SK500792017U1 - Soft lead-free active solder and method of soldering - Google Patents
Soft lead-free active solder and method of soldering Download PDFInfo
- Publication number
- SK500792017U1 SK500792017U1 SK50079-2017U SK500792017U SK500792017U1 SK 500792017 U1 SK500792017 U1 SK 500792017U1 SK 500792017 U SK500792017 U SK 500792017U SK 500792017 U1 SK500792017 U1 SK 500792017U1
- Authority
- SK
- Slovakia
- Prior art keywords
- solder
- soldering
- weight
- proportion
- indium
- Prior art date
Links
Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
Mäkká aktívna spájka na spájkovanie nekovových materiálov s nekovovými/kovovými materiálmi pozostáva z india a aktívneho kovu, ktorým môže byť titán alebo lantán. Indium má podiel 54,0 % až 99,0 % hmotn., titán Ti má podiel 1,5 % až 4,0 % hmotn., lantán má podiel 1,0 % až 2,0 % hmotn. Striebro Ag môže mať podiel 1,0 % až 15,0 % hmotn. A cín môže mať podiel 1,0 % až 30,0 % hmotn.. Nekovové materiály s 10 nekovovými/kovovými materiálmi sa spájkujú kontaktným ohrevom a zároveň ultrazvukom priamo bez predchádzajúceho povlakovania spájkovaných povrchov. Spájkou sa môže spájkovať v druhej etape postupného spájkovania, pričom v prvej etape sa spájkuje odlišnou spájkou s vyššou teplotou spájkovania.The soft active solder for soldering non-metallic materials with non-metallic / metallic materials consists of indium and the active metal, which may be titanium or lanthanum. Indium has a proportion of 54.0% to 99.0% by weight, titanium Ti has a proportion of 1.5% to 4.0% by weight, lanthanum has a proportion of 1.0% to 2.0% by weight. Silver Ag may have a proportion of 1.0% to 15.0% by weight. A tin may have a proportion of 1.0% to 30.0% by weight. Non-metallic materials with 10 nonmetallic / metallic materials are soldered by contact heating and ultrasound directly without prior coating of the brazed surfaces. The solder may be soldered in the second stage of the sequential soldering, whereby in the first stage a different solder with a higher soldering temperature is soldered.
Description
Oblasť technikyTechnical field
Technické riešenie sa týka zloženia mäkkej aktívnej spájky na báze india na spájkovanie nekovových materiálov s nekovovými alebo kovovými materiálmi. Technické riešenie spadá do oblasti spájkovania bezolovnatými spájkami, najmä v elektrotechnickom priemysle.The technical solution relates to a composition of a soft active solder based on indium for soldering non-metallic materials with non-metallic or metallic materials. The technical solution belongs to the field of soldering with lead-free solders, especially in the electrical industry.
Doterajší stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION
Keramické materiály (napr. AI2O3, S1O2, TÍO2 a pod.) a niektoré nekovové (Si, Ge, grafit a pod.) a ťažko spájkovateľné kovové materiály (W, Mo, Ta a pod.) sa spájkujú nepriamo tak, že na povrch keramického 15 materiálu sa nanesie spájkovateľný kovový povlak až potom sa realizuje samotné spájkovanie. Pokovovaním povrchu sa odstraňujú problémy spojené so zmáčateľnosťou keramických a niektorých nekovových materiálov. Z hľadiska voľby typu pokovovania treba poznať, pri akej prevádzkovej teplote bude spájkovaná súčiastka pracovať. Podľa toho 20 sa použije na spájkovanie buď mäkká, alebo tvrdá spájka. Požadovaný kovový spájkovateľný povlak sa potom získa:Ceramic materials (eg Al2O3, S1O2, TiO2, etc.) and some non-metallic (Si, Ge, graphite, etc.) and difficult-to-solder metal materials (W, Mo, Ta, etc.) are soldered indirectly by surface The solderable metal coating is applied to the ceramic material 15 before the soldering itself is realized. Surface plating eliminates the wettability problems of ceramic and some non-metallic materials. From the point of view of choice of plating type it is necessary to know at which operating temperature the soldered component will work. Accordingly, either soft or hard solder is used for soldering. The desired metal solder coating is then obtained:
• buď vpaľovaním kovových roztokov buď žiaruvzdorných kovov Mo, Mn, W (s následným poniklovaním) alebo drahých kovov Ag, Au, Pt a pod., · alebo fyzikálnou a chemickou depozíciou, ktorými sa vytvárajú tenké povlaky napr. Au, Ag, Ni a ich kombinácie.Either by burning metal solutions of either refractory metals Mo, Mn, W (followed by nickel plating) or precious metals Ag, Au, Pt and the like; or by physical and chemical deposition to form thin coatings e.g. Au, Ag, Ni and combinations thereof.
