SK422019U1 - Mäkká aktívna spájka na báze Bi-Ag s prídavkom Ti a jej použitie - Google Patents
Mäkká aktívna spájka na báze Bi-Ag s prídavkom Ti a jej použitie Download PDFInfo
- Publication number
- SK422019U1 SK422019U1 SK42-2019U SK422019U SK422019U1 SK 422019 U1 SK422019 U1 SK 422019U1 SK 422019 U SK422019 U SK 422019U SK 422019 U1 SK422019 U1 SK 422019U1
- Authority
- SK
- Slovakia
- Prior art keywords
- solder
- active
- metallic
- soldering
- soft
- Prior art date
Links
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 55
- 229910016331 Bi—Ag Inorganic materials 0.000 title claims description 12
- 239000007769 metal material Substances 0.000 claims abstract description 17
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 claims abstract 2
- 238000005476 soldering Methods 0.000 claims description 18
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 13
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 13
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 description 9
- 238000005219 brazing Methods 0.000 description 7
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 6
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 6
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 5
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 4
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 101100478210 Schizosaccharomyces pombe (strain 972 / ATCC 24843) spo2 gene Proteins 0.000 description 1
- 229910020994 Sn-Zn Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910009069 Sn—Zn Inorganic materials 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005234 chemical deposition Methods 0.000 description 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 1
- 239000006023 eutectic alloy Substances 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100000053 low toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 238000005289 physical deposition Methods 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 description 1
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
Mäkká aktívna spájka pozostáva z 0,5 až 5 % hmotn. Ti, 2,5 až 15 % hmotn. Ag, pričom zvyšok je Bi. Touto mäkkou aktívnou spájkou sa spája nekovový materiál s nekovovým/kovovým materiálom priamo alebo postupne, ultrazvukom alebo laserom.
Description
Technické riešenie sa týka zloženia mäkkej aktívnej spájky na spájkovanie nekovových materiálov s nekovovými alebo kovovými materiálmi pri vyšších aplikačných teplotách a jej použitia. Technické riešenie patrí do oblasti spájkovania bezolovnatými spájkami v elektrotechnickom, strojárskom a automobilovom priemysle.
Doterajší stav techniky
Keramické materiály (napr. AI2O3, A1N, SiC a pod.), niektoré nekovové (Si, Ge, grafit, sklo a pod.) a ťažko spájkovateľné kovové materiály (W, Mo, Ta a pod.) sa v súčasnosti spájkujú nepriamo tak, že na povrch keramického materiálu sa nanesie spájkovateľný kovový povlak až potom sa realizuje samotné spájkovanie. Pokovovaním keramiky sa odstraňujú problémy spojené so zmáčateľnosťou keramických a niektorých nekovových materiálov. Z hľadiska voľby typu pokovovania treba poznať, pri akej prevádzkovej teplote bude spájkovaná súčiastka pracovať. Podľa toho sa použije na spájkovanie buď mäkká, alebo tvrdá spájka. Požadovaný kovový spájkovateľný povlak sapotom získa:
• buď vpaľovaním kovových roztokov buď žiaruvzdorných kovov Mo, Mn, W (s následným poniklovaním) alebo drahých kovov Ag, Au, Pt a pod., • alebo fyzikálnou a chemickou depozíciou, ktorými sa vytvárajú tenké povlaky napr. Au, Ag, Ni a ich kombinácie.
Vytvorený kovový spájkovací povlak zabezpečí vynikajúcu zmáčavosť povrchu materiálu spájkou, ktorý je inak nezmáčavý.
V stave techniky je známe aj spájkovanie nekovových materiálov (AI2O3, A1N, SiC, Si, Ge, grafit, sklo a pod.) alebo ťažko spájkovateľných materiálov (W, Mo, Ta a pod.) s využitím tzv. aktívnej spájky, ktorá obsahuje malé množstvo aktívneho kovu (napr. Mg, Ba, La, Ti). Priame spájkovanie s využitím tzv. aktívnej spájky je známe napr. z patentovej prihlášky US 2013323530 A1 opisujúcej spájkovanie kovových materiálov s nekovovými, pričom podstatou vynálezu bolo obsiahnutie aktívneho kovu (napr. Ti, Mg a pod.) v spájke na báze Sn-Zn s prídavkom napr. Bi alebo In. Takáto spájka je určená pre nižšie aplikačné teploty od 150 °C do 200 °C. Základom väčšiny aktívnych spájok známych v stave techniky je Sn alebo Pb. Pb je postupne nahrádzané alternatívnymi prvkami, keďže je považované za škodlivé. Sn zas zapríčiňuje znižovanie aplikačnej teploty danej spájky. Takéto spájky teda nie sú priamo porovnateľné so spájkou na báze Bi-Ag s prídavkom Ti podľa tohto technického riešenia.
