SU1215908A1

SU1215908A1 - Method of soldering parts of unsimilar materials

Info

Publication number: SU1215908A1
Application number: SU843767979A
Authority: SU
Inventors: Александр Викторович Громыко; Валерий Иванович Говорухин; Виктор Иванович Дарьин; Валерий Израильевич Додзин; Борис Иванович Ивлев; Татьяна Дмитриевна Кугаева; Виктор Иванович Рябцев
Original assignee: Новосибирский электротехнический институт
Priority date: 1984-07-13
Filing date: 1984-07-13
Publication date: 1986-03-07

Description

I I

Изобретение относитс к пайке,- в частности к способам пайки разнородных материалов, и может быть использовано при соединении керамической подложки с основанием.The invention relates to soldering, in particular to methods for soldering dissimilar materials, and can be used in joining a ceramic substrate with a base.

Цель изобретени - повьшение работоспособности па ных соединений за счет снижени термомеханических напр жений. ...The purpose of the invention is to improve the operability of soldered joints by reducing thermomechanical stresses. ...

На фиг. 1 изображено поперечное. сечение па ного соединени ; на фиг. 2 - прокладка в изометрической проекции.FIG. 1 shows a transverse. solder joint cross section; in fig. 2 - laying in isometric projection.

Способ реализуют следующим образом . В зоне спа керамической подложки 1, покрытой металлизационным споем 2, с металлическим основанием 3 помещена прокладка из эластичного упругого, смачиваемого припоем и теплопровод щего материала с двухсторонним регул рным рельефом 4,. выступы и впадины которого выполне- ны в форме усеченных пирамид, чередующихс в продольном и поперечном направлении (фиг. 2),. Между металлизационным .слоем 2 подложки 1 и прокладкой 4, а также между основанием 3 и прокладкой 4 размещают припой (не показан. Собранные детали нагревают до температуры пайки. Припой смачивает наземные поверхности деталей и усеченные площадки прокладки , после чего следует охлаждение .The method is implemented as follows. In the spa area of a ceramic substrate 1 coated with a metallization joint 2, with a metal base 3, a pad of elastic resilient, wetted by solder and heat-conducting material with a double-sided regular relief 4, is placed. the protrusions and depressions of which are made in the form of truncated pyramids alternating in the longitudinal and transverse directions (Fig. 2). Between the metallization layer 2 of the substrate 1 and the gasket 4, as well as between the base 3 and the gasket 4, solder is placed (not shown. The assembled parts are heated to the soldering temperature. The solder wets the ground surfaces of the parts and the truncated pad areas, followed by cooling.

Использование прокладки предложенной формы позвол ет снизить термомеханическое напр жение не только за счет расчленени па ного шва на отдельные локальные участки, но и з счет расчленени па ного шва на две зоны (металлическое основание - прокладка, прокладка - керамическа подложка) и деформации единичных усеченных форм выпукло-вогнутого рельефа. Термомеханические напр жени при такой прокладке одинаковы в зависимости от формы опорных площадок по двум и более направлени м, т.е. практически изотропны. этом жесткость прокладки значительно менше , чем у прокладки в виде гофра волнообразной формы, включа и сотовую , а значит, така прокладка обеспечивает и лучшее снижение термоме- халических напр жений.The use of a gasket of the proposed form allows reducing the thermomechanical stress not only due to the splitting of the weld seam into separate local areas, but also due to the splitting of the weld seam into two zones (metal base - gasket, gasket - ceramic substrate) and deformation of single truncated shapes convex-concave relief. Thermomechanical stresses with such a gasket are the same depending on the shape of the support sites in two or more directions, i.e. practically isotropic. In this case, the rigidity of the gasket is considerably less than that of the gasket in the form of a corrugated wave, including a cellular one, which means that such a gasket also provides the best reduction in thermomechanical stress.

-Способ осуществл ют следующим, образом.The method is carried out as follows.

1590815908

На поверхность подложки из керамики-поликора размером 30х48х хГ,0 мм в вакууме последовательно напьш ют слои хрома (ЗОО - 500 А,Chromium layers are deposited successively on the surface of a ceramic-polycor substrate 30x48x xG, 0 mm in vacuum (ZOO - 500 A,

5 меди (7 - 8 мкм), затем гальванически осаждают слой золота (2 - 3 мкм) и облуживают олово-индиевым припоем ОИ-52 с использованием 10%- ного спиртово-канифольного флюса.5 copper (7–8 µm), then a layer of gold (2–3 µm) is galvanically precipitated and served with tin-indium solder OI-52 using 10% alcohol-rosin flux.

