TR201816195T4 - Lehim alaşımı. - Google Patents

Abstract

Bir dolgu içerisinde kalkma fenomeninin oluşumunu bastırabilen, ısıl yorulma vasıtasıyla kötüleşmeyi bastırabilen, ve lehim köprülerinin ve lehim saçaklarının oluşumunu bastırabilen bir lehim alaşımının temin edilmesi, buluşun amacıdır. Lehim alaşımı kütle %'si olarak: %0.1 ila 0.8 Bi; %0 ila 0.3 Ag; %0 ila 0.7 Cu; %0.001 ila 0.1 P elementinden oluşan, bakiyeyi Sn'nin oluşturduğu ve bir Ag ve Bi toplam miktarının %0.3 ila 0.8 olduğu bir alaşım bileşimine sahiptir.

Description

TARIFNAMELEHIM ALASIMITeknik AlanMevcut bulus, dolgu anormalligini bastiran bir lehim alasimiylailgilidir.Arka Plan TeknigiBir baskili levhayi ve bunun üzerine monte edilmis bir elektrik komponentini içeren bir monte edilmis substrat, çamasir makineleri, buzdolaplari ve klimalar gibi ev aletleri içerisinde, ve televizyonlar, Videolar, radyolar, bilgisayarlar, fotokopi makineleri ve iletisim ekipmanlari gibi elektronik ekipmanlar içerisinde kullanilirlar. Bir tek tabakali substrata ilaveten, birden fazla substrat içeren bir laminat substrat, memnun edici islevlerin elde edilmesi için, bir monte edilmis substrat içerisinde kullanilir. Substratlar arasinda iletim için bir metodun ve bir substrat üzerine elektronik komponentlerin monte edilmesi için bir metodun örneklerine yüzey montaji vasitasiyla baglamak için bir metot ve bir substratin bir geçis deligi içerisine bir baglanti ucu geçirilerek monte etmek için bir metot dahildir. Bir baskili levha üzerine monte etme adiminin örneklerine akisli lehimleme, geri akisli lehimleme, manüel lehimleme ve benzerleridahildir. Bunlarin içerisinden, bir geçis deligi içerisine bir baglantiucu geçirilerek monte etmek için metot, baglanma dayanikliligi ve benzerleri açisindan belirli bir boyut derecesine sahip elektronik komponentlerin monte edilmesi olarak kullanilir. Akisli lehimlemegenellikle montaj adimi olarak kullanilir.Örnegin, Patent Dokümani l, akisli lehimleme için bir lehiin alasimi olarak Sn-Cu-P-Bi lehim alasiinini açiklamaktadir. Bu lehim alasimi, P ilavesi vasitasiyla islanabilirlik iyilestirildigi ve ilaveten Bi ilavesi vasitasiyla bir erime sicakligi düsürüldügü, böylelikle monte edilen elektronik komponentlerin isletiminde zorluklarin olusmasi bastirilabildigi için mükemmeldir. Ancak, bir geçis deligi içerisine bir baglanti ucunun geçirilmesi ve akisli lehimleinenin yürütülmesi durumunda, bir lehimin islanabilirliginde iyilesmeye ilaveten baskaarastirmalarin yapilmasi gerekir.Bir geçis deligi içerisine geçirilen bir baglanti ucu, bir baskili levha zemini ve baglanti ucu arasinda olusturulan (bundan böyle sadece "dolgu" olarak atfedilecek) lehim dolgusu vasitasiyla bir baskili levhaya baglanir. Bu tür bir durumda, bazen bir kalkma fenomeni, dolgunun olusturulmasi için bir lehim alasiininin bilesimine ve levhanin bir laininasyon durumuna bagli olarak dolgu içerisinde gerçeklesir. Kalkma fenomeni, baskili levha zemini ile dolgu arasinda bir boslugun olusmasi fenomenidir, ve bu fenomen, levha ve baglanti ucu arasinda zayif bir iletime yol açar. Bu açidan, kalkma fenomeninibastirmak için çesitli arastirmalar yapilmistir.Örnegin, Patent Dokümani 2, yüzeye monte edilen elektronikkomponentlerin baglanma dayanikliliginin yüksek güvenilirligininmuhafaza edilmesi için Sn-3Ag-xBi-0.5Cu (x=0, 1, 2, 3 veya 4, birim kütle %”sidir) lehiin alasiinini açiklainaktadir. Bu patent dokümani, Bi muhteViyati ile kalkma fenomeni, dayaniklilik veya büzülme kaVitesi arasindaki iliskinin arastirma sonuçlarini tarif etmektedir, ve Bi muhteviyati 0 kütle %”si veya 1 kütle %”si oldugunda, bu özelliklerin saglandigina iliskin sonuçlari açiklamaktadir. Bu patent dokümani, ayrica, bu alasim bilesimlerinin bir katilasma sicakligini ve bir sivilasma sicakligini da açiklamaktadir. Patent Dokümani 3, Ag kullanilmaksizin, baglanma dayanikliliginin arttirilmasi için Sn- 0.7Cu-(0.35 veya 0.7)Bi lehim alasimmi önermektedir. Bu patent dokümani, kalkma fenomeninin ve benzerlerinin olusumunun, Bi ilave edilerek hizlandirildigim açiklamaktadir. Patent Dokümani 4, Sn-Ag- Bi-In lehim alasimi içerisinde Bi muhteviyatinin 0.1 ile 5 agirlik %”si arasinda oldugunu, ve 111 muhteviyatinin 3 ile 9 agirlik %”si arasiiida oldugunu, ve ilaveten bir levhanin bir dogrusal genlesme katsayisinin 'Önceden belirlenmis bir aralikta oldugunu, böylece yüzeye monte edilen elektronik komponentler içerisinde isi çevriminden sonra bile çatlak olusumunun önlendigini önermektedir. Bu patent dokümani, ayrica, büyük bir miktarda Bi ilave edilerek kalkma fenomeninin olustugunu da tarif etmektedir.Patent Dokümani 5, 0.08 - 3 agirlik %”si Bi, 0.15 - 1.5 agirlik %”si Cu, 0.1 - 1.5 agirlik %'si Ag, ve asagidaki elementlerden en az birini içeren lehim alasimlarini açiklamaktadir: 0.02 - 0.3 agirlik %”si Ni, 0.008 - 0.2 agirlik %”si Mn, 0.01 - 0.3 agirlik %”si C0, 0.01 - 0.3 agirlik %”si Cr, 0.02 - 0.3 agirlik %”si Fe, ve 0.008 - 0.1 agirlik %7si Zr, geriye kalaiii ise Sn ve kaçinilmaz kirlilikler olusturur.Patent Doküinani 6, bir ana eleman olarak Sn, 0.3 - 2.0 kütle %'si Cu,0.01 - 0.2 kütle %,si Ni, ve 0.1 - 3.0 kütle %”si Bi içeren bir Sn-Bi tipilehini alasimini tarif etmektedir. Patent Dokümani 7, 0.1 - 5 agirlik %”si Ag, 0.1 - 5 agirlik %”si Cu, 10 agirlik %”sinden daha fazla olmayan, Sb, Bi, Cd, In, Ag, Au, Ni, Ti, Zr, ve Hf”dan olusan bir gruptan seçilen en az bir elementi içeren bir birinci katkilayici, 10 agirlik %”sinden daha fazla olmayan, ve Ge, Zn, P, K, Cr, Mn, Na, V, Si, A1, Li, Mg ve Ca”dan olusan bir gruptan seçilen en az bir element içeren bir ikinci katkilayici, ve bakiye olarak Sn içeren, Pb içermeyenbir lehiin alasimini açiklamaktadir.Onceki Teknik DokümanlariPatent DokümaniPatent Dokümani 1: Japon Patent No. 4225165 Patent Dokümani 2: JP-A-2003-046229Patent Dokümani 3: JP-A-2001-2251 88Patent Dokümani 4: JP-A-2010-206006Patent Doküinani 5: EP-A- 1 841 561Patent Dokümani 6: US-A-2015/ 146394 Patent Dokümani 7: US-A-2007/295528Bulusun Kisa TarifiBulusun Çözmeyi Amaçladigi ProblemlerBöylece, Patent Dokümanlari 2 ila 4, Bi elementinin, kalkmafenomeniiiin olusumuna neden oldugunu tarif etmektedirler, ancak birzemin ve bir baglanti ucu arasindaki baglantida asagida açiklananilgili problemler mevcuttur.Patent Dokümani 2, Bi eleinentinin O kütle %”si oldugu Sn-Ag-Cu lehim alasimini açiklamaktadir. Ancak, lehim alasimi Bi içermez, ve bu yüzden, dolgunun isil yorulma vasitasiyla kötülesme problemi mevcuttur. Bu Patent Dokümani, ayrica, 1 kütle %,si kadar veya daha fazla Bi içeren bir lehim alasimini da açiklamaktadir. Ancak, kalkma fenomeni, sadece, her biri 6 baglanti ucuna sahip alti baglanti ucu konektörü (toplamda 36 yer) kullanilarak degerlendirilir, ve bu, kalkma fenomeninin degerlendirilmesi için yetersizdir. Lehim alasimi, l kütle %”si kadar veya daha fazla Bi içerir, ve bu yüzden, degerlendirme yerleri daha da artinca, kalkma fenomeninin olusma olasiligi oldugu dikkate alinir. Ayrica, Patent Dokümani l içerisinde tarif edilen sivilasma sicakligi ve katilasma sicakligi, bir denge durumunda bir sicakliktir, ve baglanmanin ve sogutmanin oldugu gerçek durum yansitilmaz. ilaveten, bir kati-sivi birlikte varolma bölgesi içerisinde bir lehim alasiminin özellikleri, bir denge durumunda dahi, alasim bilesimine bagli olarak çok degisirler, ve bundan dolayi, bir lehim alasiminin bir baglanti ucu ayrilmayacak ölçüde katilasmasina kadar geçen süre de farklilik gösterir. Bu nedenle, kalkma fenomeninin olusumu, sadece bir sivilasma sicakligi ve bir katilasma sicakligi açiklandiginda, yeterli ölçüde bastirilamaz.

