HU228577B1 - Lead-free solders - Google Patents
Lead-free solders Download PDFInfo
- Publication number
- HU228577B1 HU228577B1 HU0301858A HUP0301858A HU228577B1 HU 228577 B1 HU228577 B1 HU 228577B1 HU 0301858 A HU0301858 A HU 0301858A HU P0301858 A HUP0301858 A HU P0301858A HU 228577 B1 HU228577 B1 HU 228577B1
- Authority
- HU
- Hungary
- Prior art keywords
- alloy
- solder
- lead
- fatigue
- melting temperature
- Prior art date
Links
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 title claims description 41
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 66
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 66
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 31
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 31
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 31
- 239000011135 tin Substances 0.000 description 19
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 15
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 12
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 8
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 7
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 3
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- -1 $ n Substances 0.000 description 2
- 229910000846 In alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910017482 Cu 6 Sn 5 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910020220 Pb—Sn Inorganic materials 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910006913 SnSb Inorganic materials 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000029087 digestion Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 230000008642 heat stress Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 150000002736 metal compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000002195 soluble material Substances 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 210000002435 tendon Anatomy 0.000 description 1
- 239000004753 textile Substances 0.000 description 1
- 238000005050 thermomechanical fatigue Methods 0.000 description 1
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 1
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C13/00—Alloys based on tin
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
- B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
- B23K35/26—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 400 degrees C
- B23K35/262—Sn as the principal constituent
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
- Materials For Medical Uses (AREA)
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Organic Insulating Materials (AREA)
- Adhesives Or Adhesive Processes (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
- Conductive Materials (AREA)
Description
A jelen találmány a forrasztáshoz és a forrasztott kötésekhez használt ólommentes forrasztó ötvözettei kapcsolatos. Részletesebben, a jelen találmány olyan ólommentes forrasztó ötvözettel kapcsolatos, mely hatékony mennyiségű ónt, rezet, ezüstöt, bizmutot, antlmont és/vagy Indiumot tartalmaz, és melynek olvadási hőmérséklete 175 és 215*C értékek között van. Az ötvözet különösen a mikroelektronikában és az elektronikai alkal ti kai k
enére a
Pfo~Sn forrasztó ötvözetek korlátozott jövővel rendelkeznek az ólom toxicltása, valamint az ólom használatának világméretű korlátozása va betiltása miatt. Következésképpen, világszerte számos kezdeményezés lát napvilágot, melyben Pb-Sn forrasztó ötvözetek megfelelő ólommentes alternatíváit próbálják kifejleszteni. Eközben, az ólommentes forrasztó ötvözet nagy szilárdságának és anyagkífáradássai szembeni magas rezisztenciáiéi a forrasztott szintű teljesítményét, melyet a folyamatosan fejlődő integrált áramkör (IC) és IC fokozást technológiák megkövetelnek,
t forrasztó szintjére egy a fémek közötti azonnali elfoiyósodása és megbízható nedvesítése az általában használt fémezési felületekkel, például Cu, Ág, Au, Pdf Ni és egyéb fém felületekkel, előfeltétele a megbízható forrasztott kötések létrehozásának a nagy sebességű automatizált előállítási eljárásban, melyekben enyhe, az elektronikai rendszerekben elfogadható folyasztószert használnak.
** ** * * * « « < *«« « X Χ««
A surface mount technológia kritikus gyártási technológia a kisebb, tömörebb, és tartósabb nyomtatott áramköri lemezek (PCB) előállításában, mely lehetővé teszi a modern elektronikát. A 633n/37Pb tartalmú Pb~Sn eutektikus forrasztóanyagot használják legszélesebb körben az elektronikai összeszerelésekben, különösen a surface mount nyomtatott áramkör lemezek esetében. Ez a forrasztóanyag egy másik kritikus fizikai tulajdonságot is biztosit, azaz mérsékelt olvadási hőmérsékletet, konkrétan 21Q*C alatti hőmérsékletet. Az eutektikus készítmények kivételével az ötvözet olvadási hőmérséklete gyakran a liquidus és a szolidusz bőmérsékleti értékek által meghatározott tartományba esik. Az ötvözet szolidus hőmérsékletén kezd lágyulni, és Hquldus hőmérsékletén olvad meg teljesen. A forrasztást a forrasztó ötvözet llquidus hőmérsékleti értéke fölött keli végezni,
A surface mount előállítási környezethez való gyakorlati forrasztási eljárás hőmérséklete legalább körülbelül 25*C értékkel magasabb kell tegyen, mint a forrasztó ötvözet llquidus hőmérséklete, például a 21Ö°C llquidus hőmérsékletű forrasztó ötvözettel minimum 23SC hőmérsékleten lehet forrasztani, A forrasztó ötvözet olvadási hőmérséklete kritikus fontosságú, mivel a túl magas olvadási hőmérséklet károsítja az elektronikai eszközt és a polimer alapú PCB-t a forrasztás alatt, míg a fúl alacsony olvadási hőmérséklet a forrasztott kötések hosszú távú megbízhatóságát áldozza fel. A tipikus polimer-alapú PCB-t, például az FR-4-et használó áramköri lemez előállításhoz az eljárás hőmérséklete gyakorlatilag nem haladhatja meg a 240°C hőmérsékletet így a 63Sn/3YPb~t helyettesítő és a surface mount gyártási eljárásban funkcionáló ólommentes forrasztó ötvözet llquidus hőmérséklete 215°C alatt kell legyen, előnyösen körülbelül 210°C.
