SK8577Y1 - Spájkovacia zliatina - Google Patents

Abstract

Spájkovacia zliatina pre vyššie aplikačné teploty obsahuje Al v množstve 2 % až 10 % hmotn. a Li v množstve 0,1 % až 1 % hmotn. s doplnkovým množstvom Zn.

Description

Technické češeme sa týka zloženia spájkovacej zliatiny pre vyššie aplikačné teploty. Technické riešenie patri do oblasti spájkovania v elektrotechnickom priemysle.

Doterajší stav techniky

Stav techniky ukazuje, že spájky pre vyššie aplikačné teploty sa používajú na výrobu spoľahlivej elektroniky, v ktorej sa aplikujú súčiastky na zapuzdrovanie pracujúce pri vyšších teplotách. Teplota tavenia takýchto spájok je pod 400 °C. Spájky na báze Zn-Al majú priemernú teplotu tavenia nad 350 °C, vysokú koróznu odolnosť, tepelnú a elektrickú vodivosť a poskytujú vynikajúce mechanické vlastnosti. Tieto ukazovatele z nich robia vhodných kandidátov na spájky pre vyššie aplikačné teploty používané pri zapuzdrovaní, pri výrobe výkonových polovodičov, optických zariadení atď. V súčasnosti sa spájky na báze Zn-Al používajú na spájanie rôznych materiálov vrátane keramiky, kovov či uekovov pracujúcich pri vysokých prevádzkových teplotách. Materiálmi, ktoré je možno týmto typom spájok spájkovať, je väčšina kovov používaných v elektronických zariadeniach (Al, Mg, Cu, Ni), keramických materiálov (AbOs, A1N, SiC, SÍ3N4), kompozitných materiálov (Al/AbOs, AÍ/SiC) anekovov, ako napríklad Si či polokovov ako Ge atď. Zo stavu techniky je známy spájkovací povlak pre Al-Zn zliatinu legovanú lítiom, kde majoritné zastúpenie má Al, ktorý je opísaný v patente DE2820413 E52. Taktiež je známa spájka na báze Al, Sb, Zn legovaná lítiom, kde majoritné zastúpenie má opäť Al, opísaná v zverejnenom dokumente GB271662 A. Do spájok na báze Zn-Al sa pridáva ďalší prvok alebo prvky na zlepšenie ich vlastností. Autori zistili, že pridanie Cu do spájky Zn-Al vedie k: zmene nikroštruktúry znižovaním podielu jemného eutektika Zn-Al a k zlepšeniu mechanických vlastností spojov. Ďalší výskum bol zameraný na vplyv pridania Ga alebo Mg, prípadne oboch do spájky 11a báze Zn-Al. Výsledkom bolo zníženie teploty zliatiny spájky v závislosti od obsahu prvkov na 353 °C (Zn4AI3Ga3Mg), 362 °C (Zn4AJ3Mg) a 390 °C (ZnóAllGa). Bolo zistené, že Ga v spájke spôsobuje jej skrehnutie, preto by sa obsah tohto prvku mal znížiť a zároveň sa odporúčalo vyradiť Mg pre lepšie mechanickú vlastnosti. Pridanie Ag do spájky ZnóAl bolo taktiež skúmané. Teplota tavenia spájky' ZnóAlóAg sa znížiia na 396,9 °C. Striebro v spájke spevňuje zliatinu kvôli prítomnosti intermetahekej íäzy AgZns. Bol taktiež skúmaný vplyv pridania let v množstve 1% hmotn. do spájky Zn5Al. Teplota tavenia zliatiny sa znížila o 5,2 °C na teplotu 383,4 °C. Pevnosť v ťahu spájky sa po pridaní In výrazne znížila z hodnoty’ 183 MPa na 56 MPa, Na výraznejšie zvýšenie pevnosti spájok na báze Zn-Al tak bol nutný výskumpridávania ďalších prvkov.

