SK500302022A3 - Aktívna spájkovacia zliatina na báze Sn legovaná Sc - Google Patents
Aktívna spájkovacia zliatina na báze Sn legovaná Sc Download PDFInfo
- Publication number
- SK500302022A3 SK500302022A3 SK50030-2022A SK500302022A SK500302022A3 SK 500302022 A3 SK500302022 A3 SK 500302022A3 SK 500302022 A SK500302022 A SK 500302022A SK 500302022 A3 SK500302022 A3 SK 500302022A3
- Authority
- SK
- Slovakia
- Prior art keywords
- soldering
- active
- solder
- scandium
- soldering alloy
- Prior art date
Links
- 238000005476 soldering Methods 0.000 title claims abstract description 40
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 26
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims abstract description 26
- 229910052706 scandium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 17
- SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N scandium atom Chemical compound [Sc] SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 11
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 8
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 claims abstract description 33
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 12
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 16
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 8
- 238000005219 brazing Methods 0.000 description 6
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 5
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 4
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 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
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 2
- -1 etc.) Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 229910052747 lanthanoid Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002602 lanthanoids Chemical class 0.000 description 2
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001128 Sn alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910008897 Sn—La Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910008839 Sn—Ti Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910009369 Zn Mg Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910007573 Zn-Mg Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004480 active ingredient Substances 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
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005234 chemical deposition Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 231100000053 low toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002843 nonmetals Chemical class 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
- 238000007747 plating 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
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
Landscapes
- Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
- Parts Printed On Printed Circuit Boards (AREA)
Abstract
Aktívna spájkovacia zliatina na báze cínu na spájkovanie kovových, nekovových, keramických a kompozitných materiálov pri teplotách od 225 do 280 °C obsahuje skandium v množstve od 0,1 až 3 hmotn. % a zvyšok do 100 % je cín. Aktívna spájkovacia zliatina môže obsahovať aj striebro v množstve 1,5 až 6 hmotn. % a meď v množstve od 0,1 do 1 hmotn. %. Aktívna spájkovacia zliatina sa používa na spájkovanie kovových, nekovových, keramických, kompozitných materiálov a iných ťažko spájkovateľných materiálov.
Description
Oblasť techniky
Vynález sa týka mäkkej aktívnej spájkovacej zliatiny na ultrazvukové spájkovanie kovových a nekovových materiálov pri bežných aplikačných teplotách v rozsahu od 225 do 280 °C.
Doterajší stav techniky
Proces povlakovania keramických materiálov spájkovateľnými povlakmi, ktoré je potom možné spájkovať bežnými spájkami v ochrannej atmosfére alebo s použitím vysokokorozívneho taviva, je technologicky, ekonomicky a environmentálne náročný. Technológia povlakovania sa vykonáva buď vpaľovaním kovových roztokov žiaruvzdorných kovov Mo, Mn, W (s následným poniklovaním) či drahých kovov Ag, Au, Pt a pod., alebo fyzikálnou a chemickou depozíciou. Tento finančne a technologicky náročný proces je možné nahradiť spájkovaním aktívnou spájkou vysokoteplotnou aktiváciou vo vákuu alebo vnesením ultrazvukových vibrácií do roztavenej spájky mierne nad teplotou jej tavenia. Aktívny prvok je dôležitou súčasťou spájky, pretože zabezpečuje zmáčavosť a vznik väzby medzi kovovou spájkou a keramickým materiálom bez potreby povlakovania. Navyše sa týmto spôsobom znižuje čas potrebný na vyhotovenie spojov, zlepšuje sa hygiena pracovného prostredia a zlepšuje sa ekonomika výroby spájkovaných spojov. V súčasnosti existujú viaceré patentované mäkké zliatiny legované aktívnym kovom. Najčastejšie ide o bázy Sn, Bi, Zn či In legované titánom, lantanoidmi či inými aktívnymi prvkami. Legovanie titánom je patentované napríklad v prípade chemického zloženia cínových zliatin na báze Sn-Ti (US20050031483A1), Sn-Ag-Ti-Ga-Ce (US7806994B2). Legovanie vanádom napríklad v spájkach na báze Sn-V alebo Sn-Ag-V (JP57049240A2). Spájky legované lantánom na báze Sn-La, Sn-Ag-La alebo Sn-Ag-Bi-Cu-La (US6361742B2). V niektorých prípadoch je využité aj legovanie horčíkom a patentované v prípade spájky na báze Sn-Zn-Mg alebo Sn-Zn-In-Mg (US20130029178A1). Existuje ešte množstvo aktívnych kovov, ktorých vplyv v mäkkých spájkach na spájkovanie keramických materiálov nie je vedecky preskúmaný. Z tohto dôvodu je vynález orientovaný do niektorých neskúmaných báz.