Á forrasztási kötések elektromos, hő és mechanikai kapcsolatként szerepelnek az elektronlkai rendszerekben, például a telekommunikációs, számítógépes, repölöetektronikai és a gépjármű elektronikái *ν«« » készülékekben, A felhasználási időtartam alatt a forrasztási kötések elkerülhetetlenül hő-stressznek vannak kitéve a hőmérsékletingadozás, a ki- és bekapcsolás, és/vagy a kedvezőtlen környezeti körülmények miatt. Ehhez jön még a rendszerben tevő, összekapcsolt félvezető, kerámia, fém és polimer anyagok elférő hő expanziója, mely a forrasztott kötések termő-mechanikai kifáradását eredményezi. Ahogy az elektronlkai áramkörök egyre sűrűbbek lesznek, és a mikroprocesszorok sebessége még nagyobb frekvenciákat ér el, az elektronikai rendszer tervezésére és a rendszerben használt anyagra kifejtett egyik nyilvánvaló hatás az lesz, hogyan lehet a növekvő hő szétszóródást kezelni.
Ezen kívül, tovább nő az egyes PCB~ken levő forrasztott kötések száma. Nem ritka, hogy több ezer vagy több tízezer forrasztott kötés található egy PCB-η. Azonban bármelyik forrasztott kötés hibája hibás rendszert eredményez. Következésképpen, megnőttek a forrasztott kötések szilárdságával és anyagkifáradási ellenállásával szemben támasztott igények. A nagy pin számú (high pin count) integrált áramkör (IC) tokok, például a „Ball Grld Array” (BGA) tokozás, a Chip Scate Package nevezető tokozás (CSP) és a direkbchip-kapcsolási technológiák, mint a Flip Chip, legújabb fejlesztéseiben további követelményeket támasztanak a forrasztó ötvözetek anyagkifáradási ellenállási teljesítményével szemben.
A tudomány e területén számos ólommentes forrasztóanyagot terveztek már. Ezen ólommentes forrasztó ötvözetek összefoglalása a „Modern Solder Technology fór Competltlve Electronics Manufacturlng” c. könyv IS, fejezetében található.
Az 5.328.680 számú US szabadalmi bejelentés (Gonya et al^ÓLOMMENTES, MAGAS HŐMÉRSÉKLETŰ, ÓN ALAPÚ, TÖBB KOMPONENSÖ FORRASZTŐANYAG) egy 78,4Sn2Ag9,8Bi9,8ln összetételű készítményt ír te. Azonban ezen ötvözet anyagkifáradással szembeni ellenállása gyenge.
Az 5.527.628 számú US szabadalmi bejelentés (Andersen et al,,} (PB-MENTES SN-AG-CU TR1ÁD EUTEKTIKUS FORRASZTÓ-ANYAG) egy SS.OSnéJAglTCu összetételű készítményt ír te, melynek olvadási hőmérséklete 217aC. Ezen ötvözet olvadást hőmérséklete még mindig viszonylag magas, és anyagkifáradással szembeni ellenállása mérsékelt.
Az 5,520.752 számú US szabadalmi bejelentés (Lucey et ai,,) (ÖSSZETETT FORRASZTÓANYAGOK) 86-97% Sn-t, 0,3-4,5% Ag~t, 09,3% BR és 0-5% Cu-t tartalmazó, ólommentes forrasztó ötvözetet ír le. Ezen ötvözet anyagkifáradással szembeni ellenállása mérsékelt vagy gyenge, •Az 5,538.686 számú US szabadalmi bejelentés (Chen et al.,} (JAVÍTOTT MECHANIKAI TULAJ DÓSÁGOKKAL RENDELKEZŐ PBMENTES FORRASZTÓANYAGOT TARTALMAZÓ KÉSZÍTMÉNY) olyan ólommentes forrasztó ötvözetet ír le, melynek olvadási hőmérséklete 173» 193°C, és >70% Sn-t, 6-10% Zn-t, 3-10% fn-t, <10% BR, >5% Ag-f és <5%: Cu-t tartalmaz. Az ötvözet nem képes nedvesíteni a tipikus szubsztráfokat elekronikus tokozás! és összeszerelési körülmények között.
Az 5.580.520 számú US szabadalmi bejelentés (Slattery et al.,) (ÖNT, EZÜSTÖT ÉS INDIUMOT TARTALMAZÓ ÓLOMMENTES ÖTVÖZET) egy 77,2Sn2,8Ag20ln összetételű készítményt ír le, melynek olvadási hőmérséklete 179-189aC; Ezen ötvözet anyagkifáradással szembeni ellenállása alacsony.
