Композиционный припой

 

Использование: в электротехнической, электромашиностроительной и других отраслях промышленности, преимущественно для пайки меди и ее сплавов. Композиционный припой содержит матрицу - порошок легкоплавкого припоя и наполнитель - порошки тугоплавкого металла и среднеплавкого припоя с низкотемпературным флюсом при следующем соотношении компонентов, мас.%: легкоплавкий припой Sn-Pb 70.1.85; среднеплавкий припой Си-Р 7-12; тугоплавкий металл Си 3...8; низкотемпературный флюс 5..10. 1 табл.

СОК)З СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5 )5 В 23 К 35/24

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4833064/08, 4833065/08 (22) 01. 06.90 (46) 07.07.92. Бюл. ¹ 25 (71) Казахский политехнический институт .им. В.И. Ленина (72) Т.X. Чормонов, Б,г. Касым>канов, С,Н. Аракелян, А.А. Россошинский и О,П. Бондарчук (53) 621.791,3 (088,8) (56) 1. Патент США ¹ 3418179, кл. В 23 К 35/30, 24,12.68, 2. Патент США ¹ 44876-38, кл, В 23 К35/24,,11.12,84„

Изобретение относится к области пайки, в частности к составам композиционного припоя для низкотемпературной пайки, и может быть использовано в электротехнической, электромашиностроительной и других отраслях промышленности преимущественно для пайки меди и ее сплавов.

Известен припой (1), содержащий тугоплавкую составляющую в виде медного порошка в количестве 20...80%, обеспечивающего оптимальные свойства медных соединений при последующей пайке оловянно-свинцовыми припоями.

К недостаткам этой паяльной смеси оТносится то,.что для получения прочного паяного соединения необходим сравнительно высокий перегрев, обуславливающий растворение частиц меди в олове; в результате чего возможно интенсивное растворение паяного метала в расплаве (эрозия), увеличение пористости паяного шва и снижение механических свойств паяного соединения.

„„5Ц „„1745475 А1 (54) КОМПОЗИЦИОННЫЙ ПРИПОЙ (57) Использование: в электротехнической. электромашиностроительной и других отраслях промышленности, преимущественно для пайки меди и ее сплавов, Композиционный припой содержит матрицу — порошок легкоплавкого припоя и наполнитель.— порошки тугоплавкого металла и среднеплавкого припоя с низкотемпературным флюсом при следующем соотношении компонентов, мас. : легкоплавкий припой Sn — Pb 70...85; среднеплавкий припой Cu — P 7 — 12; тугоплавкий металл Си 3...8; низкотемпературный флюс

5...10. 1 табл.

Известен металлокерамический припой (2) для припаивания полупроводникового кристалла и подложке, содержащий мас. :

Порошок легкоплавкого металла (173„,350" С) 40-70

Порошок тугоплавкого паВ . металла (900...1100 С) 30-60

Однако этот припой при низкотемпера- . ф турной пайке обладает. пониженными расте- (д каемостью по поверхности меди, медных д сплавов и пластичностью, повышенной пористостью паяных соединений и не обеспечивает необходимого качества паяных ! соединений, так, предел прочности при низкотемпературной пайке меди композиционным припоем (2) не превышает 60 МПа;

° ива

Цель изобретения — повышейие прочности паяных соединений.

Это достигается тем, что композиционный припой содержит матрицу .— порошок легкоплавкого припоя и наполнитель — порошок тугоплавкого металла и среднеплавкого припоя с низкотемпературным флюсом

1745475 при следующем соотношении компонентов, м.ас.%:

Легкоплавкий припой

Sn — Pb (183-300 С) 70...85

Среднеплавкий припой

Cu — Р (720 С) 7...12

Тугоплавкий металл Си (1100 С) 3...8

Низкотемпературный флюс 5.;.10

Сопоставимый анализ позволяет сделать вывод; что композиционный припой отличается тем, что среднеплавкая составляющая (Cu — Р), которая имеет более низкую температуру плавления (720" С), обеспечивает образование прочного паяного соединения при более низких температурах пайки, чем рассматриваемый прототип (2), что существенно расширяет их технологические возможности, В процессе плавления происходитлегирование матрицы фосфидом меди (СизР) и медью (Cu), концентрация которых в сплаве определяется, температурой нагрева и длительностью его выдержки при заданной температуре.

