Способ пайки

 

QA ИСАНИ Е .ИЗОБЬЕТЕ И ИЯ (н)910378

Союз Советских

Социалистических рвсяубпик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнмтельное к авт. свид-ву (22) Заявлено 040680 (21) 292á152/25.-27 с прмсоедмненмем заявым М (23) Приоритет (5! )М. Кл.

В 23 К 1/ОО

Вюя@9стшхыи seNNer

CCCP в дами хзебретвхИ в мхрытнй (53) УДК621 ° 791. . ° 3(088.8) Опублнковано 070382. бюллетень N 9

Дата опублмковаммя опмсання 070382 (72) Авторы мзобретенмя

А.В. Балюк и В.A. Попов

Новочеркасский ордена Трудового Красного политехнический институт им. Серго Орджон (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПАЙКИ

Изобретение относится к области пайки, в частности к способам диффузионной пайки, и может быть использовано в различных отраслях техники для повышения термостойкости паяных сое" динений.

Известен способ диффузионной пайки деталей, при котором производят диф" фузионную выдержку при температуре пайки для выравнивания состава шва с составом паяемых материалов {13. Этот

to способ особенно эффективен при образовании твердых растворов между компонентами припоя и паяемого мате.риала.

В некоторых случаях этот способ позволяет увеличить жаростойкость соединений за счет образования химического соединения между компонентомдепрессантом .припоя (компонентом, снижающим температуру плавления сплаas). и паяемым материалом, растворяю-. ..щимся в припое j2).

НедостаТком описанного способа является то; что компоненты припоя остаются в зоне соединения. Во вногих случаях это приводит к снижению кор розионной стойкости, хрупкости или ухудшению физических свойств соединения.

Известен способ получения паяных соединений, при .котором лосле пайки производят нагрев паяного изделия в вакууме до температуры испарения компонентов припоя, ведущих к охрупчиванию соединения (3).

Недостатком способа является его . узкая применимость.к припоям с высокой упругостью пара.

Наиболее близким технИческим рещением к изобретению является способ пайки полупроводниковых пластин, при котором производят сборку, нагрев в вакууме или защитной атмосфере, заполнение паяемого,зазора расплавленным припоем, растворяющим в себе паяемый материал, и принудительное

78

М 10 и травили по стандартной методике. Затем пластины складывали соединяемыми поверхностями в композицию

1 (этап а ) и помещали в специальную графитовую кассету. Графитовая кассета удерживала навеску алюминия 2 (этап a ) массой 30 мг сверху компози» ции, а также удерживала навеску молибдена 3 (этап O ) в виде параллелепипеда массой 60 мг снизу композиции, Загруженную таким образом кассету помещали в трубчатую печь сопротивления вакуумной установки.- По достижении вакуума не хуже 10 4торр композицию равномерно нагревали до температуры 900бС и выдерживали 15 мин. При этом навеска алюминия плавилась и под действием капиллярных сил втягивалась в капиллярный зазор между плас тинами, образуя прослойку жидкой фазы кремний-алюминий 4 (этап 6 ) между спаиваемыми пластинами.

Ilo окончании процесса заполнения капиллярного зазора, который продолжался не более 1 мин, жидкая фаза 4 (этап б ) контактировала на нижней кромке композиции 1 (этап б ) с тугоплавким металлом 3 (этап 6 ) и всту» пала с ним в активную химическую реакцию. 3 результате реакции алюминий вытягивался из капиллярного зазора на молибденовую навеску 3 (этап & ), образуя на ней продукт химической реакции 5 (этап Ь) . Капиллярный зазор при этом закристаллизовывался, спаивая пластины в единое целое с об» разованием шшва 6 (этап 5 ). Затем печь выключали и производили охлаж дение в режиме выключенной печи.

Температурные испытания структур показали, что соединение пластин, полученное по предложенному способу, выдерживает многократный нагрев до

1300 С. Причем резкое охлаждение структур от максимальной до комнатной температуры не приводит к нарушению соединения. Иеталлографический анализ соединительных швов полученных структур показал, что толщина их составляет 5-10 мкм и они не содержат включений второй, фазы. Приведенные данные свидетельствуют о высоком качестве пайки полупроводниковых пластин предлагаемым способом.

3 9103 диффузионное выведение из шва компонента-депрессанта (4 i.

Выведение компоиента-депрессанта из расплава шва осуществляют путем электропереноса, т.е. за счет диффузионной миграции ионов основного материала- и припоя в разные стороны под действием постоянного электрического поля.

Недостатком способа является низ- 10 кая эффективность в случае пайки деталей из материала с высокой проводимостью и при малом эффективном заряде компонента-депрессанта в расплаве шва.

Целью изобретения является расширение возможности удаления из паяного шва заданного компонента.

Поставленная цель достигается тем, что в контакте с паяемым зазором раз- 20 мещают навеску вспомогательного материала, связывающего компонент-депрес. сант припоя в химическое соединение.

Сущность способа заключается в следующем. 25

При нагреве собранных деталей до температуры пайки припой заполняет паяемый зазор и растворяет в себе поверхностные слои паяемого материала.

При полном заполнении зазора припоем З0 последний смачивает размещенную в контакте с зазором навеску материала, вступающего в химическую реакцию с компонентом-депрессантом припоя. В контакте с навеской расплавленный припой обедня35 ется компонентом-депрессантом и за счет образовавшегося градиента концентрации начинается диффузионный перенос депрессанта к поверхности вспомогательного материала. Вследствие 4, переноса депрессанта к поверхности вспомогательного материала и связывания его в химическое соединение пая ный шов обедняется этим элементом и кристаллизуется при температуре пай4S ки ° Жаростойкость соединения возрастает, причем в шве остается минимальное количество депрессанта, слабо влияющее на физические параметры паяного соединения.

15

Формула изобретения

На чертеже показаны этапы (а,б,в) протекания процесса пайки.

Способ поясняется примером, в котором производилась пайка двух кремниевых пластин алюминиевым припоем."

Соединяемые поверхности пластин кремния диаметром 40 мм обрабатывали механически шлифовкой на микропорошке

Способ пайки, при котором производят сборку, нагрев в защитной атмос910378

ВНИИПИ Заказ 979/13 Тираж 1151 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4

5 фере или вакууме, заполнение паяемо- го зазора расплавленным припоем,растворяющим в себе паяемый материал, и принудительное диффузионное выведение из шва компонента-депрессанта, о т л и ч d ю шийся тем, что, с целью расширения возможности удаления из паяного шва заданного компо-. нента, в контакