Припой для лужения и пайки алюминия и его сплавов

( 91 я)5 В 23 К 35 26 ЗОБР ТЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИК ПАТЕНТУ(56) Авторское свидетельство СССР М 310764, кл, В 23 К 35/26, 1970.Лашко С, В. и Лашко Н, Ф. Пайка металлов. М,: Машиностроение, 1988, с. 269 - 270.Патент Великобритании % 907734, кл. В 23 К 35/26, 1962. Изобретение относится к пайке, в частности к припоям для бесфлюсовой пайки алюминия и его сплавов с керамическими подложками интегральных схем, и может быть использовано в электронной и радиопромышленности.Известны легкоплавкие припои, содержащие олово и упрочненные армирующими металлическими частицами никеля или железа размером 40 - 100 мкм в количестве 5 - 15% от массы припоя. Введение таких частиц приводит к повышению прочности легкоплавких припоев. Однако эти припои затруднительно использовать для бесфлюсового лужения алюминия из-эа плохого смачивания ими алюминия,Известны припои, использующиеся в бесфлюсовых способах лужения и пайки алюминия и его сплавов, в частности при кавитационно-абразивной пайке, например(54) ПРИПОЙ ДЛЯ ЛУЖЕНИЯ И ПАЙКИ АЛЮМИНИЯ И ЕГО СПЛАВОВ(57) Использование: изготовление интегральных схем пайкой, Для бесфлюсового лужения алюминия используется припой состава, мас.оь: А 1 5 - 15: порошок никеля размером 40 - 100 мкм в количестве 4 - 10 от массы припоя; олово остальное. Лужение укаэанным припоем осуществляется путем натирания алюминиевого иэделия, нагретого до температуры, при которой припой находится в жидкотвердом состоянии. 1 табл,припои системы олово-цинк, в которые вводится порошок ферротитана дисперсно- стью 0,6 - 1,4 мм в количестве 1 - 7 от массы припоя, выполняющий роль абразивных частиц при кавитационно-абразивной пайке,В припоях с содержанием цинка 5 п - 20 Лп, Яп - 50;ь Еп роль абразивных частиц играют первичные кристаллы цинка, находящиеся в припое при его жидкотвердом состоянии,Недостатком этих припоев является то. что их применение связано с использованием ультразвука, в то же время известно, что ультразвуковое лужение алюминия - малопроизводительный процесс. Кроме того, применение припоев при пайке металлизированной керамики с алюминием и его сплавами не обеспечивает достаточно прочного паяного соединения.ГИз известных припоев наиболее близким к заявляемому являются легкоплавкие припои системы олово-алюминий-цинк. Припои данной системы при заданном составе, лас.%: Яп 66; Аг=4; Еп =30, соответствует перитектике.Частицы твердой фазы малых размеров, содержащиеся в перитектике, взаимодействуя с поверхностью алюминия, осаждаются на ней, образуя дисперсную среду, которая и обеспечивает формирование благоприятных свойств паяного шва.Недостатком этого припоя является наличие в составе высоколетучего цинка, что ограничивает сверху температуру лужения этим припоем, ухудшает условия труда. Кроме того, припой обеспечивает не вполне высокую прочность паяного соединения алюминия с кераглическими платами интегральных схем,Целью изобретения является повышение прочности паяного соединения алюминия и его сплавов с металлизированной керамикой, а также исключение иэ состава и рипоев высоколетучих металлов, обладающих токсичными свойствами.Поставленная цель достигается тем, что для лужения и пайки алюминия и его сплавов используется припой, содержащий, .мас,%: алюминий 5 - 15; олово 85 - 95; порошок никеля размером 40 - 100 мкм в количестве 4 - 10% от массы припоя.Наличие алюминия в припое обеспечивает повышение взаимодействия припоя с поверхностью алюминиевого изделия, Дальнейшее содержание алюминия в сплаве ухудшав прочностные свойства паяного соединения. Наличие в составе припоя армирующих частиц никеля повышает прочность легкоплавкого припоя, Более высокое содержание никеля в припое ухудшает пластические свойства припоя.Высокая прочность паяного соединения алюминия с металлизированной ксрамикой объясняется тем, что припой укаэанного состава содержит как частицы никеля, так и микрочастицы аломиния эвтектики 5 п - А 1, смоченные припоем. Некоторая доля этих частиц вместе с частицагли никеля оседает на поверхность алюминиевого изделия и таким образогл создается дисперсная среда, которая способствует усилению растворения окисной пленки алюминия и ускорению массопереноса (за счет капиллярных процессов) между жидкой и твердой фазами, что способствует формированию более прочностных свойств паяного соединения, Армирование припоя частицами никеля увеличивает прочность припоя и в том числе после термоциклов, так как на 101520 личие никеля в припое уменьшает различие в тепловых коэффициентах расширения алюминия и металлиэированной керамики.