10 В качеств.е металлического основани используют пластины из алюминиевого сплава размером 30x48x3 мм. Указанное основание покрывают последовательно , сло ми никел (l5 мкм), меди10 Metal base plates used are aluminum alloy plates measuring 30x48x3 mm. The base is sequentially coated with layers of nickel (l5 µm), copper

(5 (6 мкм)и сплавом олово-висмут (9 мкм) и облуживают легкоплавким припоем.(5 (6 microns) and tin-bismuth (9 microns) alloy and serve with low-melting solder.

Прокладку выполн ют из фольги красной меди толщиной 200 мкм методом штамповки или прокатки с обра20 зованием двухстороннего регул рного выпукло-вогнутого рельефа высотой 1 мм в виде усеченных четырехугольг / ных пирамид, опорные площадки которых 1,5x1,5 мм. Такую прокладку по-The gasket is made from a 200-µm-thick copper foil by stamping or rolling with the formation of a double-sided regular convex-concave relief 1 mm high in the form of truncated quadrangular pyramids, the reference areas of which are 1.5x1.5 mm. This gasket is

25 крывают сплавом олово-висмут(7 - 9 мкм а опорные площадки усеченных пирамид с обеих сторон облуживают олово-индиевым припоем.25 are covered with tin-bismuth alloy (7–9 μm and the supporting platforms of the truncated pyramids on both sides serve with tin-indium solder.

Между подложкой и прокладкой помещают фольгу припо толщиной 50 мкм, а сверху на прокладку накладывают металлическое основание.A solder foil 50 μm thick is placed between the substrate and the gasket, and a metal base is placed on top of the gasket.

Пайку образцов производ т в печи в атмосфере азота при 150 С с использованием 10% спиртово канифольного флюса,The samples are soldered in a furnace in a nitrogen atmosphere at 150 ° C using 10% alcohol-rosin flux,

Подложки из поликора, припа нные на металлические основани из сплава данным способом, вьщерживают 1350-1400 термоциклов в диапазонеPolicor substrates, soldered onto metal bases made of an alloy by this method, hold 1350-1400 thermal cycles in the range

° температур -60 - 120 С, в то врем как узлы, изготовленные известными способами, вьщержали 900 термоциклов . Благодар тому, что прокладка вьшолнена из красной меди, улучшаетс теплоотвод, т.е. уменьшаетс тепловое сопротивление. Применение предлагаемого способа пайки обеспечивает снижение температуры тонкопленочного резистора с мощностью рас-° temperatures of -60 - 120 ° C, while the assemblies manufactured by known methods contained 900 thermal cycles. Due to the fact that the gasket is made of red copper, the heat sink is improved, i.e. thermal resistance is reduced. The application of the proposed method of soldering reduces the temperature of a thin-film resistor with the power of

50 се ни 2 Вт на 50 - по сравнению со случаем использовани перфорированной прокладки из силиконовой резины.50 seconds or 2 watts per 50 watts compared to the case of using perforated silicone rubber pads.

Изобретение позвол ет обеспе55 чить качественное и надежное соединение керамики с металлическим основанием, работающих в услови х циклического изменени температур.The invention makes it possible to provide a high-quality and reliable connection of ceramics with a metal base, operating under conditions of cyclic temperature variation.

30thirty

снизить термомеханические напр же- :ни , возниканицие из-за разницы КТР на границах подложка - припой - прокладка и прокладка - припой - основание, за счет пластической деформации припо в зоне спаев и за счет деформации боковых поверхностей элементов в виде усеченнных форм регул рного вьшукло-вогнутогоto reduce the thermomechanical stresses, either because of the difference in the CTE at the boundaries of the substrate — solder — gasket and gasket — solder — base, due to plastic deformation of the solder in the junction zone and due to the deformation of the side surfaces of the elements in the form of truncated regular-shaped shapes - concave

215908 .4215908 .4

рельефа при высоком теплоотводе и повышение производительности про-/ цесса.relief at high heat sink and increased pro- / cess productivity.

I Внедрение предлагаемого способа 5 позволит снизить брак по растрески- ванию подложек; повысить процент выхода годных изделий, качество сборки , надежность и производительность процесса.I The implementation of the proposed method 5 will reduce the scrap for cracking of the substrates; increase the percentage of usable products, build quality, reliability and productivity of the process.

Cpui.ZCpui.Z

Claims

METHOD OF SOLDING PARTS FROM HETEROGENEOUS MATERIALS, mainly! a flat ceramic substrate with a metal base, in which a gasket of elastic, wettable solder heat-conducting material with protrusions and depressions is placed between the parts to be joined, it is heated to soldering temperature and cooled, which is different in order to increase the working capacity - t of the soldered joints by reducing thermomechanical stresses, the protrusions and troughs are made in the form of truncated pyramids, alternating in the longitudinal and transverse directions relative to the plane of the base and soldering is performed on truncated sites.

S11 ,,,, 1215908 of FIG. 1>