Vytvorený kovový spájkovací povlak zabezpečí potrebnú zmáčavosť povrchu materiálu spájkou, ktorý je inak nezmáčavý.The metal solder coating formed provides the necessary wettability of the surface of the material with a solder that is otherwise non-wettable.
V stave techniky je známe spájkovanie nekovových materiálov 30 (AI2O3, SiO2, TiO2 a pod.) alebo ťažko spájkovateľných materiálov (W, Mo, Ta a pod.) tzv. priame spájkovanie s využitím tzv. aktívnej spájky, ktorá obsahuje malé množstvo aktívneho kovu (napr. sú to kovy alkalických zemín - Mg, Ba atď.).It is known in the art to solder non-metallic materials 30 (Al2O3, SiO2, TiO2, etc.) or difficult-to-solder materials (W, Mo, Ta and the like) of so-called " direct soldering with the use of so-called. active solder, which contains a small amount of active metal (eg alkaline earth metals - Mg, Ba, etc.).
Základom väčšiny aktívnych spájok je cín alebo olovo. Olovo je postupne nahrádzané alternatívnymi prvkami, keďže je považované za škodlivé.Most active solders are based on tin or lead. Lead is gradually being replaced by alternative elements as it is considered harmful.
Zverejnený patentový spis EP 0349733 A1 opisuje spájku na báze 5 striebra, ktorá obsahuje indium a titan na priame spájkovanie keramických materiálov. Takáto spájka má vysokú teplotu tavenia okolo 1000 °C a spájkovanie musí prebiehať vo vákuu alebo v ochrannej atmosfére argónu. Spájka podľa tohto zverejnenia je určená pre vysokopevné spoje, najmä pri strojárskych aplikáciách. Pri spájkovaní 10 materiálov s odlišnou tepelnou rozťažnosťou dochádza k vzniku zvyškových napätí.EP 0349733 A1 discloses a silver-based solder 5 containing indium and titanium for direct soldering of ceramic materials. Such a solder has a high melting point of about 1000 ° C and the soldering must take place in a vacuum or argon shielding atmosphere. The solder according to this disclosure is intended for high-strength joints, especially in engineering applications. When soldering 10 materials with different thermal expansion, residual stresses occur.
Indium je ako prísada použité vo viacerých spájkach ako napríklad podľa zverejnení CN103909363, EA201200633, EP2756914,Indium is used as an additive in a number of solders such as disclosed in CN103909363, EA201200633, EP2756914,
US5341981, RU2006146450, kde zvyčajne neprekračuje podiel 15% 15 hmotnostných.US5341981, RU2006146450, where it does not usually exceed 15% by weight of 15%.
Je žiadané nové zloženie spájky, ktoré skráti čas spájkovania krehkých nekovových materiálov ako je kremík, germánium, zafír, sklo, sklená keramika a umožní, aby spájka kompenzovala zvyškové napätia pochádzajúce z rôznej tepelnej rozťažnosti materiálov, napríklad pri 20 spájkovaní keramiky s kovom. Spájka by mala umožňovať spájkovanie ultrazvukom pri teplotách okolo 200 °C.A new solder composition is desired that shortens the brazing time of brittle non-metallic materials such as silicon, germanium, sapphire, glass, glass ceramics and allows the solder to compensate for residual stresses resulting from different thermal expansion of the materials, for example, 20 solder ceramics with metal. The solder should allow ultrasonic soldering at temperatures of about 200 ° C.
