Способ бесфлюсовой пайки деталей

 

Изобретение относится к пайке, в частности к способам бесфлюсовой пайки легкоплавкими припоями, и позволяет повысить качество паяного соединения и производительности за счет активирования процесса удаления загрязнений из зоны пайки. На одну из соед1 няем)1Х поверхностей наносят покрытие из припоя, содержащего индий , а на другую - двухслойное покрытие из припоя, содержащего висмут; Нижний слой выполняют в виде матового покрытия толщиной 3-12 мкм с содержанием висмута в количе.стве 2-20 мае. %, а верхний слой в виде блестящего покрытия толщиной 3-6 -мкм с содержанием висмута 0,1-0,5 мас,%. Двухслойное покрытие имеет способпость поглотать в собственньпг объем загрязнения, в том числе окислы из зоны первоначального контакта соединяемых поверхностей . В этом случае эффект геттею рирования проявляется на межфазной Границе матовое-блестящее покрытие.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ЯО (51) 4 В 23 К 1/20

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3943069/25-27 (22) 27.06.85 (46) 15.12.86. Бюл. Р 46 (72) В.Б.Калинникова, А.В.Цыкни, Е!.Г.отмахова и Б.В.Маркин (53) 621. 791. 3 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

730504, кл. В 23 К 1/20, 1978.

Заявка Великобритании 1 "- 2104817, кл. В 23 К i/00, 1983. (54) СПОСОБ БЕСФЛЮСОВОЙ ПАЙКИ ДЕТАЛЕЙ (57) Изобретение относится к пайке, в частности к способам бесфлюсопой пайки легкоплавкими припоями, и позволяет повысить качество паяного соединения и производительности за счет активирования процесса удаления загрязнений из эоны пайки. Па одну из соединяемых поверхностей наносят покрытие из припоя, содержащего индий, а на другую — двухслойное покрытие из припоя, содержащего висмут.

Нижний слой выполняют в виде матового покрытия толщиной 3-12 мкм с содержанием висмута H количесTíå 2-20 мас. Я, а верхний слой и виде блестящего покрытия толщиной 3-6 -мкм с содержанием висмута 0,1-0,5 мас.7. Двухслойное покрытие имеет способность поглощать в собственный объем загрязнения, в том числе окислы из зоны первоначального контакта соединяемых поверхностей. В этом случае эффект геттерирования проявляется на межфазной границе матовое-блестящее покрытие.

1?7б452

Если толщива блестящего слоя менее

3 мкм, то такой слой не обеспечивает полную защиту пористого активного матового слоя от контакта с внешним объемом в межоперационный период и

Изобретение относится к пайке, в частности к способам бесфлюсавой пайки легкоплавкими припоями, и может быть использовано в электронной технике.

Пелью изобретения янляется повышение качества паяпого соединения и повышение производительности путем актинирования процесса удаления загрязнений из зоны пайки.

Способ осуществляют следующим абразом.

На одну из соединяемьгх деталей наносят покрытие из припоя, содержащего индий, а на другую — двухслойное покрытие из припоя, содержацего висмут. ЕТажний слой вышолняют в виде матового покрытия толциной 3-12 мкм с содержанием висмута I3 количестве

?-?О мас.7, а верхний слой н виде блестящего покрытия толщиной 3-бмкм с содержанием висмута С,1-0,">мас.Е.

Детали собирают, сжимают, нагревгнот до температуры ньпзе температуры начала плавления более легкапланког0 из используемых припоев и производят диффузионную выдержку до завершения затвердевания припая.

Двухслойное покрытие в отличие от каждого из составляющих clfopB имеет способность поглощать н собс-.пенный объем (за счет объемного геттериронания) загрязнения, в том числе окислы из зоны первоначального ко::стакта соединяемых поверхностей. В этом случае эффект геттериравания проявляется на межфаэнай границе матоноеблестяцее покрытие, за счет которого при наличии двухфазной структуры первой пористой с развитой поверхностью и второй блестящей плотной изменяются состав и свойства двухслойного покрытия. Это способствует уменьшению н

5-1С раз времени взаимодействия припайного двухслойного олово-висмутового покрытия с припоем, содержащим индий. Причем определяющим при пайке н достижении эффекта геттерирования двухслойной поверхностью является блестящий слой с платной гладкой по верхностью, обеспечивающей надежный контакт с припайным слоем, содержащим индий.

40 при пайке и, следовательно, не образуется необходимая граница раздела между матовым и блестящим покрытиями.

Время процесса пайки в этом случае увеличивается вследствие необходимости обеспечения газовыделения и восстанонлекия окислов на всей развитой матовой поверхности, что не нсегца возможно достичь при низких температурах.

Если толщина верхнего блестящего слоя превышает б мкм, структура поверхностного слоя двойного покрытия приближается к структуре блестящего.

Граница раздела матово-блестящего покрытия становится удаленной от зоны контакта соединяемых поверхностей настолько, что унеличивается время взаимной диффузии через блестящее покрытие компонентов иэ граничного слоя и из зоны контакта соединяемых поверхностей. В этом случае увеличивается и время пайки.