Заявляемый припой не содержит высоколетучих компонентов в отличие от прототипа, в состав которого входит цинк. Поэтому использование предлагаемого припоя улучшает условия труда при пайке, Дополнительным преимуществом заявляемого припоя по сравнению с прототипом является более высокая стойкость его кокислению.Оптимальным составом является состав припоя, мас,о/: алюминий 10; олово 90; порошок никеля размером 40 - 100 мкм в количестве 5/, от массы припоя.Прочность на разрыв у паяных соединений алюминия с металлиэированной керамикой показана в таблице,П р и м е р 1. Берется алюминиевая пластина высокой чистоты толщиной 3 мм и размером 20 х 40 мм и активируется ее поверхность путем механической обработки (зачистка напильником или шлифовальной бумагой), Затем образец нагревается с помощью электропечки на воздухе до 240 С.25 При этой температуре осуществляют натирание вручную припоем состава, мас.%:олово 90; алюминий 10; порошок никеляраэл 1 ером 40 - 100 мкм в количестве 5% отмассы припоя, Металлической щеткой или30 скребком создают равномерный слой припоя на поверхности. Затем или проводятпайку обычным способом, или луженую пластину охлаждают, При этом лукеный слойпри длительном хранении практически не35 окисляется и в гнобое время можно осуществлять пайку,П р и м е р 2. Брали пластину из сплаваалюминия АМГтолщиной 3 мм.и размером30 х 50 мм и металлизированную керамику40 и нагревали до 240 С и тем же, что и впримере 1, припоегл осуществлялось лужение на воздухе без использования флюсовпо схеме, описанной в примере 1. Затемобразцы охлаждались до температуры плав 45 ления припоя ПОСсу 61 - 0,5 и производилипайку в течение 30 с этим припоем, На спедиальных образцах паяных таким образомпроводились испытания на отрыв на разрывной машине МРСс чувствительно 50 стью 20 Н (см. таблицу), Предлагаемыйприпой позволяет получать более прочныепаяные соединения с металлизированнойкерамикой,П р и м е р 3. Проводили лужение пла 55 стины сплава иэ алюминия АМГ-б тех жеразмеров и тем же припоем, что и в примере2, Но пайка осуществлялась припоем ПОСК 50-18, Результаты испытаний на отрыв пая(и рототи п) 1.ПОСсу 61-0,52.ПОСК 50-183. ПСР 1,5 9,2 9,4 10 Яп; А 1-10; порошок никеляразмером 40-100 мкм в количестве 5 от массы и ипоя ПОСсу 61-0,5 ПОСсу 61-0,5 9,4 Яп 95; А 1 5: порошок никеля вкол, 10 от массы и ипоя Яп 85; Л 1 15; порошок никеляв кол. 4, от массы и ипоя Составитель В.СозаевТехред М.Моргентал Корректор А.Козориз Редактор Заказ 3941 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 ных соединений на установке МРСприводятся в таблице,П р и м е р 4, Лужение и пайка осуществлялись. как и в примере 2. на таких же образцах, но в качестве припоя для пайки использовался припой ПСР,5, Результаты испытаний на отрыв паяных соединений на установке МРСприводятся в таблице.П р и м е р 5. Лужение и пайка осуществлялись, как и в примере 2, на таких же образцах, но в качестве припоя для лужения использовался припой состава, мас.о: алюминий 5; олово 95; порошок никеля размером 40 - 100 мкм в количестве 10 О от массы припоя. Испытание на отрыв на установке МРАпоказали, что прочность паяного соединения 9,4 МПа,П р и м е р 6. Лужение и пайка осуществлялись, как и в примере 2 и 5, на таких же образцах, но в качестве припоя для лужения использовался припой состава, мас. : алюминий 15; олово 85; порошок никеля размером 40 - 100 мкм в количестве 4 с от массы припоя, Прочность паяного соеди нения на отрыв оказалась равной 9 МПа,Формула изобретения Припой для лужения и пайки алюминияи его сплавов, содержащий олово и алюминий, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью 10 повышения прочности паяного соединенияпри пайке алюминия и его сплавов с метал- лизированной керамикой и исключения из состава припоя высоколетучих металлов, он дополнительно содеркит порошок никеля 15 размером 40 - 100 мкм в количестве 4 - 10 Оот массы припоя, при этом алюминий и олово содержатся в следующих соотношениях мас, с:алюминий20 олово