SU1137092A1

SU1137092A1 - Method for connecting ceramics with metal

Info

Publication number: SU1137092A1
Application number: SU823473246A
Authority: SU
Inventors: Евгений Алексеевич Кулешов; Петр Исаакович Булер; Людмила Геннадьевна Протасова; Сергей Николаевич Алейников; Сергей Валентинович Пургин
Original assignee: Уральский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им.С.М.Кирова
Priority date: 1982-07-19
Filing date: 1982-07-19
Publication date: 1985-01-30

Abstract

СПОСОБ СОЕДИНЕНИЯ КЕРАМИКИ с МЕТАЛЛОМ путем нанесени на одну из поверхностей неорганического припо , приведени поверхностей в контакт и нагрева, отличающийс тем, что, с целью yiiponieни процесса при сохранении качества соединени , в качестве припо используют нити халькогенидных стекол , которые нанос т на поверхность, предварительно подогретую до 80100 С, а нагрев после приведени поверхностей в контакт осуществл ют в том же температурном, интервале в течение 1-3 мин.A METHOD FOR CONNECTING CERAMICS with METAL by applying an inorganic solder to one of the surfaces, bringing the surfaces into contact and heating, characterized in that, in order to keep the process while maintaining the quality of the compound, chalcogenide glass strands that are applied to the surface are previously heated to 80100 ° C, and heating after bringing the surfaces into contact is carried out in the same temperature range for 1-3 minutes.

Description

1 Изобретение относитс к способам креплени металлических деталей с керамической подложкой при помощи стекла и может быть использовано пр создании герметичных корпусов дл микросхем и полупроводниковых прибо ров. Известен способ изготовлени вакуумплотных ненапр женных металлостекл нных конструкций плоского корпуса дл интегральных микросхем из шликера (например, на основе стекла) путем гор чего лить его по давлением в форму, удалени св зки, спекани сырой заготовки в засыпке и спаивани с металлической арматурой . Известен способ соединени деталей из металла и керамики с применением стекл нных спаев включающий приготовление порошка из стеклоприпо , затем пасты с использованием органического св зующего, которую методом трафаретной печати нанос т на соедин емые поверхности, и сборку , нагреваемую до температуры, при .которой происходит спаивание обеих деталей 21 . Недостатками данного способа вл ютс низкое качество герметизации ( это объ сн етс тем, что в процессе спаивани могут возникнуть микро пустоты либо из-за некачественного нанпсени порошка, либо при испарении органического св зующего, сложность технологического процесса под готовки и нанесени стекл нного спа с использованием органического св зующего , большие энергозатраты, выз ванные необходимостью достижени от носительно высоких температур спаив ни (350 - 550°С), Наиболее близким к предлагаемом вл етс способ соединени металла керамикой с помощью жидкого стекла, которое нанос т на одну из соедин е мых поверхностей, привод т их в кон такт и нагревают. Данный способ позвол ет получать прочные соединени за врем около 25 мин при 20 С и за 3 мин при 40 С, при этом получаемый агат вьщерживает высокие температур а прочность соединени составл ет 600,- 652 кг/см2 з. Однако данный способ имеет р д недостатков . Во-первых, дл прочного , и надежного соединени необходимо использовать промежуточный слой ме2 та,пла, во-вторых, необходимо, чтобы керамика, металл, жидкое стекло (или другой припой) обладали близкими значени ми коэффициента термического расширени (КТР), что ограничивает область применени данного способа, в-третьих, преимущества способа про вл ютс при высоких температурах (свыше 1000 С), а дл меньших температурных интервалов он непригоден. Цель изобретени - упрощение процесса соединени керамики с металлом при сохранении качества соединени . Поставленна цель достигаетс тем, что согласно способу соединени керамики с металлом, включающему нанесение на одну из поверхностей неорганического припо ,приведение поверхностей в контакт и нагрев, в качестве припо используют нити халькогенидных стекол, которые нанос т на поверхность , предварительно подогретую до 80 - 100 С, а нагрев.после приведени поверхностей в контакт осуществл ют в том же температурном интервале в течение 1-3 мин. При этом используют нити диаметром 0,5-1 мм, что определ етс размерами контура. Пример. Спаивание корпуса из металла типа ковар с корундовой подложкой , Нить диаметром 0,5- 1 мм из халькогенидного стекла приводитс в контакт с предварительно нагретой до 80 - 100 С рамкой из сплава типа ковар и прилипает к ней. Затем рамка со стеклом охлаждаетс , помещаетс на корундовую подложку и вновь нагреваетс до 80 - 100 С и отжигаетс в течение мин. Готовый образец подвергаетс испытанию на герметичность. Параметры спаивани приведены в таблице. Сцепл емость (прочность на разрыв ) калькогенидньк стекол различных составов имеет следующие значени при соединении ковара с корундовой подложкой, кг/см : 28,6 1 The invention relates to methods of fastening metal parts with a ceramic substrate using glass and can be used to create sealed enclosures for microcircuits and semiconductor devices. A known method of manufacturing vacuum-tight, non-stressed metal-glass structures of a flat body for integrated microcircuits from a slip (for example, on the basis of glass) by hot-pouring it over pressure into a mold, removing the binder, sintering the raw material in backfill and soldering with metal fittings. There is a known method of joining metal and ceramic parts using glass junctions involving the preparation of a powder from a glass frit, then a paste using an organic binder, which is screen printed onto the joining surfaces, and the assembly is heated to the temperature at which soldering occurs. both parts 21. The disadvantages of this method are poor sealing quality (this is due to the fact that during the process of soldering micro voids can occur either due to poor powder nanopsy or the evaporation of an organic binder, the complexity of the preparation and application of a glass spa using organic binder, large energy consumption caused by the need to achieve relatively high temperatures of soldering (350 - 550 ° C). The closest to the present is the method of metal bonding and ceramics using liquid glass, which is applied to one of the joining surfaces, brings them into contact and heats up.This method allows to obtain strong joints in about 25 minutes at 20 ° C and 3 minutes at 40 ° C, the resulting agate results in high temperatures and the strength of the compound is 600, - 652 kg / cm2. However, this method has several disadvantages. First, for a strong and reliable connection, it is necessary to use an intermediate layer of metal, second, it is necessary that ceramics, metal, water glass (or nother solder) have close values of coefficient of thermal expansion (CTE), which limits the field of application of this method, thirdly, the advantages of the process are manifested at high temperatures (above 1000 C) and for smaller temperature intervals it unusable. The purpose of the invention is to simplify the process of combining ceramics with metal while maintaining the quality of the compound. The goal is achieved by the method of joining ceramics with metal, including applying an inorganic solder to one of the surfaces, bringing the surfaces into contact and heating, using chalcogenide glass filaments, which are applied to the surface preheated to 80-100 ° C. and heating after bringing the surfaces into contact is carried out in the same temperature range for 1-3 minutes. In this case, threads with a diameter of 0.5-1 mm are used, which is determined by the dimensions of the contour. Example. Soldering the body from the Kovar-type metal with a corundum substrate. The thread with a diameter of 0.5-1 mm from chalcogenide glass is brought into contact with the covar-type alloy preheated to 80-100 ° C and adheres to it. Then the frame with glass is cooled, placed on a corundum substrate and reheated to 80 - 100 ° C and annealed for min. The finished sample is subjected to a leak test. Soldering parameters are given in the table. The adhesion (tensile strength) of calcogenidic glasses of various compositions has the following values when connecting a covar with a corundum substrate, kg / cm: 28.6