V súčasnosti je aktuálna myšlienka pridávania Li do Zn. Dôvodom je vytvorenie nových zliatin pre široké spektrum použitia. Výskum pridania lítia do zinku ukázal možnosť použitia tejto zliatiny aj v medicíne. Zo ako biologicky rozložiteľný prvok je možné použiť pri výrobe tenkých drôtov zavedených do aorty. Týmto výskumom sa zaoberali aj ďalší autori, kde bol výskum orientovaný a aplikovaný’ na srdce hlodavca. Nevýhodou čistého Zn v tejto aplikácii je jeho nízka pevnosť. Preto do Zo pridali I.i, ktoré zvýšilo pevnosť viac než dvojnásobne. Pre potreby vývoja spájkovacích zliatin pre vyššie aplikačné teploty je to výhodná východisková pozícia.

Vzhľadom na uvedené bolo vyvinuté úsilie na vytvorenie novej spájky na zvýšenie pevnosti spájky na aplikácie pre elektronický a mikroelektronieký priemysel a oblasť medicíny kvôli biologickej kompatibilite.

Výsledkom vynaloženého úsilia je ďalej opisované zloženie spájkovacej zliatiny pre vyššie aplikačné teploty podľa tohto technického riešen ia.

Podstata technického riešenia

Uvedené nedostatky sú v podstatnej miere odstránené zložením spájkovacej zliatiny pre vyššie teploty podľa tohto technického riešenia. Predmet technického riešenia spočíva v novej spájkovacej zliatine pre elektronický a mikroelektronieký priemysel. Súčasný trend sa orientuje na návrh spájkovacích zliatin so zreteľom na environmentálne požiadavky vylúčenia používania škodlivých prvkov ako Pb aiebo Cd. Rovnako je trendom navrhovanie spájok aplikovateľných na široké spektrum materiálov. Navrhovaná spájka je na báze Zn-Ai s prídavkom tretieho prvku Iď Lítium je jeden z mála prvkov so značnou robustnosťou v Zn. Táto rozpustnosť je dôvodom vytvrdzovania zliatiny. Takáto zliatina potom do značnej mieri zvyšuje svoju pevnosť. Podstatou riešenia je zloženie spájkovacej zliatiny na báze Zn-Al, kde obsahuje Al v množstve 2 % až 10 % hmotn., Lt v množstve 0,1 % až 3 % hmotn. s doplnkovým množstvom Zn.

Výhody spájkovacej zliatiny pre vyššie aplikačné teploty podľa technického riešenia sú zjavné z účinkov, ktorými sa prejavujú navonok. Vo všeobecnosti možno konštatovať, že chemické zloženie navrhovanej spájky zabezpečí interakciu so spájkovaným materiálom metalurgickým alebo adhéznym spôsobom Navrhovaná

S K 8577 Υί spájkovacia zliatina sa vyznačuje vyššou pevnosťou a dokáže vytvárať spoje s vyššou šmykovou pevnosťou v porovnaní so štandardnou eutektiekou Zn-Al spájkou. Tento typ spájky je vhodný na spájkovanie kovov, nekovov, keramických a kompozitných materiálov. Využiteľnosť novej spájkovacej zliatiny sa orientuje v prvom rade do elektronického a nakroelektronického priemyslu. Ide o výrobu súčiastokna dosky plošných spojov. Uvažované elektronické súčiastky sú vyrábané z kombinácie kov/kov, kov/keramika, keranika/keratrska, kompozit/keramika, Tieto kombinácie materiálov vyžadujú spájkovací materiál, ktorý dokáže zmáčať ich povrchy za určitých podmienok. Rovnako je nutnosťou stabilita a spoľahlivosť spoja pri vysokých prevádzkových teplotách. Okrem aplikácie v elektronickom priemysle je nová spájkovacia zliatina využiteľná aj v automobilovom priemysle. Hlavne kvôli jej vyššej pevnosti v porovnaní s používanými spájkami. Typickou aplikáciou je spájanie tepelných výmenníkov. Modernou aplikáciou sú tepelné výmenníky z keramických materiálov spájané na kovové materiály. Ďaišia možná oblasť využitia je v oblasti medicíny kvôli biologickej kompatibilite a správnemu množstvu použitých prvkov v spájke. Aplikácia je možná napríklad pri výrobe cievnych rúrok. Atraktivitu použitia uvedenej novej spájkovacej zliatiny pridáva relatívne dobrá cenová dos tupnosť zinku a hliníka.

