Припой для бесфлюсовой пайки и способ его изготовления

Авторы патента:

Захарычев Евгений Александрович (RU)

B23K35/40 - изготовление проволоки или прутков для пайки или сварки (способы изготовления с однооперационной технической обработкой, см. соответствующие подклассы, например B05D,B21C)

B23K35/26 - с основным компонентом, плавящимся при температуре ниже 400шC

Владельцы патента RU 2609583:

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

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.

Способ изготовления припоя // 2598734

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.

Сварочная проволока с флюсовой сердцевиной, способ ее изготовления и ее применения // 2592648

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.

Способ изготовления флюса // 2590462

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.

Способ изготовления паяльной пасты // 2585508

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

Способ получения гранулированного присадочного материала для дуговой сварки // 2574930

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.

Способ получения фольги твердых припоев алюминиевых эвтектических сплавов // 2559619

Изобретение может быть использовано для получения полуфабрикатов из труднодеформируемых эвтектических сплавов на основе алюминия, предназначенных для применения в качестве припоя в паяных конструкциях.

Способ изготовления припоя на основе олова // 2541249

Изобретение может быть использовано при изготовлении легкоплавких бессвинцовых припоев, используемых при пайке изделий электроники и конструкционных материалов.

Способ получения порошковой проволоки // 2538226

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.

Способ изготовления наплавочных стержней // 2536839

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

Сплав припойный на основе палладия 850 пробы // 2591900

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.

Сплав припойный на основе палладия 850 пробы // 2568406

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.

Припой на основе свинца // 2547979

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.

Способ изготовления припоя на основе олова // 2541249

Припой для бесфлюсовой пайки // 2498889

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.

Бессвинцовый припой // 2477207

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.

Припой для лужения пленки алюминия на кремнии // 2477206

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.

Припой для мягкой пайки алюминия и его сплавов // 2451587

Изобретение относится к металлургии и машиностроению, в частности к пайке алюминия и его сплавов. .

Припойная паста // 2450903

Припой для пайки алюминия и его сплавов // 2441736

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при получении паяных конструкций из алюминия и его сплавов. .

Бессвинцовый припой // 2617309

Изобретение относится к области металлургии, а именно к бессвинцовым припоям. Бессвинцовый припой содержит, мас.%: Zn 4-12, Bi 0,5-4, In 0,5-5, Р 0,005-0,5, Zr 0,001-0,5, по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, состоящей из: Y 0-0,1, Ge 0-0,2, Mg 0-0,05, В 0-0,02, Al 0-0,05, Ni 0-0,2 и Ag 0-0,3, Sn - остальное. Припой характеризуется низкой температурой плавления и высокой стойкостью. 2 табл., 10 пр.