Способ изготовления алюминиевых корпусов модулей

 

Изобретение относится к пайке, в частности к способам подготовки перед пайкой поверхностей деталей корпусов СВЧ-модулей из алюминиевых сплавов. Цель изобретения - улучшение смачиваемости и повышение стабильности паяемости. Перед пайкой на соединяемые детали наносят двухслойное покрытие с легированным подслоем на основе никеля Компоненты внешнего слоя покрытия выбирают с меньшим сродством к кислороду, чем наиболее активный компонент легированного подслоя. Отношение толщины внешнего слоя к толщине подслоя составляет 0,02 - 0,2. После нанесения внешнего слоя производят отжиг деталей в интервале температур, при которых преобладает зернограничная диффузия легирующего компонента Затем осуществляют пайку. Способ позволяет повысить выход годного при изготовлении корпусов СВЧ- модулей. 1 табл.

СОКЭЗ СОО1 1СКИХ

СО11ИАЛ ИСТИНЕ СКИХ

1 Е Г ПУБЛИК

1 11с В 23 К 1/20

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4662707/27 (22) 15.03.89 (46) 23.06.91. Бюл.М.23 (72)A.В.Цыкин, В.Б.Калинникова и Б.В.Маркин (53) 621.791.3 (088.8) (56) Электронная техника. Сер. Электроника

СВИ, 1979, вып. 7, c;104 — 111. (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АЛЮМИНИЕВЫХ КОРПУСОВ МОДУЛЕЙ (57) Изобретение относится к пайке, в частности к способам подготовки перед пайкой поверхностей деталей корпусов СВЧ-модулеи из алюминиевых сплавов, Цель изобретения — улучшение смачиваемости и

Изобретение относится к пайке, в частности, к способам подготовки перед пайкой поверхностей деталей корпусов СВЧ-модулей, изготовленных из алюминиевых сплавов, Цель изобретения — улучшение смачиваемости и повышения стабильности паяемости.

Перед пайкой на соединяемые детали наносят двухслойное покрытие с легированным подслоем на основе никеля. Компоненты внешнего слоя покрытия выбирают с меньшим сродством к кислороду, чем наиболее активный компонент легированного подслоя, Соотношение толщин слоев составляет 0,02 — 0,2. После нанесения внешнего слоя производят отжиг деталей в интервале температур, при которых преобладает зернограничная диффузия легирую5Ы,, 1657311 Al повышение стабильности паяемости. Перед пайкой на соединяемые детали наносят двухслойное покрытие с легированным подслоем на основе никеля. Компоненты внешнего слоя покрытия выбирают с меньшим сродством к кислороду, чем наиболее активный компонент легированного подслоя. Отношение толщины внешнего слоя к толщине подслоя составляет 0,02 — 0,2. После нанесения внешнего слоя производят отжиг деталей в интервале температур, при которых преобладает зернограничная диффузия легирующего компонента, Затем осуществляют пайку, Способ позволяет повысить выход годного при изготовлении корпусов СВЧмодулей. 1 табл. щего компонента. Затем осуществляют пайку.

Состав двухслойного покрытия, толщину отдельных слоев и режим технологической адгезионной обработки выбирают с учетом свойств легирующих компонентов покрытия. Внешний слой выполняет роль регулятора (дозатора) диффузии на поверхность легирующего компонента из подслоя, а барьерная эффективность этого слоя обеспечивается термообработкой и правильным соотношением толщин слоев, Термообработка слоистой структуры, содержащей слои с легирующим элементом, имеющим высокое сродство к кислороду(фосфор, марганец), является необходимой технологической операцией, В процессе нагрева в легированном подслое за счет сегрегации легирующего компонента происходит формирование двух слоев, один из которых—

1657311 обогащенный (сегрегированный) активным легирующим компонентом, а другой — обедненный им. Причем формирование сегрегированного слоя в данном способе происходит не на поверхности, а вблизи границы легированный подслой — внешний слой многослойного покрытия. Экспериментально установлено (послойной О)Кеспектроскопией), что наличие межфазной границы не препятствует формированию в процессе нагрева двухслойной структуры.

Сформированная термообработкой граница раздела фаз с одной стороны является барьером для диффузии вредных примесей иэ объема толстого слойного покрытия, а с другой стороны способствует образованию вблизи нее эоны повышенной концентрации легирующего компонента, который является раскислителем тонкого приле ающего слоя внешнего покрытия.

