Припой для бесфлюсовой пайки и способ его изготовления


 


Владельцы патента RU 2609583:

Федеральное государственное унитарное предприятие федеральный научно-производственный центр "Научно-исследовательский институт измерительных систем им. Ю.Е. Седакова" (RU)
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (RU)

Изобретение может быть использовано для получения неразъемных соединений разнородных материалов пайкой диффузионно-твердеющими припоями на основе галлия. При получении припоя в расплав галлия вводят индий и в полученный расплав вводят наполнитель в виде медного порошка с размером частиц 25-40 мкм. Медный порошок перед введением в расплав обрабатывают раствором соляной кислоты (декапируют) и покрывают его частицы слоем серебра. Содержание компонентов выбирают из условия получения припоя следующего состава, мас.%: галлий 50-60, индий 10-15, медный порошок остальное. Припой позволяет производить пайку мощных электрорадиоизделий, в частности кристаллов монолитных интегральных микросхем, на теплоотводящие основания при комнатной температуре и контактном давлении. 2 н.п. ф-лы.

 

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 мощных электрорадиоизделий на теплоотводящие основания.

Известен способ диффузионной пайки [1] припоем, содержащим равные части галлия, олова и металлического наполнителя.

Недостатками этого припоя являются высокая температура пайки (припой и детали должны иметь температуру не ниже 70°C), большая вязкость композиции и сложная технология ее приготовления и применения, требующая создания разряжения до 10-5-10-6 мм. рт.ст. с последующим напуском инертного газа.

Известен припой для бесфлюсовой пайки [2], содержащий, масс. %:

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

Недостатком этого припоя является высокая вязкость припоя и необходимость в постоянном подогреве инструментов и материалов (температура плавления галлия 30°C), что доставляет неудобства в работе.

Известен припой для бесфлюсовой пайки разнородных материалов [3], содержащий, масс. %:

Галлий 32-45
Медно-серебряный сплав 8-12
Оксид алюминия 0,5-3
Цинк 3-7
Латунь Остальное

Недостатком этого припоя является также необходимость подогрева припоя и соединяемых деталей, высокая вязкость композиции и необходимость работать с использованием давления, что невозможно при монтаже мощных электрорадиоизделий (например, бескорпусных монолитных интегральных микросхем).

Наиболее близким по совокупности признаков к заявляемому является способ с использованием припоя для бесфлюсовой пайки, включающий галлий, медь с размером частиц 25-45 мкм и олово [4] при следующем соотношении компонентов, масс. %:

Галлий 54-66,5
Медь 30-40
Олово 3,5-7

К недостаткам прототипа можно отнести:

- неудобство нанесения и низкая смачивающая способность припоя при комнатной температуре (температура плавления эвтектической смеси галлий + олово 20°C [5]);

- высокая вязкость припоя, большая толщина паяного шва;

- малое время жизнеспособности припоя (отверждение начинается через 15 минут) и высокая вязкость, что затрудняет работу с ним при монтаже мощных электрорадиоизделий.

Задачей изобретения является создание композиции припоя и способа его изготовления, позволяющего производить пайку мощных электрорадиоизделий (в частности, кристаллов монолитных интегральных микросхем) на теплоотводящие основания при комнатной температуре (15-35°C) и контактном давлении.

Техническим результатом является увеличение времени жизнеспособности припоя и механической прочности соединения, снижение времени отверждения припоя.

Технический результат достигается тем, что при получении припоя для бесфлюсовой пайки разнородных материалов, индий вводят в расплав галлия, после чего вводят медный порошок с размером частиц 25-40 мкм, причем содержание компонентов выбирают из условия получения припоя следующего состава, мас.%:

Галлий 50-60;
Индий 10-15;
Медь Остальное

Медный порошок перед введением в состав припоя подвергают обработке (декапированию) раствором соляной кислоты.

Частицы медного порошка после декапирования покрывают тонким слоем серебра.