Podstata vynálezu
Spájkovacia zliatina podľa vynálezu je aktívna spájka, ktorá dokáže priamo zmáčať široký rozsah rôznych materiálov v elektronike ako sú kovy (Cu, Al, Ni a pod.), nekovy (Si, Ge, grafit a pod.), keramické materiály (Al2O3, AlN, SiC, SÍ3N4, AlN a pod.) či kompozitné materiály s kovovou alebo keramickou matricou. Aktívna spájka obsahuje aktívny prvok, ktorý dokáže reagovať so zložkami rôznych keramických materiálov, ktoré sú bežnými spájkami nezmáčateľné.
Spájkovacia zliatina podľa vynálezu je založená na báze cínu, obsahuje aktívny prvok skandium a môže ďalej obsahovať ako legúru striebro. Striebro zlepšuje najmä mechanické vlastnosti ako je pevnosť v ťahu spájky a šmyková pevnosť spájkovaných spojov. Ďalej zlepšuje spájkovacie vlastnosti najmä pri spájkovaní kovových materiálov, zlepšuje tiež elektrickú vodivosť a korózne vlastnosti spájkovacej zliatiny. Skandium je aktívny kov, ktorý zabezpečuje zmáčavosť ťažko spájkovateľných materiálov. Spájkovacia zliatina okrem skandia a striebra môže byť legovaná aj meďou.
Spájkovacia zliatina na spájkovanie kovových, nekovových, keramických a kompozitných materiálov pri teplotách v rozsahu od 225 do 280 °C podľa vynálezu obsahuje cín v množstve 97 až 99,9 hmotn. % a aktívny prvok skandium v množstve 0,1 až 3 hmotn. %. V ďalšom uskutočnení spájkovacia zliatina môže obsahovať aj aktívny prvok striebro. V tomto prípade je zloženie spájkovacej zliatiny: cín v množstve 91 až 98,4 hmotn. %, skandium v množstve 0,1 až 3 hmotn. % a striebro v množstve 1,5 až 6 hmotn. %. V ďalšom uskutočnení môže spájkovacia zliatina obsahovať aj meď. V tomto prípade je zloženie spájkovacej zliatiny: cín v množstve 90 až 98,3 hmotn. %, skandium v množstve 0,1 až 3 hmotn. %, striebro v množstve 1,5 až 6 hmotn. % a meď v množstve od 0,1 do 1 hmotn. %.
Spájkovacia zliatina podľa vynálezu je v kombinácii s ultrazvukovou aktiváciou vhodná na priame spájkovanie keramických a iných ťažko spájkovateľných materiálov bez použitia povlakovania a bez použitia taviva.
Spájka na báze Sn s vhodnou voľbou aktívneho kovu je perspektívnou náhradou spájok za olovnaté spájky pre bežné aplikačné teploty pri ktorých sa spájkujú súčiastky na dosky plošných spojov. Hlavný odbyt spájok pre bežné aplikačné teploty je v rámci elektronického priemyslu, a to hlavne pri progresívnych technológiách zapuzdrovania pri postupnom spájkovaní a výrobe výkonových polovodičových súčiastok. Napríklad pri
SK 50030-2022 A3 výrobe IC čipov, integrovaných pasívnych zariadení, mikroelektromechanických systémov či pri spájaní externých obvodov nanesením na čipové substráty.
Spolu s výhodne zvolenou bázou Sn 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 Sn, aktívny kov musí mať dostatočnú reakčnú schopnosť s čo najväčšou škálou spájkovaných materiálov. Vznikla tak základná kombinácia pre aktívnu spájku Sn-Sc. Ako aktívna zložka bolo použité skandium. Spájkovacia zliatina sa z dôvodu vylepšenia vlastností legovala tiež striebrom a môže sa pridať aj meď.