Если внешний слой íаносится гальваническим способом, а легированный подслой — химическим, То возникающий в процессе нагрева градиент напряжений на границе химическое покрытие — гальваническое покрытие активирует процесс разделения (сегрегацию) компонентов химически осажденной многокомпонентной системы.

Это обстоятельство также является причиной повышения активности внешнего слоя эа счет формирования в области границы раздела фаэ сравнительно тонкого слоя активной примеси из подслоя, которая частично раскисляет внешний слой покрытия.

Отжиг тугоплавких покрытий (на основе никеля, меди, палладия и др.) должен про изводиться при температуре не выше

230 С, так как именно в этом темпера.урном интервале в системе металлов. имею щих высокую температуру плавления, процесс диффузии происходит преимущественно по границам зерен.

С повышением температуры увеличивается вероятность связывания легирующего компонента в химическое соединение. В этом случае диффузия легирующего компонента в свободном состоянии затруднительна и раскисление внешнего слоя легирующим компонентом не представляется возможным. Применение при отжиге восстановительной или инертной среды способствует диффузии легирующего компонента.

Рассмотрим влияние глотношения толщин слоев многослойно о покрытия на паяемость.

Первоначально наносимое на труднопаяемые материалы, как ппавило, химическим способом легиролан зе покрытие выполняет одновременно «н икоррозион5

55 ную защитную функцию по отношению к основному материалу, Обычно толщина покрытия в этом случае составляет h = 9 — 18 мкм, При уменьшении толщины покрытия на таких материалах как алюминий и титан возможно растрескивание и нарушение сплошности покрытия в условиях циклического изменения температуры. Увеличение толщины покрытия более

18 мкм приводит к увеличению напряженности в верхних слоях покрытия и его скалыванию. 4еМ тоньше верхний слой, тем активнее происходит его раскисление легирующим компонентом из подслоя, Однако при отношении толщины внешнего слоя к толщине подслоя менее 0,02 барьерная эффективность внешнего слоя уменьшается, вследствие чего легирующий компонент свободно диффундирует на поверхность и окисляется.

Увеличение отношения толщины внешнего слоя к толгцине подслоя более 0,2, как экспериментально установлено, практически исключает воздействие в процессе пайки легирующего компонента на паяемость внешнего слоя.

Важным условием, обеспечивающим реализацию предлагаемого способа улучшения паяемости, является соблюдение соотношения активностей к кислороду компонентов легированного покрытия и компонентов внешнего слоя.

Как показали эксперименты, раскисление материала легирующей добавкой возможно только в том случае, если сродство к кислороду легирующего компонента выше, чем сродство к кислороду материала основы. вследствие чего и раскисление верхнего слоя металлического покрытия эа счет диффузии легирующей добавки из подслоя многослойного покрытия возможно только в случае, когда компоненты внешнего слоя металла или сплава обладают меньшим сродством к кислороду, чем наиболее активный компонент внешнего слоя покрытия.

Пример. Подготовка поверхности деталей перед пайкой.

Перед нанесением покрытия детали иэ сплава АМц обрабатывают травлением в

Na0H, затем в растворе НМОз+ HF осветляют в НМОз, и промывают в деионизованной воде. Далее наносят химическим способом легированное покрытие никель-форфор (до

12 P), в качестве подслоя используя электролит следующего состава:

Серно-кислый никель NiSOn.7Н20 20 -- 25 г/л

Гипофосфит натрия 25 — 30 г/л

Уксусная кислота ледяная б — 10 г/"

Уксусно-кислый натрий 10 — 15 I /ë

Молочнач кислота 30 — 35 мл

Тиомочевина 0,001 — 0,0032 г/л

Характеристика электролита: р — 4,1 н

4.2; T»ii, = 78 -- 82 С.Толщина легированного подслоя никель-фосфор составляет 18 мкм.

После нанесения подслоя детали отжигают в водороде или на воздухе при 200—

230 С в течение 1 ч для обеспечения адгезионного сцепления покрытия и материала основы.

После отжига поверхность деталей декапируют в растворе Н чОз, промывают в деионизованной воде и наносят гальваническим способом внешний слой никеля толщиной 1 мкм. Отношение толщины верхнего слоя к толщине легированного подслоя составляет не менее 0,056.