Samotná zliatina Bi-Ag je ako spájka známa v stave techniky (Spinelli J. E. et al., Microstructure, phases morphologies and hardness of a Bi-Ag eutectic alloy forhigh temperature soldering applications, Materials & Design, Volume 58, 2014, p. 482-490), nie je ju však možné považovať za aktívnu spájku určenú na spájkovanie nekovových (napr. keramických) alebo ťažko spájkovateľných materiálov.
Vzhľadom na to, aby sa skrátil čas potrebný na vyhotovenie spájkovaného spoja dvoch keramických materiálov alebo spoja keramického materiálu s kovom bez povlakovania, nastala snaha riešiť tento problém technickými prostriedkami. Výsledkom tohto úsilia je ďalej opisované zloženie mäkkej aktívnej spájky na spájkovanie nekovových materiálov s nekovovými/kovovými materiálmi pri vyššej aplikačnej teplote a jej použitie v metódach ultrazvukového, laserového alebo postupného spájkovania podľa technického riešenia.
Podstata technického riešenia
Uvedené nedostatky v podstatnej miere odstraňuje mäkká aktívna spájka na spájkovanie nekovových materiálov s kovovými/nekovovými materiálmi pri vyšších aplikačných teplotách podľa tohto technického riešenia. Prínos spočíva v tom, že spája vhodný aktívny kov s vhodnou základnou bázou. Ako báza bolo navrhnuté zloženie Bi-Ag, pričom aktívnom kovom je titán. Pokiaľ v aktívnych spájkach známych v stave techniky je bizmut používaný ako legúra s malým celkovým podielom, často pod 10,0 % hmotn., mäkká aktívna spájka podľa tohto technického riešenia používa bizmut v kombinácii so striebrom ako základ spájky.
Spájka na báze Bi-Ag je perspektívnou náhradou spájok za olovnaté spájky pre vyššie aplikačné teploty vo všeobecnosti na spájkovanie kovových materiálov. Spolu s touto bázou boli odskúšané viaceré aktívne kovy. Pri návrhu a výrobe spájky sa použili nasledovné kritéria: vyrobiteľnosť spájky s aktívnym kovom, prijateľná cena, relatívne nízka toxicita, štruktúrna kompatibilita so základnou bázou Bi-Ag, aktívny kov musí mať dostatočnú reakčnú schopnosť s čo najväčšou škálou spájkovaných materiálov. Za najlepší výber možno považovať legovanie titánom Titán je vo všeobecnosti veľmi reaktívny kov. Má vysokú afinitu ku kyslíku a ďalším prvkom, ktoré sú zložkami spájkovaných materiálov. V procese spájkovania titán zo spájky reaguje s povrchom spájkovaného substrátu, čo zabezpečuje zmáčavosť a následne vznik pevnej väzby. Pevnosť spo2
S K 42-2019 Uí jov bola od 20 do 51 MPa, čo je dostatočné pre spájky podobného typu. Podstata technického riešenia spočíva v tom, že mäkká aktívna spájka pozostáva z 0,5 až 5 % hmotn. Ti, 2,5 až 15 % hmotn. Ag, pričom zvyšok je Bi. Spájka tiež môže obsahovať bežné nečistoty a prímesi ako je napríklad meď, hliník, zinok, zvyčajne v stopových množstvách.
Výhody mäkkej aktívnej spájky podľa technického riešenia sú zjavné z účinkov, ktorými sa prejavujú navonok. Vo všeobecnosti možno konštatovať, že spájka podľa tohto technického riešenia je v kombinácii napr. s ultrazvukovou alebo laserovou alebo aj inou aktiváciou (wave soldering alebo reflow soldering) vhodná na priame spájkovanie keramických a iných ťažko spájkovateľných materiálov bez použitia povlakovania a bez použitia taviva. Znižuje sa tak čas potrebný na vyhotovenie spojov, zlepšuje sa hygiena pracovného prostredia a zlepšuje sa ekonomika výroby spájkovaných spojov. Aktívny prvok je dôležitou súčasťou spájky, pretože zabezpečuje zmáčavosť a vznik väzby medzi kovovou spájkou a keramickým materiálom Podstatnou výhodou predmetnej spájky je jej využiteľnosť pri vyšších aplikačných teplotách bez využitia taviva. Vyššia aplikačná teplota predurčuje využiteľnosť tejto spájky najmä v procese postupného spájkovania.