Skandium je vysokoreaktívny kov, ktorý je podobný svojimi vlastnosťami hliníku, titánu a lantanoidom, má vysokú afinitu ku kyslíku a ďalším prvkom, ktoré sú zložkami spájkovaných materiálov. V procese spájkovania aktívny kov spájky Sc reaguje s povrchom spájkovaného substrátu, čo zabezpečuje zmáčavosť a následne vznik pevnej väzby. Priemerná šmyková pevnosť spojov bola od 16 do 39 MPa. Ukázala sa výhodná spájkovateľnosť navrhnutej spájkovacej zliatiny Sn-Sc a Sn-Ag-Sc pre rôzne typy materiálov (obr. 1 a 2).
Prehľad obrázkov na výkresoch
Na obr. 1 je graf znázorňujúci šmykovú pevnosť spájkovaných spojov AÚO3/AÚO3, AlN/AlN, SiC/SiC s použitím spájkovacej zliatiny o zložení Sn 98,5 hmotn. % a Sc 1,5 hmotn. %.
Na obr. 2 je graf znázorňujúci šmykovú pevnosť spájkovaných spojov AÚO3/AÚO3, AlN/AlN, SiC/SiC, Al2O3/Cu, AIN/Cu a SiC/Cu s použitím spájkovacej zliatiny o zložení Sn 95 hmotn. %, Ag 3,5 hmotn. % a Sc 1,5 hmotn. %.
Príklady uskutočnenia vynálezu
Príklad 1: Spájkovanie keramiky AlN/AlN
Ako aktívna spájka sa použila spájka so zložením Sn 98,5 hmotn. % a Sc 1,5 hmotn. % v liatom stave. Spájkovanie bolo realizované ohrevom horúcou doskou za podpory aktivácie ultrazvukom s frekvenciou 40 kHz. Teplota spájkovania bola 240 °C.
Príklad 2: Spájkovanie keramiky SiC/Cu
Ako aktívna spájka sa použila spájka so zložením Sn 98,5 hmotn. % a Sc 1,5 hmotn. % vo forme ingotu. Spájkovanie bolo realizované ohrevom horúcou doskou za podpory aktivácie ultrazvukom s frekvenciou 40 kHz. Teplota spájkovania bola 240 °C.
Príklad 3: Spájkovanie keramiky AlN/AlN
Ako aktívna spájka sa použila spájka so zložením Sn 95 hmotn. %, Ag 3,5 hmotn. % a Sc 1,5 hmotn. % vo forme ingotu. Spájkovanie bolo realizované ohrevom horúcou doskou za podpory aktivácie ultrazvukom s frekvenciou 40 kHz. Teplota spájkovania bola 230 °C.
Priemyselná využiteľnosť
Spájkovaciu zliatinu na báze Sn s vhodnou voľbou aktívneho kovu podľa vynálezu možno využívať na spájkovanie keramických a iných ťažko spájkovateľných materiálov, najmä v rámci elektronického priemyslu pri spájkovaní a výrobe výkonových polovodičových súčiastok.
Claims (3)
- PATENTOVÉ NÁROKY1. Aktívna spájkovacia zliatina na spájkovanie kovových, nekovových, keramických, kompozitných materiálov pri teplotách od 225 do 280 °C, vyznačujúca sa tým, že obsahuje skandium v5 množstve od 0,1 až 3 hmotn. % a zvyšok do 100 % je cín.
- 2. Aktívna spájkovacia zliatina podľa nároku 1, vyznačujúca sa tým, že obsahuje striebro v množstve 1,5 až 6 hmotn. %.