На первом этапе галлий помещают во фторопластовый стакан, нагревают до температуры 40-60°C и при механическом перемешивании вводят индий. Введение индия в расплав галлия понижает температуру плавления до 15°C и позволяет в дальнейшем работать с составом при комнатной температуре. На втором этапе в полученный расплав вводят медный порошок и механически перемешивают до получения однородной массы. Полученная композиция сохраняет жизнеспособность в течение 2 часов. Композицией смачивают поверхности соединяемых деталей и с помощью пленочной маски формируют на одной из поверхностей слой композиции толщиной 100-150 мкм, после чего поверхности совмещают. Отверждение состава осуществляется без приложения давления по одному из режимов:

при температуре 80°C в течение 18 часов, или

при температуре 120°C в течение 4 часов, или

при температуре 150°C в течение 1 часа.

Данный (заявляемый) припой для диффузионной пайки обладает следующими свойствами:

прочность паяного шва при отрыве (на титановых брусках 10×10×30 мм с покрытием НЗ.ЗлЗ) не менее 80 кгс/см
удельное объемное электрическое сопротивление отвержденного припоя 1,2⋅10-5 Ом⋅см
теплопроводность отвержденного припоя (расчетная) 92 Вт/м⋅K

Воздействие климатических факторов не ухудшает прочностные и электрические показатели припоя.

При проведении экспериментальных работ с припоями для диффузионной пайки была выявлена некоторая нестабильность времени жизнеспособности и отверждения композиций, содержащих медный порошок. Было установлено, что данное явление проявляется только при длительном хранении порошка и обусловлено наличием оксидной пленки на поверхности частиц меди. Одним из путей решения данной проблемы является обработка медного порошка (декапирование) раствором соляной кислоты с последующей отмывкой дистиллированной водой и сушкой.

При необходимости длительного хранения медного порошка, используемого для приготовления припоев возможно покрытие частиц медного порошка тонким слоем серебра. Для этого медный порошок помещается в раствор, содержащий 26-52 г/л AgNO3, 60-240 г/л лимонной кислоты и 40-80 г/л тиомочевины, и перемешивается при комнатной температуре в течение 10-20 минут. Затем медный порошок отделяется (седиментацией или фильтрованием), промывается дистиллированной водой и сушится. Эта технология обработки металлического наполнителя позволяет уменьшить время отверждения припоя до 1,5 часов по сравнению с заявляемой композицией и увеличить прочность клеевого соединения при отрыве с 80 кгс/см2 до 100-120 кгс/см2.

Использование галлия и индия в указанном соотношении и наполнителя - медного порошка с указанным размером частиц обеспечивает возможность пайки при комнатной температуре, низкую вязкость композиции, позволяющую производить пайку мощных электрорадиоизделий без приложения давления (при контактном давлении), высокую механическую прочность, минимальную толщину и высокую теплопроводность паяного шва.

Список литературы

1. Патент РФ: RU 2053063 от 27.01.1996, МПК6 B23K 1/00 - «Способ пайки деталей диффузионно-твердеющими припоями».

2. Патент РФ: RU 2317882 от 27.02.2008, МПК8 B23K 35/26 - «Припой для бесфлюсовой пайки».

3. Патент РФ: RU 2432242 от 27.10.2011, МПК8 B23K 35/28 - «Припой для бесфлюсовой пайки».

4. Патент РФ: RU 2498889 от 20.11.2013, МПК8 B23K 35/26 - «Припой для бесфлюсовой пайки».

5. Диаграммы состояния двойных металлических систем: Справочник: В 3 т.: Т. 2 / Под общ. ред. Н.П. Лякишева. - М.: Машиностроение, 1997. - 1024 с.

1. Способ получения припоя для бесфлюсовой пайки разнородных материалов, включающий введение индия в расплав галлия и последующее введение в полученный расплав наполнителя в виде медного порошка с размером частиц 25-40 мкм, при этом медный порошок перед введением в полученный расплав обрабатывают раствором соляной кислоты и покрывают его частицы слоем серебра, а содержание компонентов выбирают из условия получения припоя следующего состава, мас.%:

Галлий 50-60
Индий 10-15
Медный порошок Остальное

2. Припой для бесфлюсовой пайки разнородных материалов, содержащий галлий и индий, а также наполнитель в виде медного порошка, частицы которого предварительно обработаны раствором соляной кислоты и покрыты слоем серебра и имеют размер 25-40 мкм, при следующем содержании компонентов припоя, мас.%:

Галлий 50-60
Индий 10-15
Медный порошок Остальное



 

Похожие патенты:

Изобретение может быть использовано при изготовлении биметаллической проволоки на стальной основе с оболочками из различных металлов, преимущественно цветных. Предварительно обрабатывают стальной сердечник и медную оболочку в виде ленты в электролите в электрогидродинамическом режиме анодного процесса.