Podstata technického riešeniaThe essence of the technical solution
Nedostatky uvedené v stave techniky v podstatnej miere 25 odstraňuje Mäkká bezolovnatá aktívna spájka, ktorá obsahuje aktívny kov titán alebo lantán podľa tohto technického riešenia, ktorého podstata spočíva v tom, že je na báze india. Indium má v spájke podľa tohto technického riešenia prevažujúci podiel, ktorý sa pohybuje v rozsahu 54,0% až 99,0% hmotn. Pokiaľ v stave techniky je indium 30 používané ako legúra s malým celkovým podielom, často pod 2,0% hmotn., mäkká spájka podľa tohto technického riešenia používa indium ako základ spájky. Indium je ľahko taviteľný kov (bod tavenia 156,60 °C) je mäkký a dobre ťažný. Používa sa ako legúra v zliatinách v elektrotechnickom priemysle alebo tiež v strojárstve na pokovovanie klzných ložísk.The drawbacks of the prior art are substantially eliminated by the soft lead-free active solder, which contains the active metal titanium or lanthanum according to the present invention, which is based on indium. Indium has a predominant proportion in the solder of this invention ranging from 54.0% to 99.0% by weight. When indium 30 is used in the prior art as an alloy with a small total proportion, often below 2.0 wt%, the soft solder of the present invention uses indium as the base of the solder. Indium is an easily fusible metal (melting point 156.60 ° C) is soft and well ductile. It is used as an alloy in alloys in the electrotechnical industry or also in engineering for sliding bearing plating.
Aktívny kov titán môže mať podiel 1,5% až 4,0% hmotn..The titanium active metal may have a fraction of 1.5% to 4.0% by weight.
V prípade použitia aktívneho kovu lantánu bude jeho podiel 1,0% až 2,0% hmotn.. Okrem toho môže spájka zahrňovať striebro v rozsahu 1,0% až 15% hmotn. a/alebo cín v rozsahu 1,0% až 30,0 % hmotn..In the case of using the active metal lanthanum, its proportion will be 1.0% to 2.0% by weight. and / or tin in the range of 1.0% to 30.0% by weight.
Spájka tiež môže obsahovať bežné nečistoty a prímesy ako je napríklad bizmut, meď, hliník, zinok, cerium, zvyčajne v stopových 10 množstvách.The solder may also contain conventional impurities and impurities such as bismuth, copper, aluminum, zinc, cerium, usually in trace amounts of 10.
Táto spájkovacia zliatina na báze india je v kombinácii s ultrazvukovou aktiváciou vhodná na priame spájkovanie keramických a iných ťažko spájkovateľných materiálov bez použitia povlakovania a bez použitia taviva. Pri použití mäkkých spájok na báze india sú 15 spájkované spoje schopné vykompenzovať svojou plastickou deformáciou (mechanizmom sklzu alebo tečenia) zvyškové napätia z rôznej tepelnej rozťažnosti kombinácie rôznorodých materiálov, napríklad materiálov keramika/kov. Týmto spôsobom sa dosiahne najvýraznejšie zníženie zvyškových napätí pri zachovaní jednoduchosti 20 spoja. Prítomnosť aktívneho prvku zabezpečuje dobrú zmáčateľnosť spájkovaných dielcov.This indium-based solder alloy, in combination with ultrasonic activation, is suitable for direct soldering of ceramic and other difficult-to-solder materials without coating and without the use of flux. When using indium-based soft solders, 15 solder joints are able to compensate by their plastic deformation (slip or flow mechanism) residual stresses from different thermal expansion combinations of different materials, for example ceramic / metal materials. In this way, the most significant reduction in residual stresses is achieved while maintaining the simplicity of the joint. The presence of the active element ensures good wettability of the soldered parts.
