RU2734609C1 - Band-shaped soldering alloy based on gold alloy and method for production thereof - Google Patents
Band-shaped soldering alloy based on gold alloy and method for production thereof Download PDFInfo
- Publication number
- RU2734609C1 RU2734609C1 RU2019124109A RU2019124109A RU2734609C1 RU 2734609 C1 RU2734609 C1 RU 2734609C1 RU 2019124109 A RU2019124109 A RU 2019124109A RU 2019124109 A RU2019124109 A RU 2019124109A RU 2734609 C1 RU2734609 C1 RU 2734609C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gold
- solder
- alloy
- thickness
- strip
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
- B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
- B23K35/26—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 400 degrees C
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/40—Making wire or rods for soldering or welding
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
- Die Bonding (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области пайки, в частности к составу, структуре и способу получения ленточного композиционного припоя на основе золота с заданным интервалом температур плавления, применяемого при изготовлении электровакуумных и полупроводниковых приборов с использованием технологии ступенчатой пайки.The invention relates to the field of soldering, in particular to the composition, structure and method of producing a strip composite solder based on gold with a predetermined melting temperature range, used in the manufacture of vacuum and semiconductor devices using the technology of step soldering.
Цель изобретения - получение ленточного припойного материала на основе золота толщиной от 20…50 мкм (микрометров) с заданным интервалом температур плавления в диапазоне 280…500°С, предназначенного для выполнения технологических операций бесфлюсовой ступенчатой пайки. Технология ступенчатой пайки обеспечивает надежное паяное соединение конструкционных элементов за счет использования ряда припоев различного состава с различными температурами плавления.The purpose of the invention is to obtain a strip solder material based on gold with a thickness of 20 ... 50 microns (micrometers) with a predetermined melting temperature range in the range of 280 ... 500 ° C, intended for performing technological operations of flux-free step soldering. Stepped brazing technology provides a reliable brazed connection of structural elements through the use of a number of brazing alloys of various compositions with different melting temperatures.
Известен ряд припоев на основе серебра, золота или олова /1, 2, 3/, эвтектического или близкого к эвтектическому составов, наиболее часто применяемых в виде фольги, ленты или преформ при изготовлении и корпусировании мощных изделий микроэлектроники, с эффективным отводом выделяющегося от кристалла тепла. Для обеспечения лучшей адгезии поверхности спаиваемых элементов, как правило, металлизируют (при этом верхним слоем металлизации является золотое покрытие толщиной до 3 мкм).A number of solders are known based on silver, gold or tin / 1, 2, 3 /, eutectic or close to eutectic compositions, most often used in the form of foil, tape or preforms in the manufacture and packaging of powerful microelectronic products, with effective removal of heat released from the crystal ... To ensure better adhesion, the surfaces of the elements to be brazed are, as a rule, metallized (in this case, the top layer of metallization is a gold coating up to 3 microns thick).
Однако, достаточно высокая температура плавления (более 800°С) припоев на основе сплавов серебра эвтектического состава (Ag72Cu28) зачастую накладывает ряд конструкционно-технологических ограничений на их использование для пайки конструкционных элементов корпусов. Припои эвтектического состава золото-кремний (Au88Ge12) и золото-германий (Au96,8Si3,2) с температурами плавления 363°С и 356°С (соответственно) используются для посадки полупроводникового кристалла на теплоотводящее основание. Золото-оловянный припой эвтектического состава Au80Sn20 с температурой плавления 280°С в основном используется при корпусировании и герметизации металлокерамических корпусов мощных изделий микроэлектроники.However, a sufficiently high melting temperature (more than 800 ° C) of solders based on silver alloys of eutectic composition (Ag72Cu28) often imposes a number of design and technological restrictions on their use for soldering structural elements of housings. Solders of the eutectic composition gold-silicon (Au88Ge12) and gold-germanium (Au96.8Si3.2) with melting temperatures of 363 ° C and 356 ° C (respectively) are used to fit a semiconductor crystal on a heat sink base. Gold-tin solder of the eutectic composition Au80Sn20 with a melting point of 280 ° C is mainly used for packaging and sealing sintered bodies of powerful microelectronic products.