Изобретение может быть использовано при изготовлении припоя для пайки изделий из меди и ее сплавов. Порошковый наполнитель в виде смеси фосфида меди и серебра засыпают в исходную заготовку трубчатой формы в виде ампулы из меди.

Изобретение может быть использовано для сварки нержавеющих сталей, в частности сталей серии 400, сварочной проволокой с флюсовой сердцевиной. Нержавеющая хромистая сталь трубчатой оболочки содержит, вес.%: 10-18 Cr, менее 5 Ni.

Изобретение может быть использовано при сварке плавящимся электродом плит толщиной до 60 мм и более из медных сплавов, в частности из хромистой бронзы с использованием стекловидных кислых флюсов.

Изобретение может быть использовано при производстве паяльных паст. Получают суспензию порошка припоя с электролитом в ванне электролизера.

Изобретение может быть использовано при электродуговой сварке для модифицирования металла сварного шва наноразмерными тугоплавкими частицами. Рубленую сварочную проволоку диаметром 1-2 мм и длиной 1-2 мм смешивают с модифицирующей добавкой диоксида титана с помощью высокоэнергетической планетарной мельницы с ускорением частиц не менее 20 g.
Изобретение может быть использовано для получения полуфабрикатов из труднодеформируемых эвтектических сплавов на основе алюминия, предназначенных для применения в качестве припоя в паяных конструкциях.
Изобретение может быть использовано при изготовлении легкоплавких бессвинцовых припоев, используемых при пайке изделий электроники и конструкционных материалов.

Изобретение относится к металлургическому машиностроению, а именно к способу получения порошковой проволоки с повышенной плотностью порошкового наполнителя. Задачей предложенного технического решения является повышение качества порошковой проволоки путем получения равномерности плотности порошкового наполнителя по длине порошковой проволоки и улучшение свойств порошковой проволоки за счет формирования в порошковом наполнителе наноразмерных зерен модифицирующих компонентов.

Изобретение может быть использовано при изготовлении стержней для наплавки поверхностей бурового инструмента, контактирующих со стенками скважины, например режущих и калибрующих поверхностей лопастных долот.

Изобретение может быть использовано при изготовлении ювелирных изделий из сплавов палладия 850 пробы с использованием пайки. Сплав припойный на основе палладия 850 пробы содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: палладий 85,0-85,5, медь 11,0-12,0, бор 3,4-3,6.
Изобретение может быть использовано для изготовления ювелирных изделий из сплава палладия 850 пробы. Сплав припоя выполнен на основе палладия 850 пробы, содержит кремний и серебро при следующем соотношении компонентов, мас.%: палладий 85,0-85,5, кремний 2,5-4,1, серебро остальное.
Изобретение может быть использовано для изготовления припоев на основе свинца. Припой содержит компоненты в следующих соотношениях, мас.%: олово 4,0-7,0; индий 0,5-2,0; медь 0,001-0,1; сурьма 0,2-1,0; натрий 0,001-0,2; висмут 1,0-3,0; никель 0,1-0,5; церий 0,005-0,1; цинк 0,001-0,3; свинец - остальное.
Изобретение может быть использовано при изготовлении легкоплавких бессвинцовых припоев, используемых при пайке изделий электроники и конструкционных материалов.

Изобретение относится к пайке диффузионно-отверждающимся припоем на основе галлия и может быть использовано для получения неразъемных соединений разнородных материалов, в частности для низкотемпературной бесфлюсовой пайки металлов и керамики с металлами.
Изобретение относится к области пайки с использованием бессвинцовых припоев и может быть использовано в микроэлектронике, в частности, для пайки и лужения деталей в блоках радиоэлектронной аппаратуры.

Изобретение относится к сфере промышленного производства изделий электронной техники, в частности к бессвинцовым припоям для лужения ими поверхности алюминиевых пленок на полупроводниковых и диэлектрических подложках.
Изобретение относится к металлургии и машиностроению, в частности к пайке алюминия и его сплавов. .
Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при получении паяных конструкций из алюминия и его сплавов. .
Наверх