Összefoglalva, ezen korábbi ólommentes forraszfőanyagok legalább egy területen nem megfelelően működnek a megbízható forrasztott kötések létrehozásában, az elektronikai fokozásban és az összeszerelésben,
Az alábbiakban összefoglaljuk a jelen találmányt.
Ennek megfelelően, a jelen találmány elsődleges célja ólommentes forrasztóanyag létrehozása. A jelen találmány előnye, hogy olyan ólommentes forrasztóanyagot biztosít, mely igen szilárd, nagy az anyagkifáradással szembeni ellenállása, és ellenáll a mikroelektronika és az e , hogy olyan ólommentes ékelt olvadásponttal (175-210°C) tektronlkal alkalmazások területén tapasztalható egyre kedvezőtlenebb és durvább körül A jelen talál forrasztőanyagot biztosit, mely rendelkezik, mely előnyös az elek!
A jelen találmány további előnye, hogy olyan ólommentes ötvözetet biztosít, mely könnyen nedvesíti a gyakori fém szubszfrátokaf, például az $n~t, a Cu-t,. az Ag~l az Au-t, a Pd-t és a NM, a mikroelektronikai és elektronikai gyártásokban, hogy hibátlan és megbízható forrasztott kötések jöjjenek létre az elektronikai gyártásokban elfogadhatatlan folyasztöszerek nélkül,
A jelen találmány további előnye, hogy olyan ólommentes forrasztóanyagot biztosit, mely különösebb anyag, eljárás vagy összetétel változás alkalmazása nélkül hafő a bevezetett elektronikai
A jelen találmány további céljai és előnyei az alábbiakban szereplő leiró részben kerülnek bemutatásra, és ezek részben a leírásból lesznek nyilvánvalóak, vagy megtapasztalhatok a találmány kivitelezése révén. A jelen találmány célja és előnyei különösen a csatolt igénypontokban hangsúlyozott összetételek felhasználásával valósíthatók meg és érhetők ei,
A jelen találmány céljaival összhangban a már említett célok eléréséhez - ahogy azt széleskörűen leírtuk ~ a jelen találmány forrasztó ötvözete fö összetevőként Sn-t, valamint Cu, Ag, Bi, In és Sb hatékony mennyiségeit tartalmazza. A forrasztőanyag kompatíbilis olvadási hőmérsékletet, jé nedvesítést, szembeni ellenállást *» ♦ « X *
X A A 9 «. K ♦ * y * « « szilárdságot és nagy
Az alábbiakban röviden bemutatjuk a találmányban szereplő rajzot.
Az 1, ábra a forrasztó ötvözet nedvesítésí erejét (mN) mutatja a nedvesítésí idő függvényében: 82,3SnÖ,5Cu3Ag2,2Bi12ln Cu-kuponon, 235*0 hőmérsékleten.
részletesen leírjuk a jelen találmányt.
Míg a jel kapcsolatban írjuk le, érthető, hogy a találmányt nem szándékozzuk erre a kiviteli alakra korlátozni.
A jelen találmány nagy szilárdságú, nagy anyagkifáradással szembeni ellenállású, nagy nedvesítési képességű ólommentes forrasztó ötvözetet biztosit, mely kompatibilis olvadási hőmérséklettel rendelkezik a szokásos nyomtatott áramköri lemezek előállítási infrastruktúrával. A jelen találmány forrasztó ötvözete 76 - 96 tömeg% Sn-t, 0,2 - 0,5 tőmeg% Cu~t, 2,5 - 4,5 íömeg% Ag~t, >0 -12 tömeg% In-k 0-5-5,0 tömeggé Sí~í és 0,01 -2 tömeg% Slb-t tartalmaz.