Mäkkými aktívnymi spájkami podľa tohto technického riešenia možno spájkovať neobvyklé kombinácie kovových materiálov (napr. CrNi, oceľ, Mo, W, Ti, Cr a pod.) a nekovových materiálov, väčšinou 25 krehkých (sklo, keramika Si02, zafír, uhlík, kremík, germánium ale aj takmer všetky druhy keramík). Spájka podľa tohto technického riešenia je teda vhodná pre spájanie krehkých materiálov a kombinovaných materiálov s veľmi rozdielnym koeficientom tepelnej rozťažnosti.Unusual combinations of metallic materials (eg CrNi, steel, Mo, W, Ti, Cr, etc.) and non-metallic materials, mostly 25 brittle (glass, SiO 2, sapphire, carbon, silicon, but also almost all kinds of ceramics). The solder according to this invention is therefore suitable for joining brittle materials and composite materials with a very different thermal expansion coefficient.
Spájka podľa tohto technického riešenia je výbornou náhradou za 30 olovnaté spájky pre nižšie aplikačné teploty a to predovšetkým v elektronike a elektrotechnike, kde postačuje nižšia pevnosť a tepelná odolnosť spoja.Solder according to this technical solution is an excellent substitute for 30 lead solders for lower application temperatures, especially in electronics and electrotechnics, where lower strength and thermal resistance of the joint is sufficient.
Výhodne sa ukázalo spájkovanie pomocou spájky na báze india napríklad pri spájkovaní okienok na laseroch a spektroskopoch, pri 3 vytváraní elektrických spojov ku grafitu, pri spájkovaní kontaktov na sklo, pri pripojení tepelných výmenníkov ku keramickému elektronickému substrátu z AI2O3 alebo AIN, pri spájaní terčov pre PVD naprašovanie a pod. Mäkká spájka podľa tohto technického riešenia 5 umožňuje tiež vytvárať vákuovotesné spoje vo vákuovej a kryogénnej technike.Advantageously, soldering with indium-based solder has been found, for example, for soldering windows on lasers and spectroscopes, for making electrical connections to graphite, for soldering contacts to glass, for connecting heat exchangers to a ceramic electronic substrate of AI2O3 or AIN, for joining targets for PVD sputtering and the like. The soft solder according to this technical solution 5 also makes it possible to form vacuum-tight joints in vacuum and cryogenic techniques.
Spájka na báze india podľa tohto technického riešenia má spájkovaciu teplotu okolo 200 °C a má pevnosť v šmyku od 13 do 71 MPa podľa obsahu legúr (striebro alebo cín), ktoré spevnia matricu 10 spájky. Spájka môže mať formu fólie, ktorá sa nanesie do miesta spoja.The indium-based solder of the present invention has a brazing temperature of about 200 ° C and has a shear strength of 13 to 71 MPa depending on the alloy content (silver or tin) that strengthens the solder matrix 10. The solder may take the form of a foil that is applied to the joint.
Legovanie pomocou titánu alebo lantánu zvyšuje zmáčavosť spájky. Titán ale aj lantán sú vo všeobecnosti veľmi reaktívne kovy. Majú vysokú afinitu ku kyslíku a k ďalším prvkom, ktoré sú zložkami spájkovaných materiálov.Alloying with titanium or lanthanum increases the wettability of the solder. Titanium but also lanthanum are generally very reactive metals. They have a high affinity for oxygen and other elements that are components of soldered materials.
Spájaný napr. keramický materiál a keramický/kovový materiál sa pomocou tejto mäkkej aktívnej spájky na báze india s aktívnym kovovom spájkuje kontaktným ohrevom a zároveň ultrazvukom alebo laserom bez povlakovania. Spájkou sa môže spájkovať v druhej etape postupného spájkovania, pričom v prvej etape sa spájkuje odlišnou 20 spájkou s vyššou teplotou spájkovania.Connected e.g. the ceramic material and the ceramic / metal material are soldered by contact heating and ultrasound or laser without coating, using this soft indium-based active solder with active metal. The solder can be soldered in the second stage of successive soldering, wherein in the first stage a different 20 solder with a higher soldering temperature is soldered.
