Припой для пайки железокобальтовых сплавов

Припой для пайки железокобальтовых сплавов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к пайке, в частности к составу припоя, применяемого при пайке железокобальтовых сплавов, преимущественно деталей полупроводниковых металлокерамических приборов. Цель изобретения - повышение адгезионной прочности, вакуумной плотности паяных соединений при термоциклировании, улучшение смачивания и растекания припоя. Припой имеет следующий состав, мас.%: фосфор 2 - 5

цинк 1 - 6

олово 1 - 10

никель 0,5 - 2,5

свинец 1 - 13

элемент, выбранный из группы: молибден или кобальт или ванадий 0,1 - 2, медь - остальное. Температура плавления припоя в зависимости от состава находится в пределах 710 - 780°С. При пайке в среде водорода сплава 49 НК припой растекается на величину 86 - 126 мм<SP POS="POST">2</SP>. Величина адгезии составляет 9 - 13,3 кг/мм<SP POS="POST">2</SP>. Вакуумная плотность определяется по натеканию в приборе после термоциклирования, которое составляет 2,1 х 10<SP POS="POST">-5</SP> - 5,1 х 10<SP POS="POST">-8</SP> мм рт. ст. 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (stë В 23 К 35/30

ГО< УДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

П(. ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 4 Сд (л) ,Ql !

K АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4754163/27 (22) 19,07.89 (46) 30.08,91, Бюл, М 32 (71) Институт электросварки им. Е,О.Патона и Всесоюзный научно исследовательский и проектный институт вторичных цветных металлов (72) А.И.Писарев. Ю.Н.Удовиченко, О.П.Бондарчук, Ю.Ф.Санников и Н.М.Воронин (53) 621.791.3(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1551502, кл. В 23 К 35/30, 1987, (54) ПРИПОЙ ДЛЯ ПАЙКИ ЖЕЛЕЗОКОБАЛЬТОВЫХ СПЛАВОВ (57) Изобретение относится к пайке, в частности к составу припоя, применяемого при пайке железобетонных сплавов, преимущественно деталей полупроводникоИзобретение относится к пайке, в частности к составу припоя, применяемого преимущественно для пайки полупроводниковых металлокерамических приборов.

Цель изобретения — повышение адгезионной прочности, вакуумной плотности паяных соединений при термоциклировании, улучшение смачивания и растекания припоя.

Припой имеет следующий состав. мас, 7;:

Фосфор 2-5

Олово 1-10

Никель 0,5 — 2,5

Свинец 1 — 13

Цинк 1-6

Элемент, выбранный из

„„. Ы„„1673351 А1 вых металлокерамических приборов. Цель изобретения — повышение адгезионной прочности, вакуумной плотности паяных соединений при термоциклировании, улучшение смачивания и растекания припоя.

Припой имеет следующий состав, маc.g: фосфор 2-5; цинк 1-6; олово 1-10; никель

0,5 — 2,5; свинец 1 — 13; элемент, выбранный из группы: молибден или кобальт или ванадий. 0,1 — 2: медь остальное. Температура плавления припоя в зависимости от состава находится в пределах 710-780 С, При пайке в среде водорода сплава 49 НК припой растекается на величину 86-126 мм . Величина г адгезии составляет 9-13,3 кгlмм . Вакуум2 ная плотность определяется по натеканию в приборе после термоциклирования, которое составляет 2,1 х 10 -5,1 х 10 мм рт.ст.

-8

2 табл, группы: молибден или ванадий или кобальт 0,1-2

Мель Остальное

Введение фосфора существенно снижает температуру плавления меди.

Однако добавление фосфора к меди снижает пластичность. повышает твердость за счет образования хрупких соединений меди с фосфором.. Таким образом, чем больше фосфора добавляется. тем более хрупкий получается сплав и при 6 фосфора пластичность его равняется нулю. Уменьшением содержания. фосфора можно уменьшить опасность хрупкого разрушения, однако при этом повышается температура плавления, Сплав, содержащий

5 g, фосфора, значительно пластичнее, чем

1673351 сплав, содержащий 7% фосфора. Температура его полного плавления и растекания приблизительно на 100 С выше, но начало плавления одинаково и равно 714 С. При пайке меднофосфорными припоями их полное плавление при растекании не является необходимым условием, Эти припои растекаются уже при наличии - 80 / жидкой фазы. В связи с этим содержание фосфора снижается до 2-5 /,. Это приводит к тому, что сплав обладает пластичностью(д=

= 15-20 /О) г>ри прочности оь = 52 56 к> /мм .

