SU990449A1 - Способ пайки деталей из разнородных материалов - Google Patents

Description

(54) СПОСОБ ПАЙКИ ДЕТАЛЕЙ ИЗ РАЗНОРОДНЫХ

1

Изобретение относитс  к области пайки, в частности к способам пайки разнородных материалов, и может быть использовано при изготовлении элементов электронной техники .

Известен способ пайки деталей из разнородных материалов, преимущественно плоской металлизированной керамической подложки с металлически.м основанием, при котором между соедин е.мыми детал ми помещают сетку из несмачиваемого припоем материала.

Указанный способ пайки 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. Возникающие в процессе термоциклировани  напр жени , обусловленные разностью коэффициентЬв термического расщирени  материалов, компенсируютс  полностью за счет пластической деформации в слое припо  и упругой деформации сетки, что и исключает растрескивание подложек fl. МАТЕРИАЛОВ

Однако данный способ креплени  подложки к металлическому основанию весьма эффективен лишь при малых уровн х рассеиваемой мощности. При больших мощност х (20 Вт) рассе ни  отдельных элементов, расположенных на подложках, например, тонкопленочных резисторов, используемых в качестве поглотителей отраженной СВЧэнергии , возрастает перепад температур между соедин емыми детал ми. Это обусловлено тем, что резинова  сетка обладает низ10 кими теплопровод  иими свойствами и увеличивает контактное тепловое сопротивле-. ние, вследствие чего ухудшаетс  теплоотвод, возникает перегрев элементов и выход их из стро .

15

Известен способ, устран ющий данный недостаток, при котором с целью улучшени  теплоотвода от керамической подложки сетку выполн ют локальным протравливанием напыленной на керамическую подложку с

20 металлизированной стороны пленки металла, а после помещени  припо  поверх сетки устанавливают рамку, обуславливающую образование микрополостей, заполн емых теплопровод щим .материалом 2 .

Однако данный способ эффективен лишь при услови х рассеиваемой мощности пор дка 20-40 Вт/см2;

Известен способ пайки деталей из разнородных материалов, при котором )1етали собирают, размеща  между ними припой, поджимают, нагревают до температуры пайки и охлаждают.

В процессе охлаждени  после кристалли.зации припо  спа ные детали деформируют, изгиба  в сторону, противоположную изгибу от различи  коэффициентов температурного расширени  спайных материалов 3 .

Недостатком известного способа  вл етс  необходимость проведени  деформировани  спа ных деталей в процессе охлаждени , что усложн ет процесс и делает его неприемлемым дл  деталей электронной техники.

Целью изобретени   вл етс  исключение термического искривлени  и растрескивани  па ных деталей электронной техники.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно способу пайки деталей из разнородных материалов, при котором детали собирают , раз.меща  между ними припой, поджи .мают, нагревают до те.мпературы пайки и охлаждают, перед сборкой металлическое основание изгибают, а при сборке совмещают его с подложкой вогнутой стороной.

На фи1. 1 изображена керамическа  подложка с нанесенным слоем металлизации; на фиг. 2 -- вогнутое металлическое основание , покрытое металлизационным слоем с хорошей с.мачивае.мостью м гкими припо ми; на фиг. 3 - по ное соединение плоской кера .мической подложки с металлическим основанием .

Керамическа  подложка 1, покрыта  слоем металлизации 2, припа на к предваритеельно изогнутому металлическо.му основанию 3 со слоем металла 4, хорошо смачиваемым припосМ через припой 5.

Предварительный изгиб металлического основани  позвол ет практически исключить возникновение напр жений в па ных узлах и повысить термическую прочность спа . Подложки из поликора, припа нные к предварительно изогнутому металлическому основанию из медно-молибденового псевдосплава МД-40, имеющего КТР (80-10- 1/°С), близкий КТР керамики (75-10- 1/°С) после п ти термоударов в режиме -196 С (жидкий азот) + 100°С (кип ща  вода), имели выход годных узлов (без растрескивани ) 70%, в то врем  как узлы, изготовленные без предварительного изгибани  основани , лишь 40%.

Таким образом, предлагаемый способ позвол ет повысить термостойкость узлов болеее чем в 1,5 раза.