Затем детали отжигают в инертной или восстановительной среде (азот или водород с температурой точки росы не выше 40"С).

Режим отжига выбирают в интервале температур 200 — 230"С при времени выдержки 1 ч.

После такой обработки на поверхности внешнего слоя покрытия деталей методами

ОЖе-спектроскопии и вторичной ионной масс-спектроскопии регистрируют отсутствие или наличие фосфора, по которой судят о склонности поверхности к окислению.

Детали, успешно прошедшие все виды испытаний на пяемость по рассмотренной технологической цепочке, имеют поверкно сти. при одные для проведения операций сборки СВ4-узлов в условиях промышленного производства. 8. случае смачивания

5 припоем менее 80ф, площади подготовка поверхности считается неудовлетворительной. Результаты испытаний приведены в таблице.

Использование предлагаемого способа

10 позволит повысить выход годного при изготовлении корпусов СВЧ-модулей.

Формула изобретения

15 Способ изготовления алюминиевых корпусов модулей, включающий нанесение двухслойного покрытия с легированным." подслоем на основе никеля и пайку, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью улучшения, 20 смачиваемости и повышения стабильности . паяемости за счет дозированного легирова- ния внешнего слоя компонентами подслоя, отношение толщины внешнего слоя к толщине подслоя составляет 0,02 — 0,2, а ком25 поненты внешнего слоя покрытия выбирают с меньшим сродством к кислороду, чем наиболее активный компонен г легированного подслоя, при этом после нанесения внешнего слоя детали отжигаки в интервале темпе30 ратур, при которых преобладает зернограничная диффузия легирующего компонента.

1 ф x x

Х 1 ! хо«у уох

1 34 О х о

Гъах с х о о

С. т х

I 1l с

«л

I с

J х о

У (ГЪ

1: I

3 а t3 х с

1I х

Ф 43 х

*огг х (.O а о ы

СЪ О О о х г3

1 х

1I х л х х о а и 3- O о ф ь т о

O O

СО СО

Г. *

o, x

1 а 3I 11 о о

СГ о

ОХЪ СЪ (О СО

Ю 3!

О У х

1I

СГ и и 3 ооо ооо оо о о

1 1 I с о ! о э ло ах а

1 сх эо ! u«u« ! ф

Х 3. хъ

»о 1

ЫЪч

ЪГЪ ЪГЪ

l/l Irc

Ъ Г4 О (ъ (ъ rl

ЪГЪ (Ъ г Ъ

У I

1l У

x f е

1I t! х х

I г. !

О (3

ГЪ

CO о о

D о о о

ЪГЪ (3 !

Ю о о о о о

Ю ! о

О о о о

O о о о о

I

1 !

1 ! О !

ы о о, о о ы

Ф о

СО

t!

О.

3- O о ы

Ф

СС3

ы о о о с3

ы о а о

J г1 о

СО (1 о о, (- о о tf

tt о а

3- О о с!

Ф о

° О СО

1 ф Ф Х 31 ф ф tt л

3I

I а с

1I !

oo 4" ! (4

1ГЪ С х о

О O,N .О с cl

1 !

3 c1

1 !

l6 ф с р»о

\

1 о о

О

\ с 4

О

Ю

Г4

Г4

О

Г4

С)

Ю

Г 4

О

С 4 (Ъ (ГЪ (ГЪ г о

-Ф

Г4 о о» Ф

I Й 1

Уф О х

x « уоа с о а о! 1 о ло

5х" х с. х о с а а о « о

«5õ

ы оotx с ., ! 3! оа« ! 3 о а

c"

УЪ (Ъ (гъ

Т

4 л

3 ГЪ.З

7 -Ф (ъ

О со оъ

В .З Са (ГЪ

Р Г4

О (Ъ

D о о (4 о о

ЪГЪ

Ю

Ъ(Ъ

СЪ

Съ

t4

O (ГЪ о

« о

«с

ыс-о

o z

1 It у о (aйх

I Х Э х о * о э и н (4!

° (О

O Ir4

-I+! о

Т1

° 4О

DIN

1О

1Г4! о

1 (4

IО

Г41

IO ! Г4 о«о У

1 Ф С!

Ч

3 х ч

Ч

4

Ч ф

7 а о

I 1 .r .r

z z

1 ф

Г

4 с

I (c

I7 е н с и

1 1

z z!