Наиболее близким по химическому составу и назначению к заявляемому изобретению является золото-оловянный ленточный припойный материал (ЛПМ) эвтектического состава Au80Sn20 (мас. %) с температурой плавления 280°С, изготовленный методами «традиционной» металлургии (вакуумная выплавка слитка сплава и его деформация) /1/.The closest in chemical composition and purpose to the claimed invention is a gold-tin strip solder material (LPM) of the eutectic composition Au80Sn20 (wt%) with a melting point of 280 ° C, made by methods of "traditional" metallurgy (vacuum melting of an alloy ingot and its deformation) /1/.
Важным свойством сплава Au80Sn20 является резкое повышение температуры плавления (ликвидуса) даже при незначительном увеличении концентрации золота (Рис. 1, Фрагмент диаграммы состояния сплавов двойной системы золото - олово).An important property of the Au80Sn20 alloy is a sharp increase in the melting point (liquidus) even with an insignificant increase in the gold concentration (Fig. 1, Fragment of the state diagram of alloys of the double gold-tin system).
Эту особенность необходимо учитывать при пайке к золоченым поверхностям, когда золото из слоя металлизации компонентов во время пайки попадает в припой и может изменять его состав. Процесс насыщения золотом расплава припоя Au80Sn20 зависит от режима пайки (температуры и времени нагрева выше точки ликвидуса). В некоторых случаях указанный эффект позволяет выполнять двухступенчатую пайку одним и тем же припоем Au80Sn20, однако при этом необходимо строго соблюдать температурно-временной режим пайки для конкретных значений толщин ЛПМ и слоев металлизационного покрытия. Его несоблюдение может привести к полному растворению золотого покрытия и нежелательному образованию хрупких тройных интерметаллидов (например, золото-олово-никель).This feature must be taken into account when soldering to gold-plated surfaces, when gold from the metallization layer of the components gets into the solder during soldering and can change its composition. The process of gold saturation of the Au80Sn20 solder melt depends on the soldering mode (temperature and heating time above the liquidus point). In some cases, this effect makes it possible to perform two-stage soldering with the same Au80Sn20 solder, however, it is necessary to strictly observe the temperature-time mode of soldering for specific values of the thickness of the CVL and the layers of the metallization coating. Failure to do so can lead to complete dissolution of the gold coating and the undesirable formation of brittle ternary intermetallics (for example, gold-tin-nickel).
Получение золото-оловянного ЛПМ в тонких сечениях из сплавов иного состава (например, с более высоким содержанием золота и более широким интервалом температур плавления, что важно для использования в технологии ступенчатой пайки) по технологическим причинам затруднительно.For technological reasons, it is difficult to obtain gold-tin CVL in thin sections from alloys of a different composition (for example, with a higher gold content and a wider melting temperature range, which is important for use in stepped brazing technology).
Техническим результатом настоящего изобретения является получение ленточного припойного материала толщиной от 20 до 50 мкм на основе золота определенного состава, обладающего заданным интервалом температур плавления в диапазоне 280…500°С.The technical result of the present invention is to obtain a tape solder material with a thickness of 20 to 50 microns based on gold of a certain composition, which has a predetermined melting temperature range in the range of 280 ... 500 ° C.