Spájka podľa tohto technického riešenia je v kombinácii napr. s ultrazvukovou alebo laserovou alebo aj inou aktiváciou (wave soldering alebo reflow soldering) vhodná na priame spájkovanie keramických a iných ťažko spájkovateľných materiálov bez použitia povlakovania a bez 25 použitia taviva. Znižuje sa tak čas potrebný na vyhotovenie spojov, zlepšuje sa hygiena pracovného prostredia a zlepšuje sa ekonomika výroby spájkovaných spojov. Podstatnou výhodou predmetnej spájky je jej využiteľnosť pri nesúrodých materiáloch s odlišnou tepelnou rozťažnosťou. Zloženie spájky podľa tohto technického riešenia 30 zabezpečuje prijateľnú pevnosť spájky v ťahu.The solder according to this technical solution is in combination e.g. with ultrasonic or laser or other activation (wave soldering or reflow soldering) suitable for direct soldering of ceramic and other difficult solderable materials without coating and without the use of flux. This reduces the time required to make the joints, improves the hygiene of the working environment, and improves the economy of production of the soldered joints. An essential advantage of the solder is its usefulness in non-uniform materials with different thermal expansion. The solder composition of this invention 30 provides acceptable solder tensile strength.
Prehľad obrázkov na výkresochBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Technické riešenie je bližšie vysvetlené pomocou obrázku 1, kde je graf znázorňujúci šmykovú pevnosť spájkovaného spoja pri rôznych spájkovaných dvojiciach materiálov.The technical solution is explained in more detail with the aid of Figure 1, where a graph is shown showing the shear strength of a brazed joint for different pairs of materials.
Príklady uskutočneniaEXAMPLES
Príklad 1Example 1
Aktívna spájka má zloženie 98% hmotn. india a 2% hmotn. titánu.The active solder has a composition of 98 wt. % indium and 2 wt. titanium.
Príklad 2Example 2
Aktívna spájka v tomto príklade má zloženie 99% hmotn. india a 1% hmotn. lantánu.The active solder in this example has a composition of 99 wt. % indium and 1 wt. lanthanum.
Príklad 3Example 3
Na spájkovnniá keramiky S1O2 s meďou sa použlla aktívna spájka lnSn30Ag4Ti3 vo forme fólie. Pri spájkovaní sa spoj ohrieval horúcou doskou za podpory aktivácie ultrazvukom s frekvenciou 40 kHz. Teplota spájkovania bola 140 0C.An active foil solder InSn30Ag4Ti3 was used for copper solder S1O2 ceramics. During soldering, the joint was heated by a hot plate with support for 40 kHz ultrasonic activation. The brazing temperature was 140 ° C.
Príklde 4Example 4
V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia sa použila aktívna spájka na báze india so zložením lnAg10Ti3 vo forme ingotu. Spájkovanie prebiehalo pri ohreve horúcou doskou za podpory aktivácie ultrazvukom s frekvenciou 40kHz. Teplota spájkovania bola 240 0C.In this example of a particular embodiment, an indium-based active solder with an ingot composition of 1nAg10Ti3 was used. Soldering was carried out by hot plate heating with the support of 40kHz ultrasonic activation. The brazing temperature was 240 ° C.
Príklad 5Example 5
V tomto príklade podľa obrázku 1 sa spájkou ln10Ag4Ti spájkovali rôzne dvojice materiálov a to Ni/Ni, ZrC2/Cu, AIN/Cu, Cu/Cu, AI/AI, AI2O3/Cu, Ag/Ag a SS/SS (SS - nehrdzavejúca oceľ, v tomto príklade AISI 316). Dosiahnuté šmykové pevnosti spojov sú znázornené v grafe na obrázku 1.In this example of Figure 1, various pairs of materials were soldered with Ni10Ag4Ti solder, namely Ni / Ni, ZrC2 / Cu, Al / Cu, Cu / Cu, Al / Al, Al2O3 / Cu, Ag / Ag, and SS / SS (SS). steel, in this example AISI 316). The shear strengths achieved are shown in the graph in Figure 1.