При содержании фосфора более 5 мэс.% повышается вероятность образования хрупких фосфидов железа и кобальта при пайке сплавов типа ковар(29НК), ивар (36Н), злинвар (42Н) и др, При содержании фосфора менее 2 /, недопустимо повышается температура начала плавления припоя, отсутствует достаточное количество жидкой фазы.

Олово, содержащееся в припое, снижает температуру плавления припоя, повышает коррозионную стойкость паяного соединения, увеличивает жидко1екучесть припоя по паяемои поверхности, Распределяясь по границам, олово препятствует испарению фосфора, что обеспечивает б:>лее высокую вакуумную плотность и герметичность шва. Увеличение содержания олова более 10 приводит к охрупчиванию сплава, резкому снижению ударной вя" кос ги и сопротивления сразу паяных соединений до

12--13 кгlмм вследствие образования н паяном шве хрупкой фазы. При уменьшении количества олова в припое менее 1 /, не наблюдается уменьшение температуры плавления припоя. Действие олова как поверхностно- активного элемента при тэком количестве выражено слабо, так кэк фактически все олово переходит в твердый раствор и не выделяется по границам зерен.

Никель, содержащийся в припое, увеличивает предел прочности на срез паяных соединений на 4 — 6 кг/мм . Добавка никеля

2 способствует уменьшению ликвидации свинца в припое, расширяет область твердого раствора меди, способствуя повышению пластичности. Увеличение никеля более 2,5 приводит к повышению температуры ликвидуса без существенного улучшения технологических характеристик.

Уменьшение содержания никеля менее

0,5 неэффективно, так как не оказывает влияния на механические характеристики паяного соединения.

Молибден, содержащийся в припое в количестве 0,1-27ь, является модификатором, способствует измельчению структурных составляющих при кристаллизации припоя. что вызывает улучшение механиче5

55 ских своиств. повышение вакуумной плотности соедини >>ий. Увеи чeние содержания молибдена более 2 / приводит к образованию нерастворимых включений в припое, охрупчивающих его, а также к повышению температуры солидуса. Уменьшение содержания молибдена менее 0,1 /, не оказывает значительного положи>ельного влияния на технологические свойс1вэ припоя.

Аналогичное глияние оказывают ванадий и кобальт. Н0 они практически llå растворимы в меди и для их введения в припой предварительно выплавлялась лигатура никеля или с молибд II0 1, или с вэнади> м, или с кобальтом, которая затем вводилась в окончат..льt,»»р I :1г вленный, рас» >авленный в тигле, II(>. > 011, Г01овь>й припой разливался в кру> ль е з t>010I>vII для дальнейшей переработки экструзии в пр волоку, Однако запаянные данным припоем полупроводниковые приборы не выдерживают термоциклировэlièÿ. В дэльHåéøåм при проверке на герметичность отмечаются высокие потери вакуумной tI/101>100 1I1, снижение степени вэкуумэ в»утри прибора.

Припой имеет большой ингервэл плавления. что вызывэе1 большие усэдочные явления при кристалл 1зэции, приводящие к внутренним напряжения л в шве и отслаиванию при охлаждении.

Для устране>1ия этих недостатков в припой введены дополнительно свинец и цинк.

Свинец в пределах 1 13 -/, присутствует в припое в виде обособленной фазы резко уменьшая интервэл плавления приг1оя и играя роль "демпфера" при термоциклировании и охлаждении после пэики, Меньше свинца. чем 1 "/, вводить нельзя, тэк кэк не заметно е>о поло;ки;ельное влияние, При увеличении свинца II IIJJe 13 / появляется ликвидация свинца. которую»е устраняет даже никель.

Цинк способствует увеличению адгезии при пайке железокобальтовых сплавов, повышая прочность спая, Но при введении его более 6 / увеличивается остаточное давление пэров после герметизации полупроводникового прибора до 10 MM рт.ст.. что

-2 недопустимо, тэк как резко ухудшаются характеристики прибора. Менее 1 / цинка практически не повышает адгезионную прочность. 1(YIIK меняет интервал кристаллизации и уменьшает газонасыщенность пэяного шва.

Примеры выполнения пригоя даны в табл,1.