Felfedeztük, hogy a megfelelő dózisokban összekevert Cu és Ag nemcsak az anyagkifáradással szembeni ellenállást fokozza, de csökkenti az olvadási hőmérsékletet is. A jelen találmány előnyös formáiban a 0,5% Cu magában az a leghatékonyabb mennyiség, mely az
csökkenti. Az ötvözetek olvadási hőmérséklet változásai 0,5 - 2,539 Cu mellett ΓΟ hőmérsékleten beiül vannak. A 2,5%-nál nagyobb mennyiségű Cu olyan mértékben csökkenti a megolvadt cseppfolyósságot, mely öntési elégtelenséget okoz. Például, a 83,4Sn/0,£ ötvözet olvadási hőmérséklete (185~195°C) 0,5% Cu tartatom mellett, körülbelül 5cC~kal alacsonyabb, mint a 83,9$n/4,1Ag/12ln összetételű ötvözeté (190-200’C) Cu nélkül, A 8?,4$n/C),5Cu/4,1Ag/8ln összetételű ötvözet olvadási hőmérséklete (19520VG) 0,5% Cu tartalom mellett ugyanakkora, mint a 8?Sn/2Cu/3Ag/8ln összetételű ötvözeté (195-201 °C) 2% Cu mellett. A 0,5% Cu magában a leghatékonyabb mennyiség az anyagkifáradással szembeni ellenállás fokozásához. A ptasztieilás lineárisan, az anyagkifáradási élettartam pedig exponenciálisan csökken a Cu körülbelül 2% mennyiségig tartó további növelésével párhuzamosan, Például, 0,5% Cu tartatom mellett a
87.4 Sn/Ö,5 Cu/4,1 Ag/8 In összetételű ötvözet plasztícitása és anyagkifáradási élettartama 208%-kai és 145%-kai nagyobb, mint a 88,1 Sn/1,5 Cu/4,3 Ag/8 In összetételű ötvözeté 1,8% Cu tartalom mellett A
83.4 Sn/0,5 Cu/4,1 Ag/12 In összetételű ötvözet plasztícitása és 0,5% Cu tartalom mellett 250%-kal és 174%~ a 82,4 Sn/1,5 Cu/4,1 Ag/12 In összetételű ötvözeté ,5% Cu tartalom mellett,
A 3% körüli Ag tartalom magában a leghatékonyabb az
olvadási hőmérsékletének csökkentéséhez. Az ötvözetek olv; hőmérsékletének változásai 34,5% Ag mellett VG éi Például, a 88.5Sn/0,5Cu/3Ag/8ln összetételű Ötvözet ol hőmérséklete (196-202°C) 3% Ag tartalom mellett körülbelül 10 aC-kai alacsonyabb, mint a 91,5Sn/0,5Cu/8ln összetételű ötvözeté (208-212*C) Ag nélkül, azonban körülbelül ugyanannyi, mint a 87,4Sn/G,5Cu/4,1Ág/8ln összetételű ötvözeté (195-201 °C) 4,1% Ag tartatom mellett.
In hozzáadása lineárisan csökkenti az olvadási hőmérsékletet körülbelül 1,8°C/tömeg% arányban körülbelül 12%-ig, Az ötvözetek szilárdsága lineárisan nö és az anyagkifáradási élettartam exponenciálisan nő az In hozzáadásával körülbelül 8% mennyiségig. A si ellenálláshoz az optimális In φφ * φφφφ φ tartalom 8 - 10%. Például, a 87,4Sn/ö,5Cu/4,1Ag/8ln összetételű ötvözet 8% in tartalom mellett 6°C-kal alacsonyabb olvadási hőmérséklettel rendelkezik, 128%-kaí nagyobb szilárdsággal és 175%-kai nagyobb anyagkifáradási élettartammal, mint a 9l,4Sn/0,5Cu/4,'1Ag/4ln összetételű ötvözet, 4% In tartatom mellett. A 12%-os In tartalom a kritikus pont a lágyabb második In fázis észlelhető bekövetkezéséhez
113CC
S3,4Sn/Ö,5Cu/4,1 Ag/121 n é zs
In tartalom mellett a ű ötvözet 219%-kal alacsonyabb és 118%-kal kisebb szila rendelkezik, mint a 85,4Sn/Ö,5Cu/4,1Ág/1 Öln összetételű ötvözet, 10% In tartalom mellett
A viszonylag magasabb In tartalmú (8-12%) ötvözetek tovább szilárdíthatok BMal a lehető legalacsonyabb olvadási hőmérséklethez, mely elfogadható anyagkífáradássai szembeni ellenállással is rendelkezik néhány kritikus alkalmazáshoz. Például, a82,3Sn/ö,5Cu/3Ag/2t2Bi/12ln összetételű és 12% in és 2,2% Bi tartalmú ötvözet 130%-kal szilárdabb és körülbelül 2ö*Okai alacsonyabb olvadási hőmérséklettel rendelkezik (183-193CC), mint a 83,4Βη/0,5Ου/4,1Α9/12Ιη összetételű és 12% In-t tartalmazó ötvözet, Bi nélkül, A Bi maximális lehetséges tartalma kevesebb kell, legyen 5%-nál az elfogadható plaszticitáshoz és anyagkífáradássai szembeni ellenálláshoz. Például, a 79,5Sn./ö,5Ou/3Ag/5Bi/t2ln összetételű ötvözet plaszticitása és anyagkifáradási élettartama szignifikánsan leromlik olyan szintre, ami még rosszabb, mint a 83Sn/37Pb Ötvözeté,
Az In-tartalmú forrasztó ötvözetek tovább erősíthetők kis mennyiségű Sb-vel, mondjuk 0,5% mennyiséggel, hogy nagyobb anyagkífáradássai szembeni ellenállást érjünk el az olvadási hőmérséklet jelentősebb emelése nélkül. Például, 12% In és öf5% Sb mellett a 84Sn/0,5Cu/'3Ag/2,28i/121n/0,5Sb összetételű ötvözet 113%-kai erősebb és 180%-kal nagyobb az anyagkifáradási élettartama, mint a
XX Φ Φ X (Íí* ** «« noveh az ol
83,4Sn/0,5€uM,1Ag/12ln összetételű ötvözeté 12% ín-t tartatom mellett, Sb nélkül. Azonban a tűi nagy Sb tartalom az In-tartalmú ötvözetekben iáéi hőmérsékletet, csökkenti a plaszfioitást és az ási élettartamot és rontja a nedvesifheföséget Cu-n. Például, 12% in és 0,5% Sb mellett a 84Sn/0í$Cu/3Aq/12ln/0,5Sb összetételű ötvözet 4®C olvadási hőmérséklettel, 212%-kal nagyobb piaszfícitással és 125%-kal nagyobb anyagkifáradási élettartammal rendelkezik, mint a 2% Sb tartalmú és 82,5Sn/0.5Cu/3Ag/12in/2Sb összetételű ötvözet.