Толщина матового подслоя тоже оказывает влияние на время пайки. Если паяемые детали имеют толщину матового подслоя в днухслойном покрытии менее

3 Iпсм То уменьшить время панки сах раняя прочность соединения, ке удается. Это, по-видимому, связано с недостаточной величиной активного объема, образуемого пористым матовым подслоем, а также нлиянием материала или подслоев покрытий, расположенных н непосредственной близости к матовому висмутовому покрытию.

Вследствие того, - то одним из условий образования паякого соединения является диффузия висмута с одной паяемой поверхности на другую, то концентрация его н слоях припайного покрытия имеет существенное значекие.

При применекии олово-нисмутового двухслойного покрытия основным источником висмута должен быть матовый подслой. Эта обеспечивает предпочтительную диффузию висмута па развитой понерхности кристаллов матового подслоя и образование концентрационной аномалии на границе раздела матовыйблестящий слой, где распределение компонентов олова и висмута по глубине алово-висмутового покрытия, повидимому, и является одной из основных предпосылок возникновения явления геттериронания.

Установить явления фракционирования Bi с выходом «Ia поверхность и

Способ бесфлюсовой пайки деталей, преимущественно микрополо"ковых плат с металлическим основанием, при котором на одну из деталей наносят покрытие из припоя, содержащего индий, на другую — покрытие иэ припоя, содержащего висмут, детали собирают, сжимают, нагревают до температуры выше температуры начала плавления более легкоплавкого припоя и производят диффузионную выдержку до завершения затвердевания припоя, о т л и ч а юшийся тем, что, с .целью повышения качества паяиого соединения и повышения производительности путем активирования процесса удаления загрязнений из эоны пайки, покрытие, . содержащее висмут, наносят в два слоя, причем нижний слой выполняют в виде матового покрытия толщиной

3-12 мкм с содержанием висмута в количестве 2-20 мас.7., а верхний слой в виде блестящего покрытия толщиной

3-6 мкм и содержанием висмута О, 10 5 мас.7.

ВНИИПИ Заказ 6618/10 ТиРаж 1001 Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

3 1276 геттерирования в двухслойном покрытии Бп-Bi переменного состава удалось благодаря послойному анализу многослойной системы методами электронной (ЭОС) и ионной (СОРИНЭ) спектроскопии. Поэтому состав компонентов в слоях висмутового покрытия выбирается из соотношения: матовый подслой содержит 2-207. Bi а блестящий

0,1-0,57 Bi. t0

Если содержание Bi в матовом подслое менее 27, то эффекта уменьшения времени пайки при сохранении прочности соединения не наблюдается.

Увеличение содержания висмута в 15 матовом подслое более 207 связано не только с технологическими трудностями осаждения сплава с повышенной концентрацией висмута, но также в этом случае увеличивается вероятность об- 20 раэования в шве легкоплавких составляющих системы Bi-In (Т " 72, 89 о пп. и 109 С), которые понижают прочность и устойчивость несогласованных соединений к воздействию циклической 25 смены температур.

Блестящий плотный слой применяется с малыми добавками Bi.

Увеличение концентрации Bi более

0,57 при сохранении блестящих свойств З0 слоя приводит к увеличению дефектности плотного покрытия и, следовательно, к нарушению его защитных свойств.

Это увеличивает площадь непропаев в шве и уменьшает прочность сое35 динения.

Пример. Поверхность микрополосковой платы, выполненной на поликоровой подложке размером 15х24х0 5 покрывают покрытием хром-медь (тол40 щина слоя хрома О, 03 мм, меди — 6 мкм), барьерным подслоем никеля 0,3 мкм и двухслойным покрытием сплава олово-висмут (матовый слой толщиной

6 мкм содержит 37 В1, ост. Sn блес45 тящий слой толщиной 5 мкм 0,37 Bi ост..$п).

На металлическую пластину (основание), выполненную иэ сплава АМц толщиной 4 мм и размером 24х30 мм, на50 носят химическое никелевое покрытие толщиной 18 мкм, подслой гальваничес452 4 кого никеля толщиной G 3 мкм, а затем двухслойное покрытие сплава олововисмут (матовый слой толщиной 6 мкм содержиФ 37 Bi, ост. Sn, блестящий слой толщиной 5 мкм содержит 0,37 Bi ост. Sn), Припойным покрытием, содержащим индий, служит двухсторонняя плакировка из припоя ПОИ-50 на прокладке толщиной О, 15 мм иэ свинца (свинец 0000), которую укладывают между соединяемыми деталями. Детали сжимают зажимами с усилием 0,01 мПа и устанавливают в водородную печь.

Пайку проводят прн 150 С в течение

30 мин.

Качество соединений оценивали по результатам механических испытаний паяных образцов на срез.

Величина предела .прочности на срез (<,р. ) составляла яе менее 12 МПа, а время пайки в 5 раэ меньше, чем в случае пайки с однослойным покрытием из припоя, содержащего висмут.

Формула изобретения