Prehľad obrázkov na výkresoch
Na Obr. 1 je graf znázorňujúci šmykovú pevnosť spájkovaného spoja pri rôznych spájkovaných dvojiciach materiálov.
Príkladý uskutočnenia
Jednotlivé uskutočnenia mäkkej aktívnej spájky na báze Bi-Ag s prídavkom Ti a jej použitie v spájkovaní nekovového materiálu s nekovovým/kovovým materiálom podľa technického riešenia sú predstavované na ilustráciu a nie ako obmedzenie. Odborníci poznajúci stav techniky nájdu alebo budú schopní zistiť s použitím nie viac ako rutinného experimentovania mnoho ekvivalentov k špecifickým uskutočneniam technického riešenia. Aj takéto ekvivalenty budúpatriť do rozsahu nasledujúcich nárokov na ochranu.
Príklad 1
V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia technického riešenia je opísané zloženie mäkkej aktívnej spájky na báze Bi-Ag s prídavkom Ti. Mäkká aktívna spájka pozostáva z 2 % hmotn. Ti, 11 % hmotn. Ag, pričom zvyšok je Bi.
Príklad 2
V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia technického riešenia je opísané zloženie mäkkej aktívnej spájky na báze Bi-Ag s prídavkom Ti. Mäkká aktívna spájka pozostáva z 3 % hmotn. Ti, 11 % hmotn. Ag, pričom zvyšok je Bi.
Príklad 3
Na spájkovanie keramického materiálu A1N/A1N sa použila aktívna spájka BiAgllTi2 v liatom stave. Pri spájkovaní sa spoj ohrieval horúcou doskou za podpory aktivácie ultrazvukom s frekvenciou 40 kHz. Teplota spájkovania bola 370 °C.
Príklad 4
V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia sa na spájkovanie SiC s meďou použila aktívna spájka BiAgllTi2 vo forme ingotu. Pri spájkovaní sa spoj ohrieval horúcou doskou za podpory aktivácie ultrazvukom s frekvenciou 40 kHz. Teplota spájkovania bola 370 °C.
Príklad 5
V tomto príklade podľa obrázku 1 sa spájkou BiAgllTi3 spájkovali rôzne dvojice materiálov a to Cu/Cu, Ni/Ni, AI2O3/CÚ, ZrCfe/Cu, ΑΙΝ/Cu, SÍ3N4/CU a SiC/Cu. Dosiahnuté šmykové pevnosti spojov sú znázornené v grafe na obrázku 1.
Priemyselná -využiteľnosť
Priemyselná využiteľnosť mäkkej aktívnej spájky na báze Bi-Ag s prídavkom Ti podľa tohto technického riešenia je perspektívnou náhradou spájok za olovnaté spájky pre vyššie aplikačné teploty. Uplatnenie môže nájsť v elektronickom, elektrotechnickom, ale aj v automobilovom priemysle. Môže sa použiť pri postupnom
S K 42-2019 Uí spájkovaní v progresívnych technológiách zapuzdrovania, ako napr. technológie: Balí Qid Array (BGA), Flip-Chip technology (C4), Chip-Scale-Package (CSP) alebo Multi-Chip Module (MCM).
