Способ пайки деталей из разнородных материалов

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскнк

Соцналнстнческнк

Республик

«»774868 (61) Дополнительное к авт, сеид-ву— (22) Заявлено 18.01.79 (23) 2714415/25-27 с присоединением заявки Ho— (51)М. Кл.

В 23 К 31/02

Государственный комнтет

СССР но делам нзобретеннй н открытнй (23) Приоритет—

Опубликовано 301080 Бюллетень Йо 0 (53) УАК 621. 791. 3 (088.8) Дата опубликования описания 30,1080 (72) Автор. изобретения

Ю.К.Непочатов (71) Заявитель (54 ) СПОСОВ ПАЙКИ ДЕТАЛЕЙ ИЗ РАЭНОРОДН61Х

МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к области пайки, в частности к способам пайки, разнородных материалов, и может быть использовано при соединении керамической подложки с металлическим осно- 5 ванием.

Известен способ пайки деталей иэ разнородных материалов, преимущественно плоской металлизированной керамической подложки с металлическим !О основанием, при котором между соединяемыми деталями помещают сетку из несмачиваемого припоем материала (1) .

Указанный способ соединения позволяет снизить термомеханические напряжения f5 и повысить термическую прочность спая за счет расчленения спая на множество локальных точек пайки и .".омещения в зону спая между керамикой и металлом упругой сетки из силиконовой резины. 2О

Возникающие в процессе термоциклирования напряжения, обусловленные разностью коэффициентов термического расширения материалов (KTP), компенсируются полностью за счет пластической 25 деформации в слое припоя и упругой деформации сетки, что и исключает растрескивание подложек.

Однако данный способ крепления подложки к металлическому основанию 30 весьма эффектевен лишь при малых уровнях рассеиваемой мощности. При больших (a<20 Вт/см ) мощностях рассеяния отдельных элементов, расположенных на подложках, например тонкопленочных резисторов, используемых в качестве поглотителей отраженной СВЧ энергии, возрастает перепад температур между соединяемыми деталями.Это обусловлено тем, что резиновая сетка обладает низкими теплопроводящими свойствами и увеличивает контактное тепловое сопротивление, вследствие чего ухудшается теплоотвод, возникает перегрев элементов и выход их из строя.

Устраняет данный недостаток способ, при котором с целью улучшения теплоотвода от керамической подложки, сетку выполняют локальным протравливанием напыленной на керамическую подложку с металлиэированной стороны пленки металла, а после помещения припоя поверх сетки устанавливают рамку, обусловливающую образование микрополостей, заполняемых теплопроводящим материалом 52) .

Однако данный способ эффективен лишь при уровнях рассеиваемой мощности порядка 20-40 Вт/см

774868

Известен способ пайки деталей из разнородных материалов, преимущественно керамической подложки с металлическим основанием, при котором в металлическом основании выполняют сквозные отверстия, металлизируют подложку, размещают между подложкой и основанием припой и нагревают сборку до температуры пайки, прижимая поверхности одну к другой. Охлаждают спаянные детали естественным способом до комнатной температуры, продолжая прикладывать давление, чтобы плотно соединить диэлектрический материал с металлом. В процессе нагрева и под давлением через упомянутые отверстия каналы удаляются избытки Флюса и при- 15 поя, благодаря чему образуется прочная связь между соединяемыми поверхностями и предотвращается протекание припоя в нежелательные зоны. Такой способ обеспечивает прочное соединение металлического основания с изолирующей подложкой печатной платы, способствует за счет расчленения зоны спая при сверлении отверстий на отдельные области частичному снятию напряжения (3).

Однако он не исключает термомеханические напряжения в спаа иэ-за большой разницы KTP и слабой расчлененности паяного соединения,.

Кроме того, выполнение отверстий уменьшает площадь поперечного сечения,через которое проходит тепловой поток и не обеспечивает отвод тепла от подложки при рассеиваемой мощности более 40 Вт. 35

Целью изобретения является снижениее те рмомех ан ических напряжен ий в спае беэ ухудшения теплоотвода от подложки.