Priemyselná využiteľnosťIndustrial usability
Priemyselná využiteľnosť technického riešenia je zrejmá. Spájky na báze india sú perspektívnou náhradou spájok za olovnaté spájky.The industrial applicability of the technical solution is obvious. Indium based solders are a prospective substitute for lead solders.
Uplatnenie môže spájka nájsť v elektronickom, elektrotechnickom priemysle.The solder can be used in the electronics, electrotechnical industry.
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SK50079-2017U SK8133Y1 (en) | 2017-08-14 | 2017-08-14 | Soft lead-free active solder and method of soldering |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SK50079-2017U SK8133Y1 (en) | 2017-08-14 | 2017-08-14 | Soft lead-free active solder and method of soldering |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SK500792017U1 true SK500792017U1 (en) | 2018-01-04 |
SK8133Y1 SK8133Y1 (en) | 2018-06-01 |
Family
ID=60788188
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SK50079-2017U SK8133Y1 (en) | 2017-08-14 | 2017-08-14 | Soft lead-free active solder and method of soldering |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SK (1) | SK8133Y1 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110695565B (en) * | 2019-09-12 | 2021-08-03 | 中国航发北京航空材料研究院 | Indium-based active brazing filler metal for brazing quartz and kovar alloy and brazing process |
-
2017
- 2017-08-14 SK SK50079-2017U patent/SK8133Y1/en unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
SK8133Y1 (en) | 2018-06-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20200030921A1 (en) | Alloys | |
JP4669877B2 (en) | Solder alloy for oxide bonding | |
JP5168652B2 (en) | Lead-free solder alloy for oxide bonding and oxide bonded body using the same | |
EP0587307B1 (en) | Aluminium alloys | |
SK500792017U1 (en) | Soft lead-free active solder and method of soldering | |
JP2007021580A (en) | Solder alloy for producing sputtering target, and sputtering target using the same | |
JP2002361478A (en) | Ag BRAZING FILLER METAL FOR JOINING AND BRAZING METHOD USING THE SAME | |
KR100785208B1 (en) | Solder Alloy for Manufacturing Sputtering Target and Sputtering Target Using the same | |
SK500572017A3 (en) | Soft lead free active solder and method of soldering | |
CN110695565B (en) | Indium-based active brazing filler metal for brazing quartz and kovar alloy and brazing process | |
SK422019U1 (en) | Soft active solder on the ground of Bi-Ag with addition of Ti and use thereof | |
SK352019A3 (en) | Soft active solder on the ground of Bi-Ag with addition of Ti and use thereof | |
CN107827476A (en) | A kind of ceramic solder and its method for welding | |
SK500302022A3 (en) | Active soldering alloy on the basis of tin doped with scandium | |
SK9660Y1 (en) | Active soldering alloy on the basis of tin doped with scandium | |
SK288485B6 (en) | Soft solder based on bizmuth-silver with the addition of lanthanum | |
Laksono et al. | Interfacial reactions in the Sn-9.0 wt.% Zn/Cu-Ti alloy (C1990 HP) couple | |
SK501322016U1 (en) | Method of direct soldering by means of common soldering material and intermediate layer for direct soldering | |
SK500412017A3 (en) | Method of direct soldering using standard solder and intermediate layer for direct soldering | |
SK289084B6 (en) | Method of soldering ceramic or difficult-to-wet metal material with higher shear strength and soldered joints ceramic / ceramic, ceramic / metal and metal / metal with titanium-free solder | |
CN109175573A (en) | A kind of Cu-Ni alloying substrate and the solder joint of lead-free brazing and preparation method thereof | |
SK402020U1 (en) | Method of brazing a ceramic or difficult-to-wettable metal material and brazed join with titanium free braze | |
SK9940Y1 (en) | Soft active solder based on Zn with the addition of Mg and Ti, possibly Al and soldering method | |
UA119396C2 (en) | SOLDER FOR SOLDERING OF DIFFERENT MOLYBDENE-STAINLESS STEEL JOINTS | |
SK289143B6 (en) | Electron beam soldering method for ceramic / metal material combinations and jig |