Bir baska deyisle, kalkma fenomeni, bir denge durumunda sadece bir sivilasma sicakligi ve bir katilasma sicakligi spesifik olarakbelirtilerek, yeterli ölçüde bastirilamaz.Patent Doküinani 3, 0.35 kütle %”si veya 0.7 kütle %”si kadar Bi niuhteviyatina sahip Sn-Cu-Bi lehim alasimiiii açiklamaktadir.

Yukarida tarif edildigi gibi, kalkma fenomeni, bir zemin ve bir dolgu arasinda bir boslugun olusmasi fenomenidir, ve katilasma sirasinda bir lehim alasimi içerisinde Bi elementinin segregasyonu vasitasiyla gerçeklesir. Bu Patent Dokümani, Bi elementinin, kalkma fenomeninin defektine neden olabilecegini açiklamaktadir. Ancak, bir kati-sivi birlikte var olina bölgesi içerisinde bir lehim alasiininin özellikleri büyük farklilik gösterir, ve akisli lehimleme sirasinda bir jet lehimin sicakligina ilaveten, bir leVhanin kalinligi ve bunun laminasyon sayisi da degisir. Bu gerçekler içerisinde, kalkma fenomeninin olusumunun sadece bir alasim bilesimi üzerineodaklanarak hemen bastirilamadigi bir durum da vardir.In, Patent Dokümani 4 içerisinde önemli bir elemeiittir, ve bu yüzden, bir In oksit filmi olusabilir. Bunun sonucunda, bir lehim alasiini yapiskan olur, ve dolgu içerisinde lehim köprüsü ve lehim saçaklari olusabilirler, ve baglanti uçlari birbirlerine elektrik ilettiklerinde, zayifbir baglanti olusur.Bu yüzden, sadece kalkma fenomeni, geleneksel anlamda, dolgu içerisinde zayif baglaiiti olarak dikkate alinir. Dolgu içerisindeki problem, sadece kalkma fenomeni degildir, aiicak lehim köprülerinin ve lehim saçaklarinin olusumunu da içerir. Bu nedenden dolayi, gerçek duruinu esas alan bu dolgu anormalliklerine bir çözümbulunmasi gerekmektedir.Mevcut bulusun bir amaci, dolgu anormalligini bastirabilen, daha spesifik olarak, hem kalkma fenomeninin olusumunu, hem de bir dolgu içerisinde lehim köprülerinin ve lehiin saçaklarinin olusumunu bastirabilen, ve ilaveten isil yorulma vasitasiyla kötülesmeyibastirabilen bir lehim alasiminin temin edilmesidir.Problemlerin Çözülmesi için YollarMevcut mucitler, kursun içermeyen lehim alasimlari içerisinde isil yorulma vasitasiyla kötülesmeyi bastirabilen Sn-Bi lehim alasimi üzerinde ciddi arastirmalar yapmislardir. Mevcut mucitler, ilk olarak, kalkma fenomeninin olusumunun bastirilmasi için Bi muhteviyatinin önceden belirlenmis bir araliga ayarlanniasina ilaveten, katilasma sirasinda bir levhanin kalinliginin ve laininasyon sayisinin neden oldugu zaman araliginin dikkate alinmasinin gerekli oldugu gerçegine odaklanmislardir. Kalkma fenomeni, yukarida tarif edildigi gibi, Bi elementinin segregasyonu vasitasiyla gerçeklesir. Akisli lehimlemenin yürütülmesi durumunda, bir levhanin bir jet lehim tarafinin sogumasi zordur, ve levhanin jet lehim tarafinin karsisindaki bir tarafi hemen sogur. Bu bir lamine levha içerisinde daha da dikkat çeker. Bu yüzden, kalkma fenomeninin olusumu, sogutma sirasinda zaman araligidikkate alinarak bastirilabilir.Yukaridakilerin isigi altinda, mevcut mucitler, kalkma fenomeninin olusumunu ve lehim köprülerinin ve lehim saçaklarinin olusumunu bastirmak için bir lehim alasimi bilesimine ilaveten, katilasma sirasinda zaman araligini dikkate almislar ve daha da arastirmayapmislardir. Sn-Bi lehiin alasiiniyla akisli lehimlemenin yürütülmesiiçin kosullar olarak, bir lehim alasiminin 235°C°de esasen tamamen bir sivi faz olmasi ve ilaveten 210°Clde çoguiilukla bir kati faz olmasi tercih edilir. Bir kati fazin 2350C'de geriye kalmasina, erimemis bir geriye kalan lehim alasiminin neden oldugu düsünülmektedir.

Erimemis bir geriye kalan lehim alasimi miktarinin fazla olmasi, bir dolgu içerisinde lehim köprülerine ve lehim saçaklarina neden olabilir.

Diger yandan, bir sivi faziii 210°C°de geriye kalmasi, katilasma sirasinda segregasyon vasitasiyla kalkma fenomeninin olusmasinaneden olabilir.Asagidaki tarifnamede, "kati faz orani" terimi, belirli bir sicaklikta bir lehim alasiininin tam hacmi içerisinde yer kaplayan bir kati fazin bir kismi aiilamina gelir, ve "sivi faz orani" terimi, belirli bir sicaklikta bir lehim alasiininin tam hacmi içerisinde yer kaplayan bir sivi fazin birkismi anlamina gelir.Yukaridaki arastirmalar içerisinde kullanilan kati faz orani ve sivi faz orani, bir lehim alasiminin bir alasim bilesimi esas alinarak elde edilir, ancak dogrudan alasim bilesiminden elde edilmez. Bir sivilasma sicakligi ve bir katilasma sicakligi arasindaki bir sicaklik araligi, bir denge diyagrami içerisinde bir kati-sivi birlikte var olma bölgesidir.

