SU737144A1 - Способ пайки деталей из разнородных материалов - Google Patents

Description

(54) СПОСОБ ПАЙКИ ДЕТАЛЕЙ ИЗ РАЗНОРОДНЫХ

I

Изобретение относитс  к пайке, в частности к способам пайки разнородных материалов , и может быть использовано в электронной технике.

хИзвестен способ пайки разнородных материалов , при котором между соедин емыми детал ми размещают компенсационные прокладки из материала, смачиваемого припоем и имеющего коэффициент термического расщирени  (КТР) средний между па емыми материалами 1.

Однако данный способ не позвол ет полностью ликвидировать термомеханические .напр жени .

Известен также способ пайки, при котором в зазоре между соедин емыми детал ми размещают сетку из металла, смачиваемого припоем 2.

Однако применение сетки лищь частично компенсирует различие КТР соедин емых материалов за счет пластической деформации в толстом слое припо .

Известен способ пайки деталей из разнородных материалов, преимущественно плоской металлизированной керамической подлож} :и с металлическим основанием, при котором соедин емыми детал ми разМАТЕРИАЛОВ

мещают сетку из несмачиваемого припоем материала и припой, после чего производ т нагрев до температуры пайки 3. Данный способ позвол ет снизить термомеханические напр жени  и повысить термическую прочность спа  за счет расчленени  спа  на множество локальных точек пайки и помещени  в зону спа  между керамикой и металлом упругой сетки из силиконовой резины.

Однако данный способ пайки керамики с металлами эффективен лищь при малых 10 уровн х рассеиваемой мощности.

При больщих (20 Вт/см 2) удельных мощност х рассеивани  керамическими элементами , расположенными на керамической подложке , например, тонкопленочных резисторов , используемых в качестве поглотителей отраженной СВЧ энергии, возрастает перепад температур между соедин емыми детал ми. Это обусловлено тем, чторезинова  сетка обладает низкими теплопровод щими свойствами и увеличивает контактное 20 тепловое сопротивление, вследствие чего ухудщаетс  теплоотвод, возникает перегрев элементов и они выход т из стро .

Цель изобретени  - улучшение теплоотвода от керамической подложки.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что сетку получают,путем напылени  пленки металла на металлизированную поверхность керамики с последующим локальным протравливанием указанной пленки, производ т лужение смачиваемой поверхности металлизированной керамики и поверх сетки устанавливают рамку, обусловливаюпдую образование микрополостей, а после пайки микрополости заполн ют теплопровод щим материалом .

На фиг. 1-5 изображена последовательность операций при изготовлении керамиеской подложки и частичной сборке па емого узла; на фиг. 6 - па ное соединение плоской керамической подложки с металлическим основанием; на фиг. 7 - сечение

А-А на фиг. 6.

Способ осуществл етс  следующим образом .

Первоначально на керамическую подложку I (фиг. 1) нанос т сплощной металлизированный слой 2,,имеющий хорощую способность смачиватьс  м гкими припо ми. Затем на металлизированный слой 2 напыл ют слой металла 3, который гтраКтически не смачиваетс  м гкими припо ми, и провод т локальное его травление на всю толщину путем фотолитографии. Полученный рисунок облуживают, при этом вскрыУые окна в материале 3 заполн ютс  припоем, обрйзу  столбики 4. На подготовленную таким образом подложку устанавливают рамку 5. Затем к металлическому основанию 7 припаивают с помощью столбиков припо  керамическую подложку. В зоне спа  между подложкой и металлическим основанием образуютс  микрополости 6, которые заполн ют теплопровод щим материалом 8 через отверстие 9 в рамке.

Пример. На поверхность подложки из керамики типа «Поликор размером 30 X Х48Х 1 мм последовательно напыл ют слои хрома толщиной ЗООд-бОО А, меди 7-8 мкм) и хрома (300-500 А). Затём по слою хрома , нанесенного на медь, провод т фотолитографию , в результате которой на поверхности подложки получают рисунок, представл ющий собой сетку с квадратными  чейками размером 1 X 1 мм с щагом 2 мм. Слой хрома протравливают на всю толщину, в результате чего в  чейках обнажаетс  слой меди . Затём подложку .погружают в ванну с расплавленным припоем на основе олова и инди  типа ОИ-52, при этом вытравленные  чейки заполн ютс  данным припоем, образу  столбики высотой 200-300 мкм. Образование последних происходит за счет сил поверхностного нат жени  и .хорошей смачиваемости участков медной пленки припоем .

