Стеклоприпой

 

Изобретение относится к стеклоприпоям, используемым для пайки керамических изоляторов из корундовой или алюмооксидной керамики с прецизионными сплавами, в частности для получения вакуум-плотных металлокерамических узлов в корпусах, предназначенных для полупроводниковых приборов. Цель - упрощение технологии и повышение значений наработки на отказ при сохранении механической прочности спая. Стеклоприпой содержит следующие компоненты, мас.%: 5(02 42-56,6; 8263 19,4-27; Na20 1,5-2; Li20 15-18; ZnO 3-4; «20 0,5-0,85; А120з 2-3; Nd203 2-3. Стеклоприпой получают по керамической технологии . КТР стекла (101,6-106,6) 1/град, температура деформации 500-520°С, температура пайки 850-950°С, герметичность спая при минимальном потоке гелия 1 Па м3/с из 5 шт. - 5, наработка на отказ (число циклов изменений температуры среды от (-60 до 190°С) при вероятности безотказной работы от 0,98 до 120-126 циклов. 1 табл. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sl)s С 03 С 8/24

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4792689/33 (22) 14.02.90 (46) 07.04,92. Бюл. № 13 (71) Всесоюзный электротехнический институт им, В.И. Ленина (72) А,Н. Хохлова, P.Ô. Полтавец, T.Â. Тищенко, Л.И. Лугин и Г.С. Якименко (53) 666.189.45(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 990741, кл, С 04 37/00, 1981.

Патент CLLiA

N 4417913, кл. С 03 С 7/02, 1983. (54) СТЕКЛ ОПРИ ПОЙ (57) Изобретение относится к стеклоприпоям, используемым для пайки керамических изоляторов из корундовой или алюмооксидной керамики с прецизионными сплавами, в частности для получения вакуум-плотных металлокерамических узлов в корпусах, Изобретение относится к стеклоприпоям, используемым для пайки керамических изоляторов из корундовой или алюмооксидной керамики с прецизионными сплавами, в частности для получения вакуум-плотных металлокерамических узлов в корпусах, предназначенных для силовых полупроводниковых приборов (СПП).

Известен стеклоприпой, содержащий, мас. /:

Al203 23,7;

Si0z 42,8;

Мп0 21,1;

Мп 3-4;

Мо. 9,0, для вакуум-плотного соединения корундовой керамики с прецизионными сплавами. Коэффициент линейного расширения этого стеклоприпоя составляет,, SU „, 1724612A1 предназначенных для полупроводниковых приборов. Цель — упрощение технологии и повышение значений наработки на отказ при сохранении механической прочности спая. Стеклоприпой содержит следующие компоненты, мас.%: Si02 42 — 56,6; В20з

19,4 — 27; NazO 1,5 — 2; 020 15-18; 2пО 3 — 4;

К20 0,5 — 0,85; А!20з 2-3; Nd203 2 — 3. Стеклоприпой получают по керамической технологии. КТР стекла (101,6-106,6) 10 1/град, температура деформации 500-520 С, температура пайки 850-950 С, герметичность спая при минимальном потоке гелия 1 10

Па м /с из 5 шт, — 5, наработка на отказ

3 (число циклов изменений температуры среды от (-60 до 190 С) при вероятности безотказной работы от 0,98 до 120 — 126 циклов. 1 табл.

5,37 10 1/град в интервале температур

20-900 С, К недостаткам стеклоприпоя следует отнести высокую температуру пайки (13001360 С), что приводит к необходимости использования высокоогнеупорной оснастки и большим энергозатратам.

Наиболее близким по составу к предлагаемому является стекло, содержащее, мас.%:

SiOz 34-50;

В203 11-21; ча20 4 — 9;

Liz0 2-6;

ZnO 4-12;

KzO 2 — 6;

А!20з 2 25;

СаО 0-4;

1724612

ВаО 1 — 5;

TiOz 2 — 6, используемое в корпусах полупроводниковых приборов в качестве электропроводных герметиков.

Недостатком известного стекла является усложненный технологический процесс

его приготовления (получение стекла) и сниженное значение наработки на отказ, Целью изобретения является упрощение технологии изготовления стеклоприпоя, повышение значения наработки на отказ при сохранении механической прочности спая.

