bismuth and is characterized in that antimony is introduced into its composition, in the following ratio of solder components, wt.%:

ОловоTin 87,0-89,087.0-89.0 ВисмутBismuth 9,0-11,09.0-11.0 СурьмаAntimony 0,8-1,20.8-1.2

Недостатком этого припоя является то, что припои, содержащие сурьму, образуют хрупкое химическое соединение в шве, ухудшают жидкотекучесть припоев, снижают их коррозионную стойкость, ухудшают сцепляемость с паяемым материалом.The disadvantage of this solder is that the antimony-containing solders form a brittle chemical compound in the weld, worsen the solids fluidity, reduce their corrosion resistance, and adhere to the brazed material.

Технический результат предлагаемого изобретения состоит в повышении технологических свойств припоя, в частности, образуется эластичное химическое соединение в шве, повышается жидкотекучесть припоев, улучшается сцепляемость с паяемым материалом.The technical result of the invention consists in improving the technological properties of the solder, in particular, an elastic chemical compound is formed in the seam, the solids flowability is increased, and adhesion to the brazed material is improved.

Заявляемый припой хорошо смачивает медь и ее сплавы, обеспечивает ее сверхпроводимость, слабо растворяет золото, не делает его хрупким, что важно при поверхностном монтаже радиоэлементов.The inventive solder moistens copper and its alloys well, provides its superconductivity, slightly solves gold, does not make it brittle, which is important for surface mounting of radio elements.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что бессвинцовый припой содержит висмут.The essence of the invention is that the lead-free solder contains bismuth.

Новым в предлагаемом припое является введение в его состав индия при следующем соотношении компонентов припоя, вес.%:New in the proposed solder is the introduction of indium into its composition in the following ratio of solder components, wt.%:

ВисмутBismuth 69-7269-72 ИндийIndium 29-3229-32

Предлагаемый припой не содержит олова, следовательно, решена проблема «оловянной чумы», и это в значительной мере имеет преимущество перед припоем по патенту №2367551.The proposed solder does not contain tin, therefore, the problem of “tin plague” has been solved, and this has a significant advantage over the solder according to patent No. 2367551.

В таблице 1 приведены составы предлагаемого бессвинцового припоя:Table 1 shows the compositions of the proposed lead-free solder:

№ ппNo pp КомпонентыComponents Процентное содержаниеPercentage 1one ВисмутBismuth 6969 7070 7272 22 ИндийIndium 3232 30thirty 2929th

Указанный состав компонентов выбран вследствие того, что при увеличении количества индия невозможно достичь требуемой температуры пайки для изделий, работающих в интервале температур 60-80°С. При увеличении количества висмута невозможно использовать предлагаемый состав припоя из-за увеличения его хрупкости и неоднородности.The specified composition of the components is selected due to the fact that with an increase in the amount of indium it is not possible to achieve the required soldering temperature for products operating in the temperature range 60-80 ° C. With an increase in the amount of bismuth, it is impossible to use the proposed composition of the solder due to an increase in its brittleness and heterogeneity.

Бессвинцовый припой является особо легким припоем и применим, когда опасен перегрев паяемого материала или изделия.Lead-free solder is a particularly light solder and is applicable when overheating of the soldered material or product is dangerous.

Проведены исследования на смачивание и растекание припоя по паяемым поверхностям образцов изготовленных из Д16 по покрытию. Паяемость анализировали по растеканию припоя согласно методу, изложенному в ГОСТ 9.302-79. По данному ГОСТу навеска припоя имеет следующие размеры: диаметр 8 мм и толщину 0.3 мм. Коэффициент растекания припоя определяли по формуле Кр=Sp/So, где Sp - площадь, занятая припоем после расплавления и растекания, мм, So - площадь, занятая дозой припоя в исходном состоянии, мм.Studies on the wetting and spreading of solder on the brazed surfaces of samples made of D16 on the coating. Solderability was analyzed by spreading solder according to the method described in GOST 9.302-79. According to this GOST, the solder hitch has the following dimensions: diameter 8 mm and thickness 0.3 mm. The spreading coefficient of solder was determined by the formula Кр = Sp / So, where Sp is the area occupied by the solder after melting and spreading, mm, So is the area occupied by the dose of solder in the initial state, mm.

В таблице 2 приведены коэффициенты растекаемости припоя по паяемым поверхностям (К при пайке должен быть не менее 1).Table 2 shows the spreading coefficients of solder over soldered surfaces (K for soldering should be at least 1).

№ ппNo pp КомпонентыComponents %% КTO %% КTO %% КTO 1one ВисмутBismuth 6969 2,62.6 7070 2,52,5 7272 2,42,4 22 ИндийIndium 3232 30thirty 2929th

Это свидетельствует о высоких технологических свойствах. Полученные результаты значительно выше показателей по растекаемости и смачиванию припоя по патенту №2367551 более чем в 2 раза.This indicates high technological properties. The results are much higher than the spreadability and wetting solder according to patent No. 2367551 more than 2 times.

Бессвинцовый припой имеет следующие преимущества в сравнении с припоем по патенту №2367551:Lead-free solder has the following advantages compared with the solder according to patent No. 2367551:

1. Улучшены технологические свойства припоя.1. Improved technological properties of solder.

2. Предлагаемый припой имеет эластичное химическое соединение в шве, обладает повышенной жидкотекучестью и улучшенной сцепляемостью с паяемым материалом.2. The proposed solder has an elastic chemical compound in the seam, has increased fluidity and improved adhesion to the brazed material.

3. Является заменителем токсичных припоев (Zn-Cd).3. It is a substitute for toxic solders (Zn-Cd).

Claims

Lead-free solder containing bismuth, characterized in that indium is introduced into its composition in the following ratio of components, wt.%:
Bismuth 69-72 Indium 29-32