Припой для бесфлюсовой пайки

Изобретение относится к пайке диффузионно-твердеющими припоями на основе галлия и может быть использовано для получения неразъемных соединений разнородных материалов, в частности для низкотемпературной бесфлюсовой пайки керамики с металлами. Припой включает галлий, медно-оловянный сплав с размером частиц 40-60 мкм и медно-серебряный сплав с размером частиц 5-10 мкм при следующем соотношении компонентов, мас.%: галлий 45-50, медно-серебряный сплав 8-12, медно-оловянный сплав - остальное. Использование наполнителя в виде двухфракционной смеси порошков сплавов с указанным размером частиц обеспечивает высокую механическую прочность припоя за счет уменьшения внутренней пористости при высокой скорости затвердевания. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к пайке диффузионно-твердеющими припоями на основе галлия и может быть использовано для получения неразъемных соединений разнородных материалов, в частности для низкотемпературной бесфлюсовой пайки керамики с металлами.

Известен припой для низкотемпературной бесфлюсовой пайки разнородных материалов, содержащий, мас.%: галлий 29,5-32; олово 1-16; медь 50-54; серебро 0,5-5 (А.С. СССР № 241949, В23К 35/30, 1969).

Недостатком этого припоя является низкая скорость затвердения: при комнатной температуре затвердение происходит в течение 80 ч, а при 130°С - в течение 2 ч.

Известен припой для бесфлюсовой пайки разнородных материалов, содержащий, мас.%: галлий 27-34; олово 13-16; медно-серебряный сплав эвтектического типа (мас.%: меди 25-31, серебра 69-75) - остальное (А.С. СССР № 607685, В23К 35/30, 1978).

Недостатком этого припоя является низкая механическая прочность несмотря на высокую скорость затвердения.

Задачей изобретения является повышение механической прочности припоя при высокой скорости затвердения.

Поставленная задача решается тем, что припой для бесфлюсовой пайки разнородных материалов, включающий галлий, олово, медно-серебряный сплав, согласно изобретению содержит медно-оловянный сплав (медь 75-80 мас.%, олово 20-25 мас.%) с размером частиц 40-60 мкм и медно-серебряный сплав с размером частиц 5-10 мкм при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Галлий	45-50
Медно-серебряный сплав	8-12
Медно-оловянный сплав	Остальное

Пример

Для приготовления припоя использовались порошки медно-оловянного сплава (мас.%: медь 75-80, олово 20-25) с размером частиц 55-60 мкм и медно-серебряного сплава эвтектического типа (мас.%: меди 28, серебра 72) с размером частиц 5-10 мкм. 2,5 г галлия помещают во фторопластовый тигель и нагревают до температуры 40-60°С. 2 г порошка медно-оловянного и 0,5 г порошка медно-серебряного сплавов вводят в жидкий галлий и механически перемешивают до получения однородной массы. Полученную пасту применяют сразу после ее приготовления. Для осуществления процесса пайки пасту наносят на предварительно облуженные галлием заготовки равномерным тонким слоем и подвергают изотермической выдержке при температуре 70, 150 и 200°С. После затвердения производят испытания по определению механической прочности припоев, образцы изготавливают по ГОСТ 28830-90 (ИСО 5187-85). На крутильно-разрывной машине МИ-40КУ определяют прочность паяного соединения на срез. Температура распоя была определена по ГОСТ 21547-81 и составила 750-780°С.

Полученные результаты сведены в таблицу.

В предлагаемом припое порошки медно-оловянного и медно-серебряного сплавов используются в виде двухфракционной смеси, что обеспечивает более высокую скорость фазообразования при взаимодействии частиц порошков с жидким галлием. Легкость приготовления пасты и наилучшее сочетание прочностных свойств припоя обеспечиваются при размере частиц порошков медно-оловянного сплава 40-60 мкм и медно-серебряного сплава 5-10 мкм. Такое соотношение размеров частиц крупной и мелкой фракции обеспечивает уменьшение диффузионной пористости и времени диффузионного твердения.

Состав припоев	Время затвердения (час) при температуре затвердения (°С)	Прочность на срез (МПа) при температуре затвердения (°С)
Медно-серебряный сплав	Галлий	Медно-оловянный сплав	70	150	200	70	150	200
Медь	Олово
7	55	70	30	0,8	0,5	0,3	38	44	43
8,5	50	75	25	0,8	0,5	0,3	42	46	45
10	47,5	78	22	0,8	0,5	0,25	46	50	50
11,5	45	80	20	0,8	0,5	0,3	44	47	48
13	40	90	10	1,0	0,6	0,35	41	43	46
Прототип	0,8	0,5	0,3	41	43	46

Из предлагаемой таблицы видно, что применение наполнителя в виде двухфракционной смеси порошков медно-оловянного и медно-серебряного сплавов с размерами частиц 40-60 мкм и 5-10 мкм соответственно повышает механическую прочность припоя за счет уменьшения внутренней пористости, не увеличивая скорость твердения в сравнении с прототипом. Лучшие показатели скорости затвердения и прочности на срез получены в припое при следующем соотношении компонентов, мас.%: галлий 47,5; медно-серебряный сплав 10; медно-оловянный сплав - остальное. Благодаря высокой скорости фазообразования при взаимодействии мелкодисперсных частиц медно-серебряного порошка с жидким галлием в предлагаемом составе существенно снижается стоимость припоя за счет уменьшения содержания серебра.

1. Припой для бесфлюсовой пайки разнородных материалов, включающий галлий, олово, медь, серебро, отличающийся тем, что он содержит медь, олово и серебро в виде медно-оловянного сплава с размером частиц 40-60 мкм и медно-серебряного сплава с размером частиц 5-10 мкм при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Галлий	45-50
Медно-серебряный сплав	8-12
Медно-оловянный сплав	Остальное

2. Припой по п.1, отличающийся тем, что он содержит медно-оловянный сплав следующего состава: медь 75-80 мас.%, олово 20-25 мас.%.