Из отлитого припоя горячим прессованием изготавливэли проволоку 8 1 мм, Для определения технологических свойств припоев использовали г>ро лышленную конвей1673351

Формула изобретения

0.1-2.0

Остальное

Таблица 1

Содержание «ovnn«n«»<

1 1 5 н пp«г<ол !

3,0 < л о

7 О 5 0

1О 15

15 20

11, 10

03 0Ä

1.О

5 О л

9 г< о

О 5

30 (30 ( (о

»<икссь

"0

5.0

1.О

Ol

81 п

Гl р И М Е Ч а Н И С МЕНЬШЕ- .<7 ??????>ржn«, «О фОСфОра дОЛж«О СООтлвтС <ВОВатЬ 6ОЛЬШЕЕ СОдЕржаНИЕ ОЛОВа

Таблица 2

<<>их« .схнологичеокие пс a.<, тели пои па рипоч 1 Ьечи ина а>тчглаии кг/мм т,!т

<-—

Рас<е >е«о.ть и ь< х< (.>с<ав лг

7 10/ гго/

680!

650/

630/

740/

680/

650/

625/

550/

8 8

1<1 7

10.0

12 5

12 3

9 1

1 >

1:

97

8о

»о

86

1 .О

126 и;, I i

78

«8

7

8 о

1;> е5>ну»о печь СНЗ. 4.20 1,5/11,5-Х45М1, наг5>еолтельн»1я каме5ха кото51(, 3;. полнена Водородо»1 с точкой ро<;ы -10 (f <абл.2 пг =<-девы;:-:н:логические и ме <н.1 зск<1е характе5. 1».tvKI< припоя и па- 5 я»<" соединений "ри пайке и среде водород;,.плав;1 29Н К.

Из рассмотрения физико-технологиче ски.. своиcTB гидно что наибо; ". приемлимы .1 являются составы 4,, и 7. ьлагодаря 10 высокой адгезионной flpo4I ости, низкой скорости натекания в полупроводниковом приборе после термоциклирования это резу „1аT демпфирук щего влия»»èÿ свинца и у» -личивающего прочность сцепления цин- 15 ке. Поло>к»1тель»1о отличает о7 (153ототипа v ув ...<÷v!jà,oùëÿñÿ с. /»8 до 1 4 мм лощадь

? . ра, сн.ани»1 Пр1л это»л T< nil -.", Il ypa I лавлеHl<Я Н ПОВЫШаЕтСс».

Из табл. 2 видно, что запредельное со- 20 держание сви» ца и цинка у;удшает показате»и припоя (в co01 авах !,8 понижается адгезия, что приводит к снижению прочности большой скорок ги натекания, состав 3 х:,!3 1<»еризуе3ся сравни <.ëüío низкой ра(- 25 текаемостью по паяемой поверхности сплава 29НК).

Все фазовые спс3а»1ляющие предло>кенНг ГО П57ИГ1ОЯ СП ; .: I »>ОСС»аНЗВ>11ИВат»<(.Я В водородной от 1,с,фер с то1кои рс>сы 014п"C и не препятств ю хорошему растек-jнию по паяемой поверхнос»и. Кроме <ого, г<ри»»ой обеспечиваег механическую прочность и вакуумную плотность металлокерамических спаев в условиях эксплуатации приборов до,50 250 С, имеет низкую упругость паров при 400 С не более 2 10 о -7 мм рт.ст. Взаимодействие меди и фосфора с металлизационным покрытием на керамике минимальное и достаточно для получения прочного вакуумноплотного

МЕ; а Л ООКЕРаьЛ»1ЧЕСКОГО СОЕДИНЕНИЯ.

Припой для пайки железокобальтовых сплавов, содержащии фосфор, олово, никель, медь. о т л и ч а ю щ и и с я тем, что. с целью повышения адгезионной прочности, вакуумной плотности паяных соединений и ри те рмоци клиров="! èè, улучшения смачивания и растекания припоя, он дополнительно содержит свинец, цинк и элемент, выбранный из группы: кобальт, ванадий, молибден, при следующем содержании компонентов, мас. :

Фосфор 2,0-5,0

Олово 1,0 — 10,0

Никель 0,5-2,5

Свинец 1.0 — 13,0

Цинк 1,0-6,0

Элемент. выбранный из группы: молибден, кобальт, ванадий

Медь