Ancak, kati-sivi birlikte var olma bölgesi içerisinde lehiin alasiminin özellikleri, akisli lehimin gerçek durumu dikkate alinarak, denge diyagramindan hemen belirlenemez. Ayrica, akisli lehimlemenin durumu bir denge durumu olsa dahi, bir kati faz ve bir sivi faz bir sivilasma sicakligiiidan bir katilasma sicakligina olan bir aralik boyunca birlikte artmaz ve azalmaz. Bir kati fazin ve bir sivi fazinoranlari, bir jet lehim banyosu içerisinde bir lehiiri alasiminin biralasim bilesimine ve bir sicakligina bagli olarak degisir. Bu yüzden, mevcut inucitler, bir alasim bilesimi ve bir zaman araligi, ve dolgu anormalligi dikkate alinarak elde edilen, kati faz orani ve sivi faz oraniarasindaki iliski üzerinde baska arastirmalar yapmislardir.Bunun sonucunda, mevcut mucitler, kati faz orani 235°C”de ve sivi faz orani ZIOOC”de önceden belirlenmis bir aralikta olduklarinda, yukarida tarif edilen tüm özelliklerin önceden belirlenmis bir Bi inuhteviyati araliginda saglandigi bulgusunu elde edebilmislerdir. Bir baska deyisle, mevcut mucitler, Bi muhteviyati, kati faz orani ve sivi faz orani sirasiyla 'Önceden belirlenmis araliklarda bulundugunda, kalkma fenomeninin olusumunun ve lehim köprülerinin ve lehim saçaklarinin olusumunun bastirilabildigi, ve katilasma sirasinda zaman araligi dikkate alinsa dahi, ilaveten isil yorulina direncinin arttirilabildigi bulgusunu elde etmislerdir. Gerçek akisli lehiinleme sirasinda tüm kosullar, kati faz orani ve sivi faz orani spesifik olarak belirtilerek yerine getirilemeyecektir, ancak akisli lehimleme sirasinda dolgu anormalliginin varligi veya yoklugu, bu faz oranlari spesifik olarak belirtilerek nispeten degerlendirilebilecektir. Ag, Cu, P veya benzerlerini içeren Sn-Bi lehim alasiminin bir alasim bilesiini içerisinde dahi, bu elementlerin muhteviyatlari önceden belirlenmis araliklar içerisinde oldugunda, Bi muhteviyatindan, kati faz oranindanve sivi faz oranindan esaseii ayni bulgu elde edilmistir.Ayrica, asagidaki bulgu da elde edilmistir: Ag içeren Sn-Bi lehini alasiminin bir alasim bilesimi içerisinde, Bi ve Ag arasindaki bir etkilesim vasitasiyla kalkma fenomeni olusabilir. Bu nedenle,asagidaki bulgu elde edilmistir: Sn-Bi lehiin alasimiiiin Ag içerdigi10durumda, yukarida tarif edilen özelliklerin hepsi, Ag muhteviyati önceden belirlenmis bir araliga ayarlanarak ve ilaveten toplain AgmuhteViyati ve Bi muhteViyati spesifik olarak belirtilerek saglanir.Ayrica, Sn-Bi lehim alasiminin Cu içerdigi durumda, Cu muhteviyati 0.7 kütle %”sini astiginda, bir sivilasma sicakligi hizla yükselir, ve bir kati-sivi birlikte var olina bölgesi yayilir. Diger yandan, asagidaki bulgu elde edilmistir: Cu muhteviyati 0.7 kütle %”si veya daha az oldugunda, kati-sivi birlikte var olina bölgesi esasen yayilinaz, ve yukarida tarif edilen özelliklerin hepsi, katilasma sirasinda zamanaraligi dikkate alinsa dahi saglanir.Bu tür bir bulgu esas alinarak yapilaii mevcut bulus asagidaki gibidir.(1) Bir dolgunun olusturulmasi için bir lehim alasimi olup, lehim alasimi, kütle %”si olarak, asagidakilerden olusan bir alasimbilesimine sahiptir:Bi: %01 ila 0.8;Ag: %0 ila 0.3; veCu: %0 ila 0.7,P: %0.001 ila 01,bakiye Sn ve kaçinilmaz kirliliklerdir,burada Ag ve Bi toplam miktari %03 ila 0.8”dir, ve lehim alasimi In, Ni, Zn, A1 ve Sb içermez, ve burada lehim alasimi 235°C”de 0.02 hacim %”si veya daha az bir kati faz oranina sahiptir, ve 210°C'de 5.0hacim %”si veya daha az bir sivi faz oranina sahiptir, kati faz oraiii ve11sivi faz orani, Material Design Technology Co. Ltd. tarafindan imaledilen "Pandat" kullanilarak hesaplanir.(2) Yukaridakine (1) uygun alasim bilesimine sahip bir lehim baglantisi. Mevcut bulusta, "235°C°de kati faz orani", 235°Cide lehim alasiminiii tam hacmi içerisinde yer kaplayan bir kati fazin bir kismi anlamina gelir. "2150C'de sivi faz orani", 215°C”de lehim alasminin tam hacmi içerisinde yer kaplayan bir sivi fazin bir kismi anlaminagelir.Çizimlerin Kisa TarifiSEKIL l, Sn-Bi-(Ag)-(Cu)-(P) lehim alasimi içerisinde 210°C”de Bi(+Ag) ve bir sivi faz orani arasindaki iliskiyi gösteren bir grafiktir.