Поставленная цель достигается 40 путем выполнения в металлическом основании выемок с образованием на паяемой поверхности усеченных конусных штырей, оси которых совпадают с осями отверстий, и заполнения отверстий легкоплавким пригоем.

Способ осуществляют следующим образом.

В металлическом основании изготавливают конусные штыри, в теле каждого иэ которых выполняют сквозное осевое капиллярное отверстие и заполняют его легкоплавким припоем.

На фиг.1 изображена металлизированная керамическая подложка; на фи;. 2 — металлическое основание; на фиг,3 — паяное соединение керамической подложки с металлическим основанием.

Керамическая подложка 1, покры- gQ тая слоем металлиэации 2, припаяна к металлическому основанию 3, выполненному в виде игольчатого радиатора с ка:-иллярными отверстиями, заполненными припоем 4.

Приме осуществления способа.

На поверхность подложки из керамики "поликор" размером 30 48х0,5 мм в вакууме последовательно напыляли слои хрома (300-500 Х), меди (7-8 мкм), затем гальванически осаждали слой золота (2-3 мкм) и обслуживали оловоиндиевым припоем ОИ-52 с использованием 10% спиртово-канифсльного Флюса.

В качестве металлического основания испольэовали пластины из алюминиевого сплава Д 16 размером 30х48 5 мм с формированием на паяемой поверхности конусных штырей высотой 3 мм, в теле каждого из которых было выполнено капиллярное отверстие б 1 мм.

Указанное основание покрывали последовательно слоями никеля (15 мкм), меди (6 мкм) и сплавом слово-висмут (9 мкм) . Затем его погружали в ванну с расплавленным олово-индиевым припоем ОИ-52 так, что им заполнялись отверстия.

Между основанием и подложкой укладывали фольгу олово-индиевого припоя ОИ-52 толщиной 50 мкм.

Пайку образцов производили в печи в атмосфере азота при 150 С с использованием 10Ъ спиртово-канифольного флюса. Увеличение расчленения паяного соединения и заполнение отверстий припоем позволяет компенсировать разность KTP материалов подложки и металлического основания и снизить термомеханические напряжения за счет пластической деформации припоя.

Подложки из поликора, припаянные к металлическим основаниям иэ сплава

Д 16, выполненные в виде игольчатого радиатора, выдержали 700 термоциклов в диапазоне температур от -60 до

+ 120 С, в то в:емя как узлы, изготовленные по (3) растрескивались после 40-50"термоциклов.

Обдув металлического основания со скоростью воздушного потока 1,5 м/сек позволил отводить мощность 40-50 Вт и обеспечивать температуру на подложке не выше 80-85 C ..

Предложенный способ позволяет повысить мощность рассеяния тепла с

20-30 до 40-50 Вт, сниз;;ть термомеханические напряжения и обеспечить термостойкость в количестве 700 циклов в ре> :име от -60 до +120оС.

Внедрение способа позволит снизить брак по растрескиванию подложек, повысить процент выхода годных изделий, качество. сборки и надежность.

Формула изобретения

Способ пайки деталей из разнородных материалов, преимущественно керамической подложки с металлическим основанием, при котором в металлическом основании выполняют сквозные

77486Я

Рис. г

Составитель ф. Конопелько

Редактор Т.Морозова Техред М.Кузьма Корректор Н. Григорук

Заказ 7616/19 Тираж 1160 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

11.3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4 отверстия, металлизируют подложку, размещают между подложкой и основанием припой и нагревают до температуры пайки, отличающийся тем, что, с целью снижения термомеханических напряжений в спае без ухудшения теплоотвода от подложки, в основании между отверстиями выполня" ют выемки, образуя на паяемой поверхности усеченные конусные штыри, оси которых совпадают с осями отверстий, а отверстия заполняют легкоплавким припоем.

Источники инФОрмации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 622596, кл. В 23 К 1/00, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2567111/27, кл. В 23 К 1/00, 11.01.78.

3. Патент США М 4061263, кл. В 23 К 31/02, 1977.