В качестве металлического основани  используют пластины из алюминиевого сплава Д-16 размером Збх 48 X 2 ЖгШкрытьг слоем никел  (15 мкм), меди (6 мкм) и спла737144

вом олово-висмут (9 мкм) и облуженные припоем ОИ-52.

Между подложкой и пластиной укладывают фольгу припо  ОИ-52 толщиной 50 мкм и несмачиваемую припоем никелевую рамку толщиной 200 мкм и щириной 2 мм. Эта рамка обеспечивает образование микрополостей в зоне спа  между подложкой и металлическим основанием, что создает услови  дл  формировани  в зоне спа  множества столбиков припо , соедин ющих собой подложку с основанием. Поскольку сетка на подложке выполнена с щагом, позвол ющим чередовать участки, смачиваемые и несмачиваемые припоем, то столбики припо  повтор ют этот щаг, поэтому между ними образуетс  пространство, в котором они могут деформироватьс  при возникновении термомеханических напр жений и тем самым компенсировать их.

Пайку образцов производ т в печи в атмосфере азота при +150°С с использованием контрольно-спиртового флюса.

Подложки из поликора, припа нные на металлические основани  из сплава Д-16 предлагаемым способом, выдерживают 750 - 800 термоциклов в диапазоне температур от -60 до +120°С.

Подложка опираетс  своими кромками на рамку так, что между металлическим основанием и подложкой образуютс  микрополости . Через отверстие в рамке этот зазор заполн ют теплопровод щим материалом в виде жидкости, в виде пасты, приобретающей текучесть при нагреве, а затем твердеющей, и т. д. с- наполнител ми из вь1сокодисперсных очищенных окислов и металлов . Так, заполнение микрополостей алюминиевой пудрой, смещанной с техническим маслом или теплопровод щей пастой типа КПТ-8 снижает тепловое сопротивление в 3-4 раза. Благодар  тому, что имеютс  микрополости , наибольщий эффект дает применение пасты на основе окиси берилли . Расчеты показывают, дл  резистора, расположенного на подложке, с мощностью рассе ,ни  1 Вт заполнение микрополостей пастой КПТ-8 дает снижение температуры резистора примерно на 100°С по сравнению с температурой резистора, когда между подложной и металлическим основанием расположена резинова  сетка. Так как паста обладает достаточной в зкостью, она не вытекает из микрополостей в течение срока службы аппаратуры.

Таким образом, предлагаемый способ соединени  позвол ет обеспечить качественное и надежное соединение керамики с металлом работающее в услови х циклических изменений температур, и улучщить теплоотвод за счет того; что подложка опираетс  своими кромками на рамку и при этом между металлическим .основанием и подложкой в зоне спа  образуютс  микрополости, заполненные теплопровод щим материалом.

Уменьшение термомеханических напр жений , возникающих из-за разницы КТР на границах подложка-припой и припой-ме-, таллическое основание, происходит за счет пластической деформац ии столбиков специальной формы и высоты, образованных припоем в зоне спа . Соединение в этом случае  вл етс  «островковым и распределение общего напр жени  представл ет собой сумму локальных напр жений, которые завис т от геометрической формы столбиков припо . Увеличение высоты столбиков припо  в соединении приводит к уменьшению объемного напр жени  сдвига, а также максимального локального напр жени  сдвига. Это св зано с тем, чтосувеличением высоты столбиков (т. е. толщины рамки) измен етс  площадь горизонтального поперечного сечени  столбиков, вли ющего на распределение локального напр жени .

Наличие микрополостей позвол ет улучщить отвод тепла от подложки путем заполнени  их теплопровод щим материалом.

Claims (3)

1.Имшенник К- П. и Бухман Н. А. Технологи  пайки твердосплавного инструмента . М., Машгиз,1954, с. 28-38.

2.Лашко Н. Ф. и Лашко С. В. Пайка металлов. М., «Машиностроение, 1977, с. 175-176.

3.Авторское свидетельство СССР по за вке № 2473300/25-27, 12.03.77.

J 2.

/I

J