- 3. Aktívna spájkovacia zliatina podľa nárokov 1 a 2, vyznačujúca sa tým, že obsahuje meď v množstve od 0,1 do 1 hmotn. %.10 4. Použitie aktívnej spájkovacej zliatiny podľa nárokov 1 až 3 na ultrazvukové spájkovanie kovových a nekovových prvkov, keramických, kompozitných materiálov s kovovou alebo keramickou matricou a iných ťažko spájkovateľných materiálov.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SK50030-2022A SK289191B6 (sk) | 2022-06-07 | 2022-06-07 | Aktívna spájkovacia zliatina na báze Sn legovaná Sc |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SK50030-2022A SK289191B6 (sk) | 2022-06-07 | 2022-06-07 | Aktívna spájkovacia zliatina na báze Sn legovaná Sc |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SK500302022A3 true SK500302022A3 (sk) | 2022-12-21 |
| SK289191B6 SK289191B6 (sk) | 2024-05-22 |
Family
ID=84527733
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SK50030-2022A SK289191B6 (sk) | 2022-06-07 | 2022-06-07 | Aktívna spájkovacia zliatina na báze Sn legovaná Sc |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| SK (1) | SK289191B6 (sk) |
-
2022
- 2022-06-07 SK SK50030-2022A patent/SK289191B6/sk unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| SK289191B6 (sk) | 2024-05-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5041102B2 (ja) | 鉛フリーはんだ合金、接合用部材及びその製造法、並びに電子部品 | |
| Xu et al. | Novel Au‐Based Solder Alloys: A Potential Answer for Electrical Packaging Problem | |
| JP2008080392A (ja) | 接合体および接合方法 | |
| SK500302022A3 (sk) | Aktívna spájkovacia zliatina na báze Sn legovaná Sc | |
| SK9660Y1 (sk) | Aktívna spájkovacia zliatina na báze Sn legovaná Sc | |
| SK9940Y1 (sk) | Mäkká aktívna spájka na báze Zn s prídavkom Mg a Ti, prípadne Al a spôsob spájkovania | |
| SK1112022U1 (sk) | Mäkká aktívna spájka na báze Sn a Ag s prídavkom vanádu a spôsob spájkovania | |
| SK288840B6 (sk) | Mäkká aktívna spájka na ultrazvukové spájkovanie nekovových a kovových alebo dvoch nekovových materiálov pri vyšších aplikačných teplotách | |
| JP2005161397A (ja) | はんだおよびその製造方法 | |
| SK962022A3 (sk) | Mäkká aktívna spájka na báze Au a Sn s prídavkom Ti, prípadne In a spôsob spájkovania | |
| SK8133Y1 (sk) | Mäkká bezolovnatá aktívna spájka a spôsob spájkovania | |
| SK9892Y1 (sk) | Mäkká aktívna spájka na báze Au a Sn s prídavkom Ti, prípadne In a spôsob spájkovania | |
| SK402020A3 (sk) | Mäkká aktívna spájka na báze Zn s prídavkom Mg a Sr pre vyššie aplikačné teploty a jej použitie | |
| SK352019A3 (sk) | Mäkká aktívna spájka na báze Bi-Ag s prídavkom Ti a jej použitie | |
| SK422019U1 (sk) | Mäkká aktívna spájka na báze Bi-Ag s prídavkom Ti a jej použitie | |
| SK572020U1 (sk) | Mäkká aktívna bezolovnatá spájka na báze Zn pre vyššie aplikačné teploty a jej použitie | |
| SK652023A3 (sk) | Mäkká aktívna spájka na báze Zn s prídavkom Mg a Ti, prípadne Al a spôsob spájkovania | |
| SK8575Y1 (sk) | Mäkká aktívna spájka na ultrazvukové spájkovanie nekovových a kovových alebo dvoch nekovových materiálov | |
| Hsi et al. | Interfacial reactions, microstructure, and strength of Sn-8Zn-3Bi and Sn-9Zn-Al solder on Cu and Au/Ni (P) pads | |
| SK10195Y1 (sk) | Nanokompozitná aktívna spájkovacia zliatina | |
| SK500572017A3 (sk) | Mäkká bezolovnatá aktívna spájka a spôsob spájkovania | |
| Laksono et al. | Interfacial reactions in the Sn-9.0 wt.% Zn/Cu-Ti alloy (C1990 HP) couple | |
| JP2016052687A (ja) | はんだ接着体 | |
| Liu et al. | Reliability of adhesion strength of the Sn-9Zn-1.5 Ag-0.5 Bi/Cu during isothermal aging | |
| SK288485B6 (sk) | Mäkká spájka na báze bizmut-striebro s prídavkom lantánu |