Технический результат, обеспечиваемый изобретением, достигается формированием ленточного припоя (Рис. 2), содержащим ленту, выполненную из двойного сплава золото-олово эвтектического состава Au80Sn20, отличающийся тем, что лента имеет толщину 20…50 мкм и снабжена нанесенными на нее внешними слоями из золота, толщина которых рассчитана по диаграмме состояния сплавов золото-олово из условия получения припоя с заданным интервалом температур плавления солидус-ликвидус в диапазоне от 280 до 500 градусов Цельсия, при этом суммарное содержание золота в припое составляет не более 85 мас. % (Рис. 1, Табл. 1, 2).The technical result provided by the invention is achieved by forming a strip solder (Fig. 2) containing a strip made of a double gold-tin alloy of the eutectic composition Au80Sn20, characterized in that the strip has a thickness of 20 ... 50 microns and is provided with external layers of gold applied to it , the thickness of which is calculated according to the state diagram of gold-tin alloys from the condition of obtaining a solder with a given range of solidus-liquidus melting temperatures in the range from 280 to 500 degrees Celsius, while the total gold content in the solder is no more than 85 wt. % (Fig. 1, Tables 1, 2).
Способ изготовления ленточного припоя на основе сплава золота, в соответствие с изобретением, включает в себя получение ленты из двойного сплава золото-олово эвтектического состава Au80Sn20, отличающийся тем, что ленту получают путем вакуумной выплавки слитка из упомянутого сплава и его пластической деформации до толщины 20…50 мкм, затем на полученную ленту наносят внешние слои из золота, толщину которых рассчитывают по диаграмме состояния сплавов золото-олово из условия получения припоя с заданным интервалом температур плавления солидус-ликвидус в диапазоне от 280 до 500 градусов Цельсия при суммарном содержании золота в припое не более 85 мас. %, причем нанесение осуществляется напылением в вакууме, химическим или электрохимическим осаждением.The method for producing a strip solder based on a gold alloy, in accordance with the invention, includes obtaining a strip from a double gold-tin alloy of the eutectic composition Au80Sn20, characterized in that the strip is obtained by vacuum melting of an ingot from said alloy and its plastic deformation to a thickness of 20 ... 50 microns, then outer layers of gold are applied to the resulting tape, the thickness of which is calculated from the state diagram of gold-tin alloys from the condition of obtaining solder with a given solidus-liquidus melting temperature range in the range from 280 to 500 degrees Celsius with a total gold content in the solder not more than 85 wt. %, and the application is carried out by spraying in a vacuum, chemical or electrochemical deposition.
Сущностью заявляемого технического решения является получение технологичного продукта с заданными свойствами (ленточного припойного материала определенного состава и структуры с заданным интервалом температур плавления), что поясняется данными, приведенными в таблицах 1, 2.The essence of the proposed technical solution is to obtain a technological product with the desired properties (tape solder material of a certain composition and structure with a given melting temperature range), which is explained by the data given in tables 1, 2.
Пример.Example.
Для экспериментального подтверждения заявляемого технического результата было изготовлено 14 экспериментальных образцов композита различного состава и толщины. В качестве материала среднего слоя композита использовали ленту сплава Au80Sn20 (мас. %) размером порядка 20×100 мм и толщиной 20 и 40 мкм. Этот диапазон толщин является оптимальным по ряду технологических причин получения и использования композита.For experimental confirmation of the claimed technical result, 14 experimental samples of the composite of various composition and thickness were made. The material of the middle layer of the composite was an Au80Sn20 alloy (wt%) tape with a size of about 20 × 100 mm and a thickness of 20 and 40 μm. This range of thicknesses is optimal for a number of technological reasons for the preparation and use of the composite.
Два внешних слоя золота наносили методами вакуумного магнетронного напыления (ВМ) и/или электрохимического осаждения (ЭХ). Толщину слоев измеряли различными инструментальными методами. На основании результатов измерений толщин слоев и данных диаграммы состояния рассчитывались значения усредненного химического состава композита и интервала температур плавления.Two outer layers of gold were deposited by vacuum magnetron deposition (VM) and / or electrochemical deposition (EC). The thickness of the layers was measured by various instrumental methods. Based on the results of measurements of the layer thicknesses and the data of the phase diagram, the values of the averaged chemical composition of the composite and the melting temperature range were calculated.