alapul szolgáló mechanizmusok szempontjából a Cu, Ag és Sb hoznak létre az Sn-nel,
mind olyan to termetei 11 kus fémek, mel)
A Cu Cu6Sn5 részecskéket, sz Ag Ag3Sn részecskéket és az Sb SnSb kubikális részecskéket hoz létre, Ezek az totemetallikus fém részecskék sokkal szilárdabbak, mint az Sn-mátrix, és hatékonyan k az anyagkifáradási repedések terjedését. Közvetett módon, a muiti-intermetalllkus fém részecskék kialakulása finomabb Sn-mátrix szemcse szerkezetet hoz létre. Az Sn-mátríxban az totermelalllkus fémek által indukált finomabb szemcsék elősegítik a szemcse határ elcsúszást és megnövelik az anyagkifáradási élettartamot.
Az Sn-mátrix kristályrácsba az in szubsztitúciős oldott atomként lép be. Az In oldott anyag tartós oldat szilárdságot eredményez, és finomabb csúszási tulajdonságot segít elő a nagyobb anyagkifáradási törési
szubsztítúciós oldott atomként lép 1 tömeg% mennyiségen túl a Bi , Ezért a Bi tartós oldat is biztosít, A Bi-oldott anyag csúszási tulajdonságot is a z az Sr φφ »φ φφ ♦ φ X φ φ Φ φ * * φ · « φ φ φ φφ * * Φ · * # φ χ >
ΦΦΦ 99 α· 9 Φ Φ φ φ
Α 2,5-3,5% Ag tartalom kritikus a forrasztó ötvözetekhez az Sn/Cu/Ag/Bí rendszerben a 2,5-4,5% Ag tartalomhoz képest bármely egyéb in-t tartalmazó rendszerben. A 3,5% fölötti Ag tartalom az Sn/Cu/Ag/BI rendszerben ötvözet merevséget eredményez. Például, a 93,3SbZö,SQjZ3,í AgZ3,1Bí összetételű ötvözet anyagkífáradási élettartama és plasztioitása 3,1% Ag mellett körülbelül 152%-kal és 138%-kal magasabb, mint a 90s5Sn/1:,7Cu/4,7Ag/3,1BI összetételű ötvözeté 47% Ag tartalom mellett. A 2,5% Ag tartalom az a minimális mennyiség, ami jobb anyagkifáradással szembeni ellenállást biztosít. 2,5% alatt az anyagkífáradással szembeni ellenállás csökken. Például, a 93,3SnZ0,5Cu/3,1 Ag/3,1 Bi, 92,2Sn/1,5CuZ3,2AgZ3,1 Bi és
91,5Sn/2Cu/3,4Ag/3,18i összetételű ötvözetek anyagkífáradási élettartama 538%-kal, 388%-kal és 281%-kal naayobb, mint a
93Sn/2Cu/2Ag/3BI összetételű ötvözeté, 2% Ag tartalom mellett.
Azonban bármilyen egyéb In-t tartalmazó rendszerben az In kölcsönhatásba lép az Ag-vel, vagy abszorbeál valamennyi Ag-t és így Agi:n2-őt, egy íntermetalíikus fém vegyületet, vagy akár AgSnln tríád Íntermetalíikus fémet hoz lére. Ezért, az Ag maximális mennyisége bármely egyéb, In-t tartalmazó rendszerben, 4,5% tehet a jó nem gklfáradásl élettartamhoz. Bármely az olvadási hőmérsékletet, viszont növeli a törékenységet. Például, ugyanazon az olvadási hőmérsékleten a 84Sn/Q,SCu/3Ag/12,5Sb összetételű ötvözet plasztioitása 131%-kal magasabb, mint a 81,1Sn/1,7Cu/4,7Ag/12ín/Öt5Sb összetételű ötvözeté.