Claims (1)
- S K 42-2019 UíNÁROKY NA OCHRANU1. Mäkká aktívna spájka, vyznačujúca sa tým, že pozostáva z 0,5 až 5 % hmotn. Ti, 2,5 až 15 % hmotn. Ag, pričom zvyšok je Bi.5 2. Použitie mäkkej aktívnej spájky na báze Bi-Ag s prídavkom Ti podľa nároku 1 na priame alebo postupné spájkovanie kontaktným ohrevom a zároveň ultrazvukom alebo laserom nekovových materiálov s nekovovými/kovovými materiálmi.10 1 výkres
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SK42-2019U SK8675Y1 (sk) | 2019-04-05 | 2019-04-05 | Mäkká aktívna spájka na báze Bi-Ag s prídavkom Ti a jej použitie |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SK42-2019U SK8675Y1 (sk) | 2019-04-05 | 2019-04-05 | Mäkká aktívna spájka na báze Bi-Ag s prídavkom Ti a jej použitie |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SK422019U1 true SK422019U1 (sk) | 2019-09-03 |
| SK8675Y1 SK8675Y1 (sk) | 2020-02-04 |
Family
ID=68108758
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SK42-2019U SK8675Y1 (sk) | 2019-04-05 | 2019-04-05 | Mäkká aktívna spájka na báze Bi-Ag s prídavkom Ti a jej použitie |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| SK (1) | SK8675Y1 (sk) |
-
2019
- 2019-04-05 SK SK42-2019U patent/SK8675Y1/sk unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| SK8675Y1 (sk) | 2020-02-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR970010891B1 (ko) | 고온의 무연 주석 기재 납땜 조성물 | |
| KR102685941B1 (ko) | 전자장치 적용을 위한 무연 땜납 합금 | |
| Bae et al. | Microstructure and adhesion properties of Sn–0.7 Cu/Cu solder joints | |
| MXPA04005835A (es) | Soldadura blanda sin plomo. | |
| Sun et al. | Intermetallic compound formation in Sn-Co-Cu, Sn-Ag-Cu and eutectic Sn-Cu solder joints on electroless Ni (P) immersion Au surface finish after reflow soldering | |
| Cheng et al. | Intermetallic compounds formed during the reflow and aging of Sn-3.8 Ag-0.7 Cu and Sn-20In-2Ag-0.5 Cu solder ball grid array packages | |
| SK422019U1 (sk) | Mäkká aktívna spájka na báze Bi-Ag s prídavkom Ti a jej použitie | |
| SK352019A3 (sk) | Mäkká aktívna spájka na báze Bi-Ag s prídavkom Ti a jej použitie | |
| SK402020A3 (sk) | Mäkká aktívna spájka na báze Zn s prídavkom Mg a Sr pre vyššie aplikačné teploty a jej použitie | |
| SK9070Y1 (sk) | Mäkká aktívna bezolovnatá spájka na báze Zn pre vyššie aplikačné teploty a jej použitie | |
| SK1392018A3 (sk) | Mäkká aktívna spájka na ultrazvukové spájkovanie nekovových a kovových alebo dvoch nekovových materiálov pri vyšších aplikačných teplotách | |
| SK50322016U1 (sk) | Mäkká aktívna spájka a spôsob spájkovania | |
| SK288500B6 (sk) | Mäkká aktívna spájka a jej použitie | |
| SK8575Y1 (sk) | Mäkká aktívna spájka na ultrazvukové spájkovanie nekovových a kovových alebo dvoch nekovových materiálov | |
| SK9940Y1 (sk) | Mäkká aktívna spájka na báze Zn s prídavkom Mg a Ti, prípadne Al a spôsob spájkovania | |
| SK652023A3 (sk) | Mäkká aktívna spájka na báze Zn s prídavkom Mg a Ti, prípadne Al a spôsob spájkovania | |
| SK8133Y1 (sk) | Mäkká bezolovnatá aktívna spájka a spôsob spájkovania | |
| Xia et al. | Effect of Aluminum Concentration on the Interfacial Reactions of Sn-3.0 Ag-x Al Solders with Copper and ENIG Metallizations | |
| SK289191B6 (sk) | Aktívna spájkovacia zliatina na báze Sn legovaná Sc | |
| SK1112022U1 (sk) | Mäkká aktívna spájka na báze Sn a Ag s prídavkom vanádu a spôsob spájkovania | |
| SK9660Y1 (sk) | Aktívna spájkovacia zliatina na báze Sn legovaná Sc | |
| SK702014A3 (sk) | Mäkká spájka na báze bizmut-striebro s prídavkom lantánu | |
| Wu et al. | Intermetallic reactions in a Sn-20In-2.8 Ag solder ball-grid-array package with Au/Ni/Cu pads | |
| Qu et al. | Effect of Interval Aging Mode on IMC Growth between Low Ag Content Sn-0.3 Ag-0.7 Cu-0.5 Bi-Ni and Cu Substrate | |
| EP3890919A1 (en) | Active soft solder for ultrasonic soldering at higher application temperatures |