Образцы помещались в тонкостенные графитовые тигли установки для проведения термического анализа, нагревались в инертной атмосфере до температуры, превышающей на 50°С температуру ликвидус, рассчитанную для конкретного композита, и выдерживались при этой температуре в течение 10 минут для гомогенизации состава расплава. Измерение интервала температур плавления образцов (температур солидус и ликвидус) проводили методом дифференциального термического анализа при скоростях нагрева и охлаждения порядка 5 град/мин. Усредненный химический состав образцов композиционного припоя после их расплавления и кристаллизации определяли методом рентгеноспектрального анализа. Результаты проведенных расчетов и измерений приведены в таблице 3.The samples were placed in thin-walled graphite crucibles of the installation for thermal analysis, heated in an inert atmosphere to a temperature exceeding the liquidus temperature by 50 ° C, calculated for a specific composite, and held at this temperature for 10 minutes to homogenize the melt composition. The measurement of the range of sample melting temperatures (solidus and liquidus temperatures) was carried out by differential thermal analysis at heating and cooling rates of the order of 5 deg / min. The averaged chemical composition of composite solder samples after their melting and crystallization was determined by X-ray spectral analysis. The results of the calculations and measurements are shown in Table 3.
Из таблицы следует, что экспериментально измеренные значения состава и интервала температур плавления композиционного припоя, полученного по предлагаемому способу, соответствуют заданным рассчитанным значениям.It follows from the table that the experimentally measured values of the composition and the melting temperature range of the composite solder obtained by the proposed method correspond to the specified calculated values.
Источники информацииSources of information
1. Р. Кондратюк Припой 80Au20Sn - свойства и особенности применения ЭЛЕКТРОНИКА наука | технология | бизнес №10 (00150) 2015. С. 154-160.1. R. Kondratyuk Solder 80Au20Sn - properties and application features ELECTRONICS science | technology | business No. 10 (00150) 2015. S. 154-160.
2. Specialty Solders & Alloys. - www.indium.com; silver- and gold-based brazing preforms - www.indium.com.2. Specialty Solders & Alloys. - www.indium.com; silver- and gold-based brazing preforms - www.indium.com.
3. Gold Tin: The Unique Eutectic Solder Alloy. - www.indium.com3. Gold Tin: The Unique Eutectic Solder Alloy. - www.indium.com
4. Ряд патентов, касающихся технологии получения фольги:4. A number of patents related to foil production technology:
патент CN 103938013 В 2014-03-10;patent CN 103938013 B 2014-03-10;
патент CN 102912175 B;CN 102912175 B;
патент CN 101428390 A,patent CN 101428390 A,
5. Диаграммы состояния двойных металлических систем / под общей редакцией Лякишева Н.П.; т. 1, - М.: Машиностроение, 1996. - 996 с.5. Diagrams of the state of double metal systems / edited by Lyakishev NP; t. 1, - M .: Mechanical engineering, 1996 .-- 996 p.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019124109A RU2734609C1 (en) | 2019-07-31 | 2019-07-31 | Band-shaped soldering alloy based on gold alloy and method for production thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019124109A RU2734609C1 (en) | 2019-07-31 | 2019-07-31 | Band-shaped soldering alloy based on gold alloy and method for production thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2734609C1 true RU2734609C1 (en) | 2020-10-21 |
Family
ID=72948937
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019124109A RU2734609C1 (en) | 2019-07-31 | 2019-07-31 | Band-shaped soldering alloy based on gold alloy and method for production thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2734609C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116352244A (en) * | 2023-04-12 | 2023-06-30 | 汕尾市栢林电子封装材料有限公司 | Preparation method for presetting gold-tin soldering lug by utilizing transient liquid phase diffusion soldering |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU406673A1 (en) * | 1972-03-09 | 1973-11-21 | Solder for soldering of gilt products | |
| US20030134142A1 (en) * | 2001-12-20 | 2003-07-17 | The Governors Of The University Of Alberta | Electrodeposition process and a layered composite material produced thereby |