Referencia célokból, úgy véljük, a 835n/37Pb forrasztóanyag olvadási hőmérséklete 183Ό, végső hűzószilárdsága 4? MPa és alacsony ciklusú anyagkífáradási élettartama 0,2% terhelés mellett 3850 ciklus. A 99,3SnÖ,7Cu összetételű, ismert forrasztó ötvözet olvadási hőmérséklete, hözőszílárdsága és anyagkífáradási élettartama sorrendben 227OC, 24M:Pa és 1125 ciklus, A 98,5Sn3f5Ag összetételű, .44 V «, «4 X 4 « «.*« 44χ χ- « Μ«
X 4 4 Λ 4 4 X 4 χ *» »♦ * *χ
Κ44Χ
5* ♦ Κ
X « * * 4 ♦
XX 4 44 ismert forrasztó ötvözet olvadási hőmérséklete, húzószilárdsága és anyagkífáradásí élettartama sorrendben 221’C, 35 MPa és 4186 ciklus,
A jelen találmány forrasztó ötvözete legalább 50 MPa húzöszilárdságot, előnyösen 80 MPa húzósziiárdságot, 0,2% terhelés mellett legalább körülbelül 5000 ciklusú, alacsony-ciklusú anyagkifáradási élettartamot, előnyösen körülbelül 10000 ciklus alacsony-ciklusú anyagkifáradási élettartamot, körülbelül 175 és 215*0 értékek közötti, előnyösen 21ÖöC~nál alacsonyabb olvadási hőmérsékletet, és körülbelül 185 és 215*0 értékek közötti liquidus olvadási hőmérsékletet, előnyösen 21Ö°C értéknél alacsonyabb liquidus olvadási hőmérsékletet mutat.
A jelen találmány egy megint más előnyös kiviteli alakjában egy olyan forrasztó ötvözetet biztosítunk, mely körülbelül 92% Sn-t, 2% Cu-t, 3% Ag-t és 3% Bi-t tartalmaz. Az ötvözet olvadási hőmérséklete körülbelül 209-212*0. Az ötvözet húzószílárdságs és anyagkifáradási élettartama sorrendben 89 MPa és 8135 ciklus. A jelen találmány ezen Ötvözetének anyagkifáradási élettartama 223%-kal nagyobb, mint a 83Sn/37Pb ötvözeté, és húzószilárdsága 189%-kal nagyobb, mint a 83Sn/3?Pb ötvözeté.
Azonnali áramlás és tartós kötés jön létre a fenti kiviteli alakok mindegyike esetén, amit a nedvesítési egyensúly tesztek (1, ábra) mutatnak, meghaladják az ipari siandardekre (például American National Standard Institute, ANSI-STD-002 és ANSI-STD-Ö03) a referenciában megadott szükséges nedvesítési képességet. A folyasztöszer nem aktíváit gyanta, vagy enyhén aktíveit gyanta vagy egy no-clean típusú folyasztöszer.
Az ANSI-STÖ-002-vel és ANSI-STD~003-maÍ hivatkozott nedvesítési képesség, a nedvesítési erő 2,0 másodperc értéknél (F1) és
XX#
5,0 másodperc értéknél CF2) meghaladja a 4809 nM~t és a 2/3 maximális nedvesítést ere eléréséhez szükséges nedvesítést idő {t2/3} nem több, mint 1,0 másodperc. Az a terület ahol megszűnt a nedvesedés, 5%-náí kisebb. Amint az 1, ábrán, egy példában bemutatjuk a jelen találmány 82/3%SnÖ,S%Cu3%Ag2,2%Bi12%ln összetételű forrasztó ötvözete a
A jelen találmány fenti ólommentes forrasztó ötvözete előállítható a főbb összetevők olvasztott állapotában úgy, hogy a tudomány e területén ismert, általános melegítési technikákat használjuk. Áz ötvözetek különböző fizikai formákban is használhatók, például pépek, porok, rudak, drótok formájában, vagy bármilyen forrasztó eljárásban, például kemencében történő ujraőmleszféses forrasztásban, hullámforrasztásban és kézi forrasztásban vagy bármilyen anyag előállításban, például különböző deponálási és burkolási technikákban,
Claims (1)
1. Ólommentes forrasztó ötvözet azzal jellemezve, hogy lényegében 76-96% Sn-t, 0,2-0,5% Cu-t, 2,5-4,5% Ag-t, >0-12 % Sn~t 0,55,0 % BM és >0,2 % Sh-t, tartalmaz.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/GB2000/004365 WO2002040213A1 (en) | 2000-11-16 | 2000-11-16 | Lead-free solders |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
HUP0301858A2 HUP0301858A2 (hu) | 2003-08-28 |
HUP0301858A3 HUP0301858A3 (en) | 2005-05-30 |
HU228577B1 true HU228577B1 (en) | 2013-04-29 |
Family
ID=9886311
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