Prehľad obrázkov sa výkresoch

Spájkovacia zliatina pre vyššie aplikačné teploty podľa technického riešenia bude bližšie vysvetlená na výkresoch, kde na obr. sú v grafe znázornené šmykové pevnosti spájkovaných. spojov Cu/Cu pre dve rozdielne spájky.

Príklady uskutočnenia jednotlivé uskutočnenia spájkovacej zliatiny pre vyššie aplikačné teploty podľa technického riešenia sú predstavované na ilustráciu a nie ako obmedzenia technických riešení. Odborníci poznajúc; stav techniky budú schopní zistiť s použitím nie viac ako rutinného experimentovan ia mnoho ekvivalentov k špecifickým uskutočneniam technického riešenia. Aj takéto ekvivalenty budú patriť do rozsahu nasledujúcich u úrokov na ochranu.

Príklad

V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia predmetu technického riešenia je opísané zloženie spájkovacej zliatiny pre vyššie aplikačné teploty. Je to spájka so zložením: A1 v množstve 5 % hmotu., Li v množstve 0,4 % hmota. s doplnkovým množstvom Zo. Vývoj spájky sa orientuje na aktuálny trend vylúčenia použitia olova alebo kadmia y elektronických súčiastkach. Navrhnutá spájka spĺňa environmentálne podmienky pre vývoj bezolovnatých spájkovacích zliatin. Ako východiskové zloženie bola zvolená spájka ZnAb, ktorá je považovaná za eutektickú. Pri výrobe novej spájkovacej zliatiny sa do tejto spájky pridalo li v množstve 0,4 hmota. %. Teplota tavenia spájky je 400 °C. Táto teplota ju radi medzi spájky používané pri vyšších aplikačných teplotách. Vplyv Li v spájke ZnA35 má vytvrdzujúci charakter. Tento vytvrdzajúci efekt má vplyv na zvýšenie pevnosti žlta! itty. Spájka Zo A 15110,4 dosahuje vyššiu pevnosť ako ZnAi5 hlavne v dôsledku tvorenia intermetalickej fázy LiZn4 prítomnej v zrnách Zn + IíZru. Výsledky merania šmykovej pevnosti spoja Cu/ZnA15Li0,4/Gi sú uvedené v grafe na obr. Na porovnanie sa vytvorili spoje aj so spájkou ZnAb, aby sa zistil vplyv pridania Lina pevnosť y šmyku. Šmyková pevnosť spoja Cu/Cu použitím spájky ZnAb dosiahla priemernú pevnosť 61 MPa. Naproti tomu priemerná šmyková pevnosť spoja Cu/Cu použitím spájky ZnA15TiO,4 bola 72 MPa. Prídavok Li teda zvyšuje šmykovú pevnosť týchto spojov. Zliatina je vhodná na spájkovanie rôznych kombinácií materiálov podľa potrieb priemyselného využitia. Touto spájkou je možné spájať keramické materiály, ako SiC, AI2O3, SÍ3N4, takmer všetky kovové materiály a zliatiny a rovnako aj nekovv, ako napríklad kremík.

ťriemys elná wužiteľuos ť

Priemyselná využiteľnosť spájkovacej zliatiny pre vyššie aplikačné teploty podľa technického riešenia sa orientuje do nakroelektronického priemyslu. Ide o výrobu výkonových súčiastok montovaných na doskách plošných spojov elektronických zariadení. Tieto súčiastky sú tvorené niekoľkými prvkami v zapuzdrenom obale.

Claims (1)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   ä. Spájkovacia zliatina, v y z n a č w j ú c a sa t ý m , že obsahuje Al v množstve 2 % až SO % hmotn., Li v množstve 0,3 % až 1 % hmotn. s doplnkovým množstvom Zn.

   5 2, Spájkovacia zliatina podľa nároku 1, vy z n a č u j ú c a sa í ý m, & obsahuje Al v množstve

   5 % hmotnLi v množstve 0,4 % hmotu, s doplnkovým množstvom Zn.

   1 výkres