Указанная цель достигается тем, что стеклоприпой для вакуум-плотного соединения керамики с металлом, включающий

SiOz, В20з, МагО, 020, ZnO, K20, А!20з, дополнительно содержит МбгОз при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Si02 42,0 — 56,6

ВгОз 19,4-27,0

МагО 1,5 — 2,0

020 15,00 — 18,15

Zn0 3 — 4

КгО 0,50 — 0,85

А!203 2 — 3

МбгОз 2 — 3

Для получения предлагаемого стеклоприпоя было приготовлено три состава, содержащих компоненты в соотношении, указанном в таблице. Подготовку материалов для приготовления стеклоприпоя производили на оборудовании способами, используемыми в керамической промышленности для приготовления порошков и глазурей, Технологический процесс приготовления стеклоприпоя заключается в следующем: смешение предварительно измельченного кварцевого песка, полевого шпата с остальными компонентами мокрым способом до удельной поверхности (4 — 5) . 10 см /г,сушка при150 +50 до нулевой влажности, просев через сито М 0045.

В зависимости от конфигурации паяного узла стеклоприпой применяют в виде пасты или отпрессованных колец. Для получения пасты приготовленный порошок смешивали с органической связкой, в качестве которой использовали раствор колоксилина в изоамилацетате. Плотность пасты должна быть 2,2 — 2,5 г/смз. Пайку полученным стеклоприпоем производили на макетных образцах корпусов СПП в среде формиргаза в соотношении водород:азот

1:3 при 850 — 950 С.

Увеличение количества выше указанных пределов дополнительно вводимого оксида неодима ИбгОз приводит к увеличению скорости остекленения, за счет чего появля45

50 лючить применение серебросодержащего припоя при изготовлении металлокерамических узлов корпусов СПЛ.

Формула изобретения

Стеклоприпой, преимущественно, для вакуум-плотного соединения алюмооксидной или корундовой керамики с металлом, сплавов с керамикой, включающий Si02, В20з, Na20, LizO, ZnO, K20, А!20з, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью упрощения технологии и повышение значений наработки на отказ при сохранении механической прочности спая, он дополнительно содержит Мб20з при следующем соотношении компонентов, мас.%:

SiOz 42,0 — 56,6 ется внутреннее напряжение в паяном шве, нет сцепления стеклоприпоя с металлом, что приводит к нарушению герметичности металлокерамических узлов, а уменьшение

5 его количества приводит к росту температуры пайки.

Введение оптимального количества оксида неодима (2 — 3 мас.%) позволяет получить стабильный интервал растекания

10 (850 — 950 С) предлагаемого стеклоприпоя по сравнению с известным и улучшить сцепление металла со стеклоприпоем. Это дает возможность при получении стеклоприпоя исключить процесс фриттования его с по15 следующим измельчением, сохраняя при этом механическую прочность спая, а также повысить значение наработки на отказ при вероятности безотказной работы 0,98.

Спаянные макетные образцы корпусов

20 СПП подвергали испытаниям . По результатам испытаний образцы, спаянные стеклоприп, åì предлагаемого состава, соответствуют техническим условиям на корпуса керамические СПП, 25 В таблице приведены сравнительные характеристики предлагаемого и известного составов стеклоприпоя, Из таблицы видно, что известный состав не может обеспечить гарантийной наработки на от30 каз, выдерживает количество теплосмен меньше, чем предложенный состав. Кроме того, приготовление предлагаемого состава исключает из технологического процесса получения стеклоприпоя предварительное

35 фриттование при 1250 С и последующее его измельчение, что обеспечивает экономию энергетических и трудовых затрат на 10—

15%, а также возможность отказаться от высокотемпературной печи для варки стек40 ла (фриттования) и оборудования для измельчения фритты. -Сохраняется механическая и термическая прочность спая.

Стеклоприпой дает возможность иск1724612

КгО

AbOa

МбгОз

0,5-0,85

2-3

2-3

Показатели

Состав

Предлагаемый

Известный

1

l! 2 !

47,05

24,55

56,6

19,4

SiO<

27

ВгОЭ

Na

1,5

1.97

16,9

18,15

1120

3,5

ZnO

0,85

0,83

0,5

К О

А1,О, Ыа,о, 2,2

СаО

ВаО

Т О

89 10

436

520

510

500

850

880

750

0,65

0,85

0,75

126

124

120

105

BгО3

МагО

ЫгО

ZnO

19,4 — 27,0

1,5 — 2,0

15,0-18,15

3 — 4

Коэффициент линейного расширения О(., 1/град

Температура дефоро мации, С

Температура пайки, С 950

Прочность спая трубки управляющего вывода, кН 0,85

Наработка на отказ число циклов изменений температуры среды от минус 60 до+190 С) при вероятности безотказной работы 0,98

Герметичность при минимальном потоке гелия 1 ° 10 Па.мз/с, из 5 шт. 5 (101,6 - 106,6)- 10