Пример. На поверхность керамики поликор размером 30 X 48 X 1 мм вакуумным термическим методом последовательно напылили слои хрома толщиной 300-500 меди (7-8 мкм), затем гальванически осаждали слой сплава олово-висмут толщиной 6-9 мкм. Металлическое основание из .медно-молибденового псевдосилава МД-40 размером 30 X 48 X 0,8 мм покрывали последовательно сло ми никел  (6-9 мкм) и сплава олово-висмут (6-9 мкм), после чего его изгибали на специальной оправке до стрелы прогиба, равной 70-100 мкм. Между подложкой и вогнутой стороной металлического основани  укладывали фольговую пластину припо  ПОСВи-42,0-10,5 и зажимали в опПf- у

равке. Оправка выполнена в виде массивной плиты с установленны.ми над нею на планках подпружиненными штыр ми. Прижим подложки к металлическому основанию осуществл етс  и тью штыр .ми (четыре уста5 навливаютс  ио углам керамической подложки , один - в ее геометрическом центре) усилие иодж1 1а посто нно во всем интервале те.мператур сборки и пайки и составл ет кгс из расчета на оди  штырь.

Па емый зазор в моменты сборки и расплавлени  припо  имеет форму сегмента в поперечном сечении соединени  подложка - металлическое основание, ириче.м при сборке в момент поджати  па емого у.зла подпружиНенными штыр ми происходит частичное изменение высоты сегмента с 70 мкм до мкм, при этом увеличиваютс  и радиус дуги и д.т41на хорды сегмента.

Пайку производили в печи в атмосфере азота при 190-200°С с использованием 10- 30% спирто-канифольного ф..п)са. 0 В процессе иайки в момент расплавлени  давление не снимаетс  и припой при расплавлении не выдавливаетс  вследствие того, что металлическа  пластина сохран ет сегментообразную фор.му, припой находитс  как бы в чаше и удерживаетс  в зазоре за счет капилл рных сил. Давление, прикладываемое в этот момент к подложке, передаетс  только металлическо.му основанию через его концы , не взаимодейству  с прослойкой припо . Подложка в этом случае выполн ет функцию балки с концевыми опорами.

Окончательное выравнивание .металлического основани  происходит в процессе охлаждени  па е.мого узла, когда наир же1И1  снимаютс  за счет перехода упругой деформации металлического основани  в пласти5 ческую деформацию прослойки припо  и при этом раст гивающие напр жени  выравнивают металлическое основание.

Дл  экспериментального подтверждени  предлагаемого технического решени  были изготовлены узлы, металлические основани  у которых предварительно изгибались и имели стрелу прогиба 40 мкм, 50 мкм, 70 мкм и 100 мкм. Количество узлов каждого вида составл ло 20 шт. Оценка термостойкости производилась по испытани м на термоудары в режиме-196°С (жидкий азот)- 100°С (кип ща  вода).

Результаты

испытании представлены в таблице.

Исходное количество

Прогиб металлических оснований, мкм узлов, шт

Количество узлов, выдержавших испытани ,

Claims (3)

1. Как видно из таблицы, наибольшей термостойкостью обладаютузлы, у кofopыx металлические основани  имели прогиб 70 и 100 мкм. Увеличение прогиба до 120-150 мкм приводило к браку узлов по непропа м. Технико-экономический эффект достигаетс  за счет повышени  термостойкости па емых деталей в процессе эксплуатации.. Формула изобретени  Способ пайки деталей из разнородных материалов , преимущественно плоской металлизированной керамической подложки с металлическим основанием, при котЪром детали собирают, размеща  между ними припой. поджимают, нагревают до температуры ii;inки п охлаждают, отличающийс  тем, что, с целью исключени  термического искривлени  и растрескивани , па ных детален электронной техники, перед сборкой мотал.1ичсское основание изгибают, а при сборке совмещают его с подложкой вогнутой стороГюй. Источники информации, .прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 622596, кл. В 23 К 1/ГУ, 12..77
2. 2.Авторское свидетельство СССР jYo 737144, кл. В 23 К 1/19, 11.01.7«.
3. 3.Технологи  пайки твердосплавного инструмента . Под ред. Имщенник К. П., М, ВНИИ, 1968, с. 91 (прототип).

   фиг./

   Л -J

   Фиг.2

   Фиг. 5