Введение наполнителя в количестве меньших значений нижних пределов неэффективно и не влияет существенно на качество паяных соединений, Ограничения по верхнему пределу объясняется резким ухудшением технологических и механических характеристик композиционного припоя и паяных соединений. Это связано с тем, что при введении в порошковый припой выше

20% расплав матрицы насыщается легирующими элементами и порошком наполнителя, увеличивается количество окислов, в результате температура плавления и вязкость Sn — РЬ-припоя и пористость резко увеличиваются, Это все приводит к снижению способности Sn-Pb-припоя к растеканию и предела прочности паяных соединений, Предлагаемый припой характеризуется высокой растекаемостью, краевой угол смачивания находится в пределах 10...15 и обеспечивает более высокие механические показатели (130 МПа) паяных соединений за счет легирования расплава фосфидом меди и медью, взаимодействия вводимых в порошковый оловянно-свинцовый припой ча, стиц СизР, Си с пзяемым металлом, Введение порошка наполнителя в укаэанных количествах Cu P, Cu придает новые технологические свойства порошковому SnPb-припою и физико-механические свойства паяным соединениям.

Для экспериментальной проверки технологических свойств предлагаемого состава и физико-механических свойств паяных соединений путем смешивания порошков

$п-РЬ, Cu, Cu — P были приготовлены смеси, В качестве флюса использовался водный

25 вблизи зазора.

50 После пайки и охлаждения паяные швы очищали металлической щеткой, промывали

45 раствор хлористого цинка, который вводился в состав порошковой смеси непосредственно перед пайкой. Данное количество флюса позволяет получить припой в виде пасты и хорошо удерживаться в смеси порошков.

Из исследуемых материалов изготавливали образцы размером 40х 40 х2 мм по пять образцов на каждый эксперимент, поверхности образцов зачищали и обезжиривали этиловым спиртом, взвешивали количество паяльной смеси, соответствующее объему

64 мм, помещали навески на подложку, которую нагревали в печи, либо с испольэованием индукционного или газопламенного нагрева. . Образец с припоем устанавливали строго горизонтально, используя различные приспособления, температуру контролировали хромель-алюмелевой термопарой.

Эксперименты проводили с перегревом над ликвидусом Sn-Pb-припоя на 50 С при времени выдержки 0,2.мин, площадь растекания припоев замеряли планиметром ПК-2, Процессы пайки образцов из меди и латуни нахлест, встык и косостык (а = 30;45О) выполняли следующим образом.

После механической обработки фреэой паяемые поверхности перед пайкой обезжиривали ацетоном для удаления жира и грязи. Очищенные образцы устанавливали в зажим, закладывали в стык композиционный припой, а затем сжимали сборку, после чего производили пайку с приложением дав-. ления 3...5 МПа..

Для пайки широких зазоров образцы помещали в специальные сборочные приспособления, устанавливая их с необходимыми нахлесткой и зазором дозированную порцию с веже приготовленной смеси (150%) от объема зазора (ГОСТ 20485-75), укладывали у зазора.паяемого образца. Пайка производилась газопламенным способом по режиму: Tm = 230...250 С; время пайки 20 с; величина зазора 0,05.„0,3 мм; скорость нагрева 50...100 С/с. Температуру пайки контролировали хромель-алюминевой термопарой, закрепленной на образце в воде и сушили в сушильном шкафу.

Полученные паяные .соединения подвергались механическим испытаниям.

Предел прочности определяли на испытательной машине УМЭ-10-ТМ,- ударная вязкость ка маятниковым копре БКМ-5-2.

Электросопротивление определяли потенциометрическим способом согласно ОСТ 113564-79.

1745475

Ф о рмула изобретения

Композиционный припой для пайки меди и ее сплавов, содержащий порошок легПримечание. Во всех случаях темп паяемыми поверхностями 0,1...0,2 мм.

Составитель Т.Чормонов

Техред М.Моргентал Корректор Т.Палий

Редактор Т.Зубкова

i/

Заказ 2351 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Примеры выполнения припоя и результаты исследований технологических и физикомеханических свойств паяных соединений приведены в таблице.

Использование данного припоя по сравнению с прототипом позволит повысить прочность паяных соединений и расширить технологические возможности, коплавкого припоя, наполнитель — порошок тугоплавкого Металла и низкотемпературный флюс, отличающийся. тем, что, с целью повышения прочности паяных соеди5 нений, наполнитель дополнительно содержит порошок среднеплавкого припоя при следующем соотношении компонентов, мас. :

Порошок легкоплавкого припоя 70...85

10. Порошок среднеплавкого припоя 7...12

Порошок тугоплавкого металла 3...8 . Низкотемпературный флюс: 5...10