Те, A2,4Those A2.4

6,16.1

6,S6, S

bog А1,лbog A1, l

A A

U,5,U, 5,

16,7 кг/см16.7 kg / cm

Термостойкость полученных спаев ча основе стекол системы S-Se и S-Se-A1 (составы 1, 2, 6, 7, 8), определенна методом быстрого охлаждени от температуры спаивани 80-100°С (в зависимости от теМпера .туры стекловани Т) до комнатной (20°С) путем переноса издели на металлическую плиту составл ет 60-80С.The heat resistance of the obtained solders based on the glasses of the S-Se and S-Se-A1 system (compositions 1, 2, 6, 7, 8), determined by the method of rapid cooling from the temperature of soldering 80-100 ° C (depending on the glass transition temperature T ) to room temperature (20 ° C) by transferring the product to a metal plate is 60-80 ° C.

По предлагаемому способу получен герметичный спай на основе стекол систем S-Se и S-Se-Af, который обеспечивает создание разрежени не менее 10 мм рт.ст. Вакуумна плотность получаемых соединений металла с керамикой,, когда практически исключена возможность образовани сквозньпс пор в соедин ющем слое, по1370924According to the proposed method, a sealed junction was obtained on the basis of glasses of the S-Se and S-Se-Af systems, which ensures the creation of a vacuum of at least 10 mm Hg. The vacuum density of the obtained compounds of the metal with ceramics, when the possibility of the formation of pores in the connecting layer is practically excluded, by 1370924

видимому, определ етс давлением насьщенного пара над халькогенидным стеклом, а поскольку в обычных услови х (ниже Ttf) давление пара незначительно (дл S при - 3,79 атм, дл Se при 67°С - 1,32apparently, it is determined by the pressure of the saturated vapor over the chalcogenide glass, and since under normal conditions (below Ttf) the vapor pressure is insignificant (for S at - 3.79 atm, for Se at 67 ° C - 1.32

-К-TO

атм), то нарушени вакуумплот-atm)

10ten

1НОСТИ спа не происходит.1st of spa does not occur.

Достаточно высока прочность сцеплени соединени металла с керамикой при помощи халькогенидных стекол обеспечиваетс их хорошими адгезионными свойствами (например, отмечаетс хороша адгези стекол систем AS-Ti-S, As-Ti-Se и AS-Se-S к различным метсшлам Си, Ag, Aj, Ni, ковар и др.), что объ сн етс химическим взаимодействием стекла с металлами .The high adhesion strength of the metal to ceramics using chalcogenide glasses is ensured by their good adhesion properties (for example, good adhesion of the glass of the AS-Ti-S, As-Ti-Se and AS-Se-S systems to various sludge Cu, Ag, Aj is noted. , Ni, Kovar, etc.), which is explained by the chemical interaction of glass with metals.

Предлагаемый способ соединени металлических и керамических деталей обеспечивает (по сравнению с известными ) повьшение качества и увеличение выхода годной продукции, так как возникновение микропор при исползовании припо в монолитном состо нии невозможно.The proposed method of joining metal and ceramic parts provides (in comparison with the known ones) a quality improvement and an increase in the yield of useful products, since the occurrence of micropores when using solder in a monolithic state is impossible.

i-ч -4ih -4

Обеспечивает вакуум 10 - мм рт.ст.Provides a vacuum of 10 mm Hg.

Claims

METHOD FOR CONNECTING CERAMICS WITH METAL by applying inorganic solder to one of the surfaces, bringing the surfaces into contact and heating, characterized in that, in order to simplify the process while maintaining the quality of the connection, chalcogenide glass filaments are used as solder, which are applied to a surface that has been previously heated to 80 100 ° C, and heating after bringing the surfaces into contact is carried out in the same temperature range for 1-3 minutes.

U,. „1137092 <8