Bulusu Uygulama YoluMevcut bulus asagida detayli olarak tarif edilmektedir. Mevcut tarifnamede, baska türlü belirtilmedigi sürece, bir lehim alasimi bilesimi içerisinde "%","kütle %”si"dir.l. Alasim bilesimi(l)Bi: %0.1 ila 0.8Bi, isil yorulma direncini arttirmak içiii gerekli bir elementtir. Bimuhteviyati %0.] veya daha fazla, ve tercihen %02 veya daha12fazladir. Diger yandan, Bi büyük bir miktarda ilave edildiginde, katilasma sirasinda dikkate deger segregasyon, bir kati-sivi birlikte var olma bölgesinin büyümesi vasitasiyla gerçeklesir, ve kalkma fenomeninin olusma sikligi artar. Bu yüzden, Bi muhteviyati %08veya daha az, ve tercihen %06 veya daha azdir.(2) Ag: %0 ila 0.3Ag, isil yorulma direncini arttirabilen bir istege bagli komponenttir.

Ag ilave edildiginde, Ag muhteviyati tercihen %01 veya daha fazladir. Ag Bi ile birlikte ilave edildiginde, katilasma sirasinda segregasyon, Bi ilave edilerek hizlandirilir, ve kalkma fenomeninin olusma sikligi artar. Bu nedenle, Ag muhteviyati %03 veya daha az,ve tercihen %02 veya daha azdir.(3) Ag+Bi: %03 ila 0.8Ag eleinentinin Sn elementine ilavesinin, kalkma fenomeni olusumuna neden oldugu dikkate alininamistir. Ancak, hem Ag elementinin, hem de Bi eleinentinin bir lehim alasimina ilave edildigi durumda, bu ilave, sadece Bi elementinin ilave edildigi duruma kiyasla katilasma sirasinda Bi segregasyonunu hizlandirir, ve bunun sonucunda, kalkma fenomeni olusabilir. Bu nedenle, toplam Ag muhteviyati ve Bi muhteviyati %08 veya daha az, ve tercihen %06 veya daha azdir. Diger yandan, hem Ag, hem de Bi ilavesi, isil yorulma vasitasiyla kötülesmeyi bastirir. Bu etkiyi göstermek için, toplam Ag muhteviyati ve Bi muhteviyati %03 veya daha fazladir.Kalkma fenomeni olusumunun ve dolgu kötülesmesinin bastirilmasi,13daha önce tarif edildigi gibi, Bi ilavesi durumunda benzer sekilde görülür. Bu yüzden, Ag elementinin ihtiva edilmedigi durumda dahi, bu aralik uygulanir. Spesifik olarak, Ag elementinin ihtiva edilmedigidurumda, Bi muhteviyati %03 ila 0.8,dir.(4) Cu: %0 ila 0.7Cu, lehim alasiminin dayanikliligini iyilestirilebilen bir istege bagli elementtir. Cu elementinin asiri ilavesi, bir lehiin alasiininin bir erime noktasini dikkate deger ölçüde yükseltir, lehiin köprülerinin ve lehim saçaklarinin olusumunu kolaylastirir. Cu %O,7”lik bir miktarda ilave edildiginde, Cu Sn ile birlikte bir ötektik kristal olusturur. Ancak, Cu %0.7,lik veya daha az bir miktarda ilave edildiginde, bir kati-sivi birlikte var olma bölgesi hemen hemen yayilmaz. Bu nedenle, Cu muhteviyati tercihen %0.7 veya daha az, ve daha tercihen %0.6 veya daha azdir. Mevcut bulusun lehiin alasiminin akisli lehimleme için kullanildigi durumda, asagidaki durum dikkate alinacaktir: Çogunlukla bir levhanin kablolari ve baglanti uçlari içerisinde kullanilan Cu, bir lehim banyosu içerisinde elüe eder. Bu tür bir durumda, lehim alasimi içerisindeki Cu muhteviyati azaltilmazsa, lehim banyosu içerisindeki bir alasimin bir bilesimi bir hiperötektik kristal tarafina kayar, erime noktasinin yükselinesiyle sonuçlanir, ve bu, dolgu anormalligine yol açabilir. Bu nedenden dolayi, Cu muhteviyatinin, lehim banyosu içerisindeki Cu miktarina bagli olarak uygun sekilde azaltilmasi daha iyidir. Cu muhteviyati tercihen %0.5 veya daha az, daha tercihen %0.4 veya daha az, daha da tercihen %03veya daha az, ve özellikle tercihen %0°dir.14Diger yandan, Cu, dayanikliligin iyilestirilmesine ilaveten, bir zeminin Cu oldugu durumda bir Cu korozyon önleine etkisi de gösterebilir. Cu ihtiva edildiginde, Cu muhteviyati tercihen %005 veya daha fazla, daha tercihen %0.] veya daha fazla, ve daha tercihen %02 veya dahafazladir.(5) P: %0.001 ila 0.1P, Sn oksidasyonunu bastirabilir ve islanabilirligi iyilestirebilir. P asiri ilavesi, lehimin yüzeyi üzerinde bir lehimin akiskanligini önler, ve bir lehiinleine isleinine zorluk getirir. Bu nedenle, P muhteviyati %0.1 veya daha az, tercihen %001 veya daha az, ve daha tercihen %0.008 veya daha azdir. Diger yandan, P ilavesi etkisi göstermek için, Pmuhteviyati %0.001 veya daha fazladir.