HU0301858A HU228577B1 (en) | 2000-11-16 | 2000-11-16 | Lead-free solders |
Country Status (14)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP1333957B1 (hu) |
AT (1) | ATE293513T1 (hu) |
AU (1) | AU2001214037A1 (hu) |
CY (1) | CY1105145T1 (hu) |
CZ (1) | CZ297089B6 (hu) |
DE (1) | DE60019651T2 (hu) |
DK (1) | DK1333957T3 (hu) |
ES (1) | ES2241671T3 (hu) |
HU (1) | HU228577B1 (hu) |
NO (1) | NO333677B1 (hu) |
PL (1) | PL195528B1 (hu) |
PT (1) | PT1333957E (hu) |
RU (1) | RU2254971C2 (hu) |
WO (1) | WO2002040213A1 (hu) |
Families Citing this family (27)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20050199323A1 (en) * | 2004-03-15 | 2005-09-15 | Nielson Daniel B. | Reactive material enhanced munition compositions and projectiles containing same |
USRE45899E1 (en) | 2000-02-23 | 2016-02-23 | Orbital Atk, Inc. | Low temperature, extrudable, high density reactive materials |
US7977420B2 (en) | 2000-02-23 | 2011-07-12 | Alliant Techsystems Inc. | Reactive material compositions, shot shells including reactive materials, and a method of producing same |
SG139507A1 (en) * | 2001-07-09 | 2008-02-29 | Quantum Chem Tech Singapore | Improvements in or relating to solders |
EP1465468B1 (en) * | 2003-03-31 | 2007-11-14 | SANYO ELECTRIC Co., Ltd. | Metal mask and method of printing lead-free solder paste using same |
US7459794B2 (en) | 2003-08-26 | 2008-12-02 | Tokuyama Corporation | Substrate for device bonding, device bonded substrate, and method for producing same |
FR2867469A1 (fr) * | 2004-03-15 | 2005-09-16 | Alliant Techsystems Inc | Compositions reactives contenant un metal, et leur procede de production |
CZ300575B6 (cs) * | 2005-01-04 | 2009-06-17 | Jeník@Jan | Bezolovnatá pájka |
EP2116807A2 (en) | 2005-10-04 | 2009-11-11 | Alliant Techsystems Inc. | Reactive Material Enhanced Projectiles And Related Methods |
CN101357421B (zh) * | 2005-12-16 | 2010-12-29 | 浙江亚通焊材有限公司 | 无铅锡焊料 |
CN100453244C (zh) * | 2005-12-16 | 2009-01-21 | 浙江亚通焊材有限公司 | 无铅锡焊料 |
WO2009011392A1 (ja) | 2007-07-18 | 2009-01-22 | Senju Metal Industry Co., Ltd. | 車載電子回路用In入り鉛フリーはんだ |
US7821130B2 (en) * | 2008-03-31 | 2010-10-26 | Infineon Technologies Ag | Module including a rough solder joint |
WO2010122764A1 (ja) | 2009-04-20 | 2010-10-28 | パナソニック株式会社 | はんだ材料および電子部品接合体 |
EP2739431B1 (en) * | 2011-08-02 | 2020-06-24 | Alpha Assembly Solutions Inc. | Solder compositions |
JP2013252548A (ja) * | 2012-06-08 | 2013-12-19 | Nihon Almit Co Ltd | 微細部品接合用のソルダペースト |
CN103042315B (zh) * | 2013-01-22 | 2015-05-27 | 马莒生 | 耐热耐湿低熔点无铅焊料合金 |
JP2015077601A (ja) * | 2013-04-02 | 2015-04-23 | 千住金属工業株式会社 | 鉛フリーはんだ合金 |
KR20160147996A (ko) | 2014-04-30 | 2016-12-23 | 가부시키가이샤 니혼슈페리어샤 | 무연솔더합금 |
CN105431253A (zh) | 2014-06-24 | 2016-03-23 | 播磨化成株式会社 | 焊料合金、焊料组合物、钎焊膏以及电子线路基板 |
WO2016179358A1 (en) * | 2015-05-05 | 2016-11-10 | Indium Corporation | High reliability lead-free solder alloys for harsh environment electronics applications |
JP6135885B2 (ja) * | 2015-05-19 | 2017-05-31 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | はんだ合金およびそれを用いた実装構造体 |
WO2016185674A1 (ja) * | 2015-05-19 | 2016-11-24 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | はんだ合金およびそれを用いた実装構造体 |
JP6745453B2 (ja) * | 2016-05-18 | 2020-08-26 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | はんだ合金およびそれを用いた実装構造体 |
JP6230737B1 (ja) * | 2017-03-10 | 2017-11-15 | 株式会社タムラ製作所 | 鉛フリーはんだ合金、ソルダペースト及び電子回路基板 |
JP6397079B1 (ja) * | 2017-04-07 | 2018-09-26 | 株式会社ケーヒン | はんだ材料 |
CN109894768B (zh) * | 2019-03-29 | 2021-06-18 | 东莞市千岛金属锡品有限公司 | 一种低温无铅合金焊料的制备方法 |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1997009455A1 (en) * | 1995-09-01 | 1997-03-13 | Sarnoff Corporation | Soldering composition |