| RU2626260C1 (en) * | 2016-08-17 | 2017-07-25 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" | Method of manufacture of bimetallic wire from precious metals |
| RU2691152C1 (en) * | 2018-09-13 | 2019-06-11 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Method of soldering laser diodes |
-
2019
- 2019-07-31 RU RU2019124109A patent/RU2734609C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU406673A1 (en) * | 1972-03-09 | 1973-11-21 | Solder for soldering of gilt products | |
| US20030134142A1 (en) * | 2001-12-20 | 2003-07-17 | The Governors Of The University Of Alberta | Electrodeposition process and a layered composite material produced thereby |
| RU2626260C1 (en) * | 2016-08-17 | 2017-07-25 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" | Method of manufacture of bimetallic wire from precious metals |
| RU2691152C1 (en) * | 2018-09-13 | 2019-06-11 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Method of soldering laser diodes |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| LEE C.C et all. Fluxless non-eutectic joints fabricated using gold-tin multilayer composite, IEEE Transactions on Components and Packaging Technologies, June 2003. * |
| Р.КОНДРАТЮК "Припой 80Au20Sn - свойства и особенности применения", Электроника, N10, 2015. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116352244A (en) * | 2023-04-12 | 2023-06-30 | 汕尾市栢林电子封装材料有限公司 | Preparation method for presetting gold-tin soldering lug by utilizing transient liquid phase diffusion soldering |
| CN116352244B (en) * | 2023-04-12 | 2024-05-24 | 汕尾市栢林电子封装材料有限公司 | Preparation method for presetting gold-tin soldering lug by utilizing transient liquid phase diffusion soldering |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4117968A (en) | Method for soldering metals with superhard man-made materials | |
| US20200030921A1 (en) | Alloys | |
| Yoon et al. | Investigation of interfacial reactions between Sn–5Bi solder and Cu substrate | |
| JP6753869B2 (en) | How to make composites | |
| JPS62192295A (en) | Soft solder alloy for mutual bonding of ceramic part or bonding with part consisting of metal | |
| Park et al. | Retarding intermetallic compounds growth of Zn high-temperature solder and Cu substrate by trace element addition | |
| RU2734609C1 (en) | Band-shaped soldering alloy based on gold alloy and method for production thereof | |
| Leinenbach et al. | Al2O3–Al2O3 and Al2O3–Ti solder joints—influence of ceramic metallization and thermal pretreatment on joint properties | |
| Koleňák et al. | Study of direct bonding ceramics with metal using Sn2La solder | |
| Peng et al. | Mechanical reliability of transient liquid phase bonding of Au–Sn solder with Ni (Cu) substrates | |
| JP2008080393A (en) | Joining body using peritectic system alloy, joining method, and semiconductor device | |
| JPS62137193A (en) | Method of lengthening storage life of pb-in-ag solder foil by addition of sn and soldering method | |
| JP6413668B2 (en) | Au-Sn-Ag solder alloy, solder material, electronic component sealed using this solder alloy or solder material, and electronic component mounting apparatus | |
| EP1298109B1 (en) | Metal/ceramic bonding article and method for producing same | |
| JPH05105563A (en) | Metal-ceramic joint | |
| JP6516949B1 (en) | Method of manufacturing metal junction and metal junction, semiconductor device and waveguide | |
| JPH09122968A (en) | Soldering alloy | |
| TW201619399A (en) | Au-sn-ag-based solder alloy, electronic device sealed or joined using the same, and electronic apparatus equipped with the electronic device | |
| JP2016016453A (en) | Au-Ge-Sn-based solder alloy | |
| JPS61269998A (en) | Sn alloy solder having excellent thermal fatigue characteristic | |
| KR950003091B1 (en) | Ceramic binding device by a vacuum brazing | |
| CN107827476A (en) | A kind of ceramic solder and its method for welding | |
| JPH11104852A (en) | Method for joining ti base material and cu base material, and bucking plate for sputtering target | |
| JP4314388B2 (en) | Aluminum alloy and method for producing aluminum alloy member | |
| JP2016052662A (en) | Au-Sn SOLDER ALLOY HAVING CONTROLLED METALLOGRAPHIC STRUCTURE |