(6) Bakiye: SnMevcut bulusta lehiin alasiminin bakiyesini Sn olusturur. Lehim alasimi, yukarida tarif edilen eleinentlere ilaveten, kaçinilmaz kirlilikler içerebilir. Lehiin alasiminin kaçinilmaz kirlilikler içerdigi durumda bile, kaçinilmaz kirlilikler, yukarida tarif edilen etkileri arttirmaz. Ayrica, bundan böyle tarif edilecegi gibi, mevcut bulusta tanimlanmayan elementler kaçinilmaz kirlilikler olarak ihtiva edilseler dahi, bunlar yukarida tarif edilen etkileri arttirmaz. Mevcut bulusta, alasim bilesimi kapali terim (yani "olusan" terimi) vasitasiyla tanimlansa dahi, kapali terim (yani "olusan" terimi) kaçinilmazkirliliklerin dahil edilmesini hariç birakmaz.15(7) In, Ni, Zn, A1 ve SbMevcut bulustaki lehim alasimi, dolgu anormalliklerinin bastirilniasi için, In, Ni, Zn, A1 ve Sb içermez. Bu elementler, sik olarak, isi çevrimi karakteristiklerini iyilestirmek için, bir lehiiii alasimina ilave edilir. Ancak, mevcut bulusta, In ve Zn ihtiva edilirse, In ve Zn elementlerinin oksit filmleri olusturulur. Bunun sonucunda, bir lehim alasimi yapiskan olur, ve lehim köprüleri ve lehim saçaklari bir dolgu içerisinde olusturulabilir. Ni, A1 ve Sb, lehim alasimi içerisinde Sn ve Ag ile bilesikler olustururlar, ve bunun sonucunda, bunlar geriye kalan bir lehim alasiminin eritme sirasinda erimemesine, böylelikle bir dolgu içerisinde lehiin köprülerini ve lehim saçaklarini olusturmasinaneden olurlar.2. 235°C”de kati faz orani: %0.02 hacim %”si veya daha az, ve210°C”de sivi faz orani: %5.0 hacim %”si veya daha azMevcut bulustaki lehim alasimi içerisinde, yukarida tarif edilen alasim bilesiminin gerekliliklerine ilaveten, 235°C°de bir kati faz orani %0.02 hacim %”si veya daha az, ve 210°C°de sivi faz orani %5.0 hacim %”siveya daha azdir.Dolgu anormalligi olarak, lehim köprülerinin ve lehim saçaklarinin olusumu, geleneksel olarak arastirilan kalkma fenomenine ilaveten örneksellestirilir. Kalkina fenomeninin olusumu bastirilabilse dahi, baglanti uçlari ile lehim saçaklari arasinda lehim köprüleri olusturuldugunda, elektronik cihazlar normalde zayif baglaiitiylaçalismazlar. Kalknia fenomeninin olusumunu ve lehiin köprülerinin ve16lehim saçaklarmm olusumunu bastirmak için, bir alasim bilesiminden ve bir denge diyagramindan elde edilen bilgiler yeterli degildir, ve bunlar esas alinarak 'onceden belirlenmis sicakliklarda kati faz oranive sivi faz orani vasitasiyla tanimlamak tercih edilebilir.Mevcut bulusta, 235°C›de kati faz orani %0.02 hacim %”si veya daha azdir. Bunun nedeni, az Bi muhteviyati içeren Sn-düsük Bi lehiin alasimi kullanilarak akisli lehinilemenin yürütülmesi durumunda, bir jet lehimiii bir erime sicakliginin 235°C veya daha yüksek olmasidir.

Bu demektir ki, lehim alasiminin en az 235°C°lik bir sicaklikta tamamen eritilmesi tercih edilir, ve erimeinis, lehim köprülerine ve lehim saçaklariiia neden olan, geriye kalan lehim alasimi mevcut olmamalidir. Mevcut baskili levhalar içerisinde bir dolgu da, lehim köprülerinin ve lehim saçaklarinin olusumunu engellemek için, 235°C°de kati faz orani %002 hacim %'si veya daha azdir, ve dahatercihen 0 hacim %”sidirMevcut bulusta, 210°Csde sivi faz orani %5.0 hacim %,si veya daha azdir. Sn-düsük Bi lehim alasimi içerisinde, katilasma yaklasik 210°C°de hizla ilerler, ve bir sivi faz Önceden belirlenmis bir miktari asan bir miktarda mevcut olursa, sivi faz, katilasma sirasinda segregasyoiia neden olur. Katilasma sirasinda segregasyon, kalkma fenomeninin olusmasina yol açma olasiligini arttirir. Kalkma fenomeninin olusumunu engellemek için, 210°C°de sivi faz orani 5.0 hacim %”si veya daha az, daha tercihen 4.0 hacim %”si veya daha az, ve daha da tercihen 3.64 hacim %”si veya daha azdir. Sivi faz oraninin alt siniri Özellikle sinirlandirilmamistir, ve kalkma fenomenininolusumu, 210°Cide sivi faz orani daha az oldugu için bastirilabilir.17Mevcut bulusta tanimlanan sivi faz orani ve kati faz orani, bir alasim bilesiminin ve akisli lehimleme sirasinda bir levhanin ön yüzeyi veya arka yüzeyi üzerindeki sogutma kosullarindaki farka karsilik gelen zaman araliginin dikkate alinmasinin bir sonucu olarak elde edilir.

Bunlar, elementlerin termodinamik fiziksel özellik degerlerini kullanan Scheil iliskisel denklemini esas alan Sn-düsük Bi alasimini hesaplama simülasyonu yürütülerek elde edilebilirler. Bir sicaklik gradyani zamanin geçmesiyle degistigi için, her güncel baglanma durumunda sicaklik degisimi gradyaninin anlasilmasi zordur. Bu yüzden, mevcut bulusta, akisli lehiinleine içerisindeki zaman araligi, kalorifik degere dönüstürülür, ve kati faz orani ve sivi faz orani eldeedilir.Mevcut bulusta kati faz oranini ve sivi faz oranini hesaplama metoduasagida detayli olarak tarif edilir.Kati faz orani/sivi faz orani ve sicaklik arasindaki iliski, DSC gibi isil analiz vasitasiyla ölçülerek elde edilebilir. Ancak, isil analiz durumunda, önceden belirlenmis kosullar altinda sicaklik yükseltme/düsürme isleminin yürütülmesi gereklidir, ve gerçek baglanma kosullarinin yansitildigini söylemek zordur. Bu yüzden, thermo-calc gibi genel amaçli termodinamik veri tabani mevcut bulusta kullanilmistir. Ancak, katilasmayla ilgili bir kati faz oraninin degisikligini dikkate almak gereklidir. Bu yüzden, sivi fazin tamamen karistirilmis oldugu bir model olan Scheil denklemi veya Scheil modülü kullanilmistir. Scheil esitligi genellikle ikili veya daha az biralasiina uygulanir, ve Scheil modülü, üçlü veya daha fazla bir alasima18uygulanir. Tabii ki, Scheil modülü, ikili veya daha az bir alasima dauygulanabilir.Scheil denklemi kullanildiginda, bir kati faz orani ve bir sicaklik arasindaki iliski, bir kati faz içerisinde bir çözünen konsantrasyonundan ve bir sivi faz içerisinde bir çözünen konsantrasyonundan elde edilen bir kati-sivi dagilimi katsayisi, veya genel amaçli termodinamik veri tabani kullanilarak elde edilebilir.

Ayrica, Scheil modülü kullanildiginda, önceden belirlenmis bir sicaklikta bir kati faz orani, bir kati faz olarak, yeni bir konsantrasyona sahip bir sivi faz olusturmak için bir sicaklik l°C azaltildiginda, bir sivi fazin kismen bir kati faza dönüstügü bir kismin ilave edilmesinden, ve sicakligin düsürülmesinden olusan prosedürler tekrarlanarak hesaplanabilir. Daha spesifik olarak, kati faz orani ve sivi faz orani, Material Design Technology Co., Ltd. tarafindan imaledilen "Pandat" kullanilarak hesaplanabilir.Çesitli katilasma proseslerine karsilik gelen kati faz orani ve sivi fazorani bu metot kullanilarak elde edilebilir.Hesaplamanin sonucunda, katilasma prosesinin Sn-Bi-(Ag)-(Cu)-(P) lehiin alasimi içerisinde farklilik gösterdigi anlasilmistir. Mevcut bulustaki kati faz orani ve sivi faz orani, kalkma fenomeninin olusumuna ilaveten, lehim köprülerinin ve lehim saçaklarinin olusumunu bastirmak için bir endeksi gösterir, ve sadece bir alasim bilesimi vasitasiyla elde edilemez. Mevcut bulusun etkisi, ilk olarak, bu endeks kullanilarak sergilenebilir. Bu demektir ki, kati faz oranininve sivi faz oraninin geleneksel olarak kullanildigi bir durum19mevcuttur. Ancak, mevcut bulusta kalkma fenomeninin olusumunun ve lehim köprülerinin ve lehim saçaklarinin olusumunun bastirilinasi için, gerçek akisli lehimlemenin bir katilasma prosesinin dikkate alindigi, hem 235°Cide kati faz oranini, hem de 210°C”de sivi faz oranini kullanan bir endeks, daha 'Önceden kullanilmayan bir yeni endekstir. Simülasyonla elde edilen, mevcut bulustaki kati faz orani ve sivi faz orani, gerçek akisli lehimleme sirasinda tüm kosullarin hepsini yansitmazlar, ancak gerçek akisli lehimlemedeki kati faz oranindan ve sivi faz oranindan boyut açisindan nispeten farklilik gösterirler. Bu yüzden, kalkma fenomeninin olusuinu ve lehim köprülerinin ve lehim saçaklarinin olusumu, mevcut bulusta kati faz orani ve sivi faz oranisaglanarak bastirilabilir.3. KullanimlarMevcut bulustaki lehim alasimi, çesitli lehimleme metotlari içerisinde, özellikle de akisli lehiinleme içerisinde etki gösterebilir. Lehim alasimi, lamine edilmis birçok subrat içeren bir laminat levha için akisli lehimlemenin yürütüldügü durumda etkilidir. Akisli lehimlemede bir jet lehim uzun bir zaman dilimi için kullanildiginda, bunun bilesimi degisebilir. Bu yüzden, lehim alasimi, istenilen bir bilesime sahip bir jet lehimin elde edilmesi için, takviye edilen bir lehim olarak kullanilabilir. Bu durumda, takviye edilen lehim, bilesim mevcut bulus kapsaminda ayarlandiktan sonra takviye edilebilir.

Akisli lehimlemenin yürütülmesi durumunda jet lehimin sicakligi yaklasik 230 ila 240°C”dir. Ayrica, diger baglanma kosullari, lehim alasiininin alasim bilesimine, kati faz oranina ve sivi faz oranina bagliolarak yaklasik olarak ayarlanabilir.20Örnekler235°C”de kati faz orani, 210°C7de sivi faz orani, güvenilirlik (isil yorulma) ve dolgu anormalligi, Tablo 1 içerisinde gösterilen alasim bilesiinlerine sahip lehiin alasiinlari kullanilarak degerlendirilir. Herdegerlendirme metodu asagida tarif edilmektedir.(1) 235°C°de kati faz orani ve 210°C”de sivi faz oraniÖrnekler içerisindeki kati faz orani ve sivi faz orani, Material Design Technology Co., Ltd. tarafindan imal edilen "Pandat" kullanilarakhesaplanir. Elde edilen sonuçlar, Tablo 1 ”de gösterilir.(2) Güvenilirlik (isil yorulma)Örnekler içerisindeki güvenilirlik, isil yorulma direnci karakteristiklerikullanilarak degerlendirilir.On iki tane, 4-baglanti uçlu, Sn kaplamali direnç hazirlanir, bunlarin baglanti uçlari bir cam epoksi baskili levhanin (CEM-3) geçis delikleri içerisine geçirilir, ve akisli lehimleine yürütülür. Akisli lehimleme, Malcom Co., Ltd. tarafindan imal edilen Akis Simülatörû FS-1”inkullanildigi asagidaki test kosullari altinda yürütülür.Test kosullariLehiin banyosu: Malcom Co., Ltd. tarafindan iinal edilen AkisSimülatörü FS-l.21Lehim miktari: 15 kgAki: Senju Metal Industry Co., Ltd. tarafindan imal edilen aki (ticari isim: ES-lO6l SP2)Lehiin banyosu içerisindeki lehim sicakligi: 255°CLehimlenmis baskili levha, düsük sicaklik kosulunun 30 dakika boyunca -4OOC oldugu ve yüksek sicaklik kosulunun 30 dakika boyunca +85°C oldugu bir çift tank tipi otomatik test etme aparati içerisine yerlestirilir. Baskili levha, 500.üncü çevriinde aparattan disari alinir, ve dolgularm (48 yerin) dis görünüsü bir optik mikroskopla gözlemlenir. Çatlaklarin gözlemlenmedigi levha `'Iyi" olarak degerlendirilir, ve çatlaklarin gözlemlendigi levha "Zayif"olarak degerlendirilir. Elde edilen sonuçlar Tablo lsde gösterilir.(3) Dolgu anormalligiÖrnekler içerisinde, kalkma fenomeni, lehim köprüleri ve lehiin saçaklari dolgu anormalligi olarak degerlendirilir. Akisli lehimleme, yukarida (2) güvenilirlik testinde belirtilen ayni kosullar altinda yürütülür, 48 yerdeki dolgu asagidaki gibi degerlendirilir.Lehim köprüleri ve lehim saçaklariLehim köprüleriiiin olusmasi veya olusmamasi görsel olarak degerlendirilir. Ayrica, bir dolgu içerisinde lehiin saçaklarinin olusup olusmaniasi da görsel olarak gözlemlenir. Lehim saçaklaridogrulandiginda, lehiin saçaklari olusmus olarak degerlendirilir.22Kalkma fenomeni48 dolgu bir optik mikroskopla dogrulandiktan sonra, her dolgu kesilir, ve enine kesitin bir fotografi SEM ile alinir. Dolgunun bir zeminden soyulup soyulmadigi SEM fotografiyla dogrulanir.

Zeminden ayrilan bir dolgu kismi eiiiiie kesitte az mevcut olsa dahi,kalkma fenomeni olusmus olarak degerlendirilir.Tablo l°de dolgu anormalligi sembolleri asagidaki gibidir:A: Dolgu anormalligi olusmadi B: Kalkma fenomeni olustuC: Lehim saçaklari olustuD: Lehim köprüleri olustu 23 Tablo 1 Alasim bilesimi (kütle %,si) Ag + 235°C7de 210°C”de Güvenilirlik Dolgu Bi kati faz sivi faz (isil anormalligi* (kütle orani orani yorulma) %,si) (hacim (hacim %”si) %”si) Sn Bi Ag Cu In Ni Zn A1 Sb Referans Bakiye 0.3 0.3 0.00 0.61 Iyi A Ornekl Referans Bakiye 0.8 0.8 0.00 2.26 Iyi A OrnekZ Referans Bakiye 0.4 0.3 0.7 0.00 2.51 Iyi A Ornek3 Referans Bakiye 0.3 0.1 0.3 0.00 0.82 Iyi A Omek4 Referans Bakiye 0.3 0.6 0.3 0.00 0.74 Iyi A Ornek5 24 Referans Bakiye 0.5 0.3 0.8 0.00 3.35 Iyi A Örnek 6 Referans Bakiye 0.2 0.1 0.3 0.00 1.00 Iyi A Örnek 7 Referans Bakiye 0.4 0.3 0.7 0.7 0.00 3.64 Iyi A Örnek 8 Örnek 1 Bakiye 0.3 0.003 0.3 0.00 0.61 Iyi A Örnek 2 Bakiye 0.3 0.008 0.3 0.00 0.61 Iyi A Örnek 3 Bakiye 0.4 0.3 0.7 0003 0.7 0.00 3.64 Iyi A Kiyaslama Bakiye 0.04 0.04 0.00 0.03 Zayif A Örnegi 1 Kiyaslama Bakiye 0.9 0.2 1.1 0.00 6.00 Iyi B Örnegi 2 Kiyaslama Bakiye 0.8 0.40 1.2 0.00 6.06 Iyi B Örnegi 3 Kiyaslama Bakiye 0.10 0.10 0.2 0.00 0.41 Zayif A Örnegi 4 Kiyaslama Bakiye 0.3 1 0.3 0.03 0.72 Iyi D OrnegiSKiyaslama Bakiye 0.3 1.5 0.3 1.70 0.72 Iyi C,D OmegiöKiyaslaina Bakiye 0.3 0.3 0.00 17.48 Zayif C,D Ornegi7Kiyaslama Bakiye 0.3 0.7 0.3 0.00 26.13 Zayif C,D OmegiSKiyaslama Bakiye 0.3 0.2 0.3 0.14 0.67 Iyi D Ornegi9Kiyaslama Bakiye 0.3 0.1 0.2 0.3 0.09 0.87 Iyi D Örnegi 10Kiyaslama Bakiye 0.4 0.3 0.5 0.7 0.00 7.55 Iyi C,D OrnegillKiyaslama Bakiye 0.3 0.5 0.3 2.14 0.00 Iyi C,D Örnegi 12Kiyaslama Bakiye 0.3 0.7 0.3 26.94 0.75 Iyi D Örnegi 13 Dolgu anormalligi*: A: Normal. B: Kalkma feiionieni, C: Lehini saçaklari, D: Lehim köprüleri 26Tablo l°de gösterildigi gibi, Örnekler 1 ila 3'de, herhangi bir alasim bilesimi içerisinde güvenilirlikle ve dolgu anormalligiyle ilgiliproblem olusmamistir.Diger yandan, Kiyaslama Örnegi l”de, Bi inuhteviyati azdir. Bu yüzden, isil yorulma direnci zayiftir. Kiyaslama Örnegi 2°de, Bi muhteviyati fazladir ve sivi faz orani 210°C“de yüksektir. Bu yüzden, kalkma fenomeni olusmamistir. Kiyaslama Örnegi 3”de, Ag muhteviyati fazladir, Ag+Bi %0.8”i asar, ve ilaveten sivi faz orani 210°C°de yüksektir. Bu yüzden, kalkma fenomeni olusmustur.

Kiyaslama Örnegi 4°de, Ag+Bi %O.3”den düsüktür. Bu yüzden, isil yorulma direnci zayiftir. Kiyaslama Örnekleri 5”de ve 6°da, Cu muhteviyati fazladir, ve kati faz orani 235°C”de yüksektir. Bu yüzden, lehim alasimi yapiskan olur. Ayrica, lehim köprüleri Kiyaslama Örnegi 5 ”de olusturulmustur, ve lehim köprüleri ve lehim saçaklariKiyaslama Örnegi 6 içerisinde olusturulmustur.Kiyaslama Örnekleri 7 ve 8°de, In ihtiva edilir, ve bunun sonucunda, sivi faz orani 210°C°de yüksektir, yorulma direnci zayiftir, ve lehim köprüleri ve lehim saçaklari olusturulmustur. Kiyaslama Örnekleri 9 ve lO'da, Ni ihtiva edilir, ve bunun sonucunda, kati faz orani 235°C”de yüksektir, ve lehim köprüleri olusturulmustur. Kiyaslama Örnegi ll°de, Zn ihtiva edilir, ve bunun sonucunda, sivi faz orani 210°C°de yüksektir, ve lehim köprüleri ve lehim saçaklari olusturulmustur. Kiyaslama Örnekleri 12 ve l3°de, A1 ve Sb sirasiyla ihtiva edilir, ve bunun sonucunda, kati faz orani 235°C°de yüksektir.Ayrica, lehim köprüleri ve lehiin saçaklari Kiyaslama Örnegi 12°de27olusturulmustur, ve lehim köprüleri, Kiyaslama Örnegi 3°deolusturulmustur.Tablo l,deki sonuçlardan mevcut bulusun etkisini açikliga kavusturmak için, mevcut bulus asagida SEKIL l kullanilarak daha datarif edilmektedir.SEKIL l, Sn-Bi-(Ag)-(Cu)-(P) lehim alasimi içerisinde 210°Cide Bi (+Ag) ile bir sivi faz orani arasindaki iliskiyi gösteren bir grafiktir.

Kati-sivi birlikte var olnia bölgesi içerisinde çok farkli davranis sergileyen In, Ni, Zn, Al veya Sb içeren alasim bilesimleri hariç, Örnekler 1 ila 8”in, Örnekler 1 ila 3”ün ve Kiyaslama Örnekleri 1 ila 6”nm sonuçlari SEKIL l”de grafiksel olarak gösterilmistir. SEKIL l”den, Bi (+Ag) %0.8°i astiginda, sivi faz orani 210°C°de çok yükselir, ve Kiyaslama Örnekleri 2 ve 3°de oldugu gibi sivi faz orani %5.0°1 astiginda, kalkma fenomeni olusur. Diger yandan, sivi faz orani Kiyaslama Örnekleri 1, 4, Sade ve 6”da düsüktür. Bu yüzden, kalkma fenomeni olusmasa dahi, isil yorulma direnci zayiftir ve lehim köprüleri ve lehim saçaklari yukarida tarif edildigi gibiolusturulmustur.Yukaridan, mevcut bulustaki lehim alasimi, kalkma fenomeninin olusumunu ve lehim köprülerinin ve lehim saçaklariniii olusumunu bastirabilir, ve mükemmel isil yorulma direncine sahip olabilir. Bu yüzden, lehim alasimi, ev aletleri ve iletisim ekipmanlari gibi elektronik ekipmanlarin tamami üzerinde genis ölçüde yüksek kalitelidolgu olusturabilir. 28TARIFNAME IÇERISINDE ATIF YAPILAN REFERANSLARBasvuru sahibi tarafindan atif yapilan referanslara iliskin bu liste, yalnizca okuyucunun yardimi içindir ve Avrupa Patent Belgesinin bir kismini olusturmaz. Her ne kadar referanslarin derlenmesine büyük önem verilmis olsa da, hatalar veya eksiklikler engellenememektedirve EPO bu baglamda hiçbir sorumluluk kabul etmemektedir.Tarifname içerisinde atifta bulunulan patent dökümanlari:° JP 4225165 B [0006] ° EP 1841561 A [0006] ° JP 2003046229 A [0006] ° US 2015146394 A [0006] ° JP 2001225188 A [0006] ° US 2007295528 A [0006]0 .IP 2010206006 A [0006]

Claims (2)

ISTEMLER

1. Bir dolgunun olusturulmasi içiii bir lehim alasiini olup, lehim alasimi, kütle %”si olarak, asagidakilerden olusan bir alasim bilesiinine sahiptir: Cu: %0 ila 0.7, ve bakiye Sn ve kaçinilmaz kirliliklerdir, burada Ag ve Bi toplam miktari %03 ila 0.8”dir, ve lehim alasimi In, Ni, Zn, A1 ve Sb içerinez, ve burada lehiin alasiini 235°C'de 0.02 hacim %”si veya daha az bir kati faz oranina sahiptir, ve 210°C°de 5.0 hacim %”si veya daha az bir sivi faz oranina sahiptir, kati faz orani ve sivi faz orani, Material Design Technology Co. Ltd. tarafindan imal edilen "Pandat" kullanilarak hesaplanir.

2. Istem l,e uygun alasiin bilesimine sahip bir lehim baglantisi.