Р юс и

I I

z z

1 ф

З

34 а

I .л

Е

I х а 1 ф « ф а ослы о ф ( х х ы 7

X 1I 1I о, Ф

Ф I

1I X ат.р (3 с ъ

О (Ъ С1

У 3l сс с о ыа

1 со о о с 11

1 ! ф а 1l ф с

И о

I ! о х ! . —— ! а! а

1 1

Вг

1 э! «Л

УХ( уuxхх« о!офуох с!с«ос у х ахса

УГФСЛ

Ф и 1- а оо уо у с х с! o x

I о о

oe x

W У о.

У 1 и с а о у

ы «ф

ЛО,Ф

1657311

1l х

I х,!

2I О

О, IO о э о Ы х лом с х

-У

О со

Г4 с л

t/l оъ

-У

ОООООО

DOOOOO

O IrI мъ О ъгъ ъгъ

1 (Ъ (Ъ Т (ъ (\

1

I

I

I

I

1, 1

1

I — т

I

I, I

1 У Y

Z 1=

1 z с/

U O

1 с о

1 д z

/ а

r—

U к к а

Э О а со и

О

-) со

I х

Сс X

1/ а и

1 д о

tJ с

У X х со

1 о о сtJ .О

Д О х и д

lCl

О с о

У И Д! д z

1 М lt

I — —I

1 д

z ! Г

1 O

I х

О и

1t х

il у

У

U х

У

1l

lс к. СО

l I д о с и U

1l х

z х

U

Ю

С 4 л и

I/\ л

1 д о

К Z и д с

U Х

СО

Ю

Г/

1 л л

С \

I л и

U У

il 1l

О

rt и

Сс Z и

У

1l х

3l

» х л с! л уо

z r4 л

Г 1

I 1

I

I

1

I ! а

I Z X! I

I о! 5

У

U х

1l

У

1l

У

ll х

О

/1 со

Ю

1 Гс

1 У

Г4 1

О 1 О с

У

U х

О.

I л

СО

1 Д

I x ! z

I Jl У д с

М о о с ! со: о

tC

У X O.

z х к

Д и О и с

I !

1

1 — — 4

Ю

D о

Ю .J о о!

Г

1 с о о с о с о а о с о

Рс х л с о

Zl х

» с о са сл z o

» а

iI

X х

О, с

1l

z с

1 с!

o tin л !

X л а у

С 4 Y

СС о

1 о о

С о», а!

I

I

1

О

Д

1. О

r, и о а х

J у

О» с:L

С э с с а с

l0 о х о г z

z с1

o o = о °:р

Д с

- о

»

Ф о со

С 4

Г л

ОС П

Г Спс

Г сл

О > и х с 4

I

I

I

I 1 о х у о х о у и э

О спс

Ю о

».

О.

il

4.

CL с л

CL

1l

О. с

rt

Сс

1 Д х у о

Г х>

С! х э и

ozо ь o C.Jо с

СО

1+

1 О

IO с !1aJ I o

1

I

1

I д 1

I Д Jt

1 О. о о и с

1 н

О а.

° ° /

z c х

Ч

Ъ к

CL е

Х 4 х

К

О и

4 . 4

z z

I а с ис

4

I х х

tC 1 х у

& с

I i

1й

О. Д

I a

М х, ° с

I с

z

1!

lO о о и с. к ос!д

С О О и с

I х х

1 д и о о

Х 1

У

С Сс с л

i- o.

У О У

/1 с

1-—

I

I 1

4t Х О.

1 !

I

I /f Д у ас.

1 = лхо о

I 1с ГО

1ао

O rt tC С а Х сс х с ах х и х

il lO Д Y 1/ !

» О Д О С Л

1

1

I

4/ 1!

О

Ъ 1

I

1

I

I

1

I

1l I

I! 1

I о

I

I

1

1

1 !

1

I

I !

1

1

I

1

I

1

1

1

I

1

I

1

I

I

1

I

I

1

1

I

1

I

I

1

1

1

I

1

1

I

1

1

I

1

I (I

1

1

I !

О со о и о с и

Iи

У

Д

l1

X и

X

Д

tJ

1il

la

1 о с и

al

У

С1

1l

Д

X а

tC

<5 х с

Д о !.

z U J с и

Itl о с о х о х

/1

Itl

Д

t1

О, о о

1о с с

1

1l

z х

td х

У

X с