KR980006783A (ko) * | 1996-05-13 | 1998-03-30 | 이. 힐러 윌리엄 | 저가의 위상 고정 모터 제어 방법 및 구조 |
JP3736819B2 (ja) * | 1997-01-17 | 2006-01-18 | 株式会社豊田中央研究所 | 無鉛はんだ合金 |
WO1999004048A1 (en) * | 1997-07-17 | 1999-01-28 | Litton Systems, Inc. | Tin-bismuth based lead-free solders |
US5938862A (en) * | 1998-04-03 | 1999-08-17 | Delco Electronics Corporation | Fatigue-resistant lead-free alloy |
JP2000288772A (ja) * | 1999-02-02 | 2000-10-17 | Nippon Genma:Kk | 無鉛はんだ |
-
2000
- 2000-11-16 DE DE60019651T patent/DE60019651T2/de not_active Expired - Lifetime
- 2000-11-16 AT AT00976153T patent/ATE293513T1/de active
- 2000-11-16 AU AU2001214037A patent/AU2001214037A1/en not_active Abandoned
- 2000-11-16 CZ CZ20031348A patent/CZ297089B6/cs not_active IP Right Cessation
- 2000-11-16 ES ES00976153T patent/ES2241671T3/es not_active Expired - Lifetime
- 2000-11-16 EP EP00976153A patent/EP1333957B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2000-11-16 RU RU2003114304/02A patent/RU2254971C2/ru active
- 2000-11-16 DK DK00976153T patent/DK1333957T3/da active
- 2000-11-16 HU HU0301858A patent/HU228577B1/hu unknown
- 2000-11-16 WO PCT/GB2000/004365 patent/WO2002040213A1/en active IP Right Grant
- 2000-11-16 PL PL00361336A patent/PL195528B1/pl unknown
- 2000-11-16 PT PT00976153T patent/PT1333957E/pt unknown
-
2003
- 2003-05-14 NO NO20032185A patent/NO333677B1/no not_active IP Right Cessation
-
2005
- 2005-04-21 CY CY20051100509T patent/CY1105145T1/el unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
NO333677B1 (no) | 2013-08-05 |
NO20032185D0 (no) | 2003-05-14 |
DK1333957T3 (da) | 2005-06-20 |
RU2254971C2 (ru) | 2005-06-27 |
HUP0301858A2 (hu) | 2003-08-28 |
DE60019651D1 (de) | 2005-05-25 |
ATE293513T1 (de) | 2005-05-15 |
ES2241671T3 (es) | 2005-11-01 |
RU2003114304A (ru) | 2005-01-20 |
CY1105145T1 (el) | 2009-11-04 |
AU2001214037A1 (en) | 2002-05-27 |
EP1333957B1 (en) | 2005-04-20 |
PT1333957E (pt) | 2005-09-30 |
PL195528B1 (pl) | 2007-09-28 |
WO2002040213A1 (en) | 2002-05-23 |
HUP0301858A3 (en) | 2005-05-30 |
PL361336A1 (en) | 2004-10-04 |
NO20032185L (no) | 2003-05-14 |
CZ297089B6 (cs) | 2006-09-13 |
EP1333957A1 (en) | 2003-08-13 |
DE60019651T2 (de) | 2005-09-22 |
CZ20031348A3 (cs) | 2004-04-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
HU228577B1 (en) | Lead-free solders | |
US6176947B1 (en) | Lead-free solders | |
TWI655052B (zh) | 無鉛、無銻焊接合金、彼之用途、包含彼之焊接點,以及形成焊接點之方法 | |
KR101820986B1 (ko) | 혼합된 합금 솔더 페이스트 | |
KR101004589B1 (ko) | 기능 부품용 리드와 그 제조 방법 | |
EP2140963B1 (en) | Pb-free solder-connected electronic article | |
US5411703A (en) | Lead-free, tin, antimony, bismtuh, copper solder alloy | |
US5938862A (en) | Fatigue-resistant lead-free alloy | |
JP4770733B2 (ja) | はんだ及びそれを使用した実装品 | |
JPH071179A (ja) | 無鉛すず−ビスマスはんだ合金 | |
JPH0788680A (ja) | 高温無鉛すずベースはんだの組成 | |
US20020155024A1 (en) | Lead-free solder compositions | |
JP2002120085A (ja) | 鉛無含有はんだ合金 | |
JP2018511482A (ja) | 混成合金ソルダペースト | |
KR20230153507A (ko) | 무연 땜납 조성물 | |
CN1208168C (zh) | 无铅焊料 | |
US20030178476A1 (en) | Solder paste, electronic -component assembly and soldering method | |
US20040241039A1 (en) | High temperature lead-free solder compositions | |
WO2022261130A1 (en) | High reliability lead-free solder pastes with mixed solder alloy powders | |
JP3991788B2 (ja) | はんだおよびそれを用いた実装品 | |
CN115461188A (zh) | 用于高温应用的具有混合焊料粉末的无铅焊膏 | |
JP2008221330A (ja) | はんだ合金 | |
JP2019076946A (ja) | 鉛フリーはんだ合金、及び、電子回路基板 | |
KR100431090B1 (ko) | 저융점 도금층을 이용한 무연솔더 | |
KR101951813B1 (ko) | 저융점 무연 합금 솔더 조성물, 이를 포함하는 무연 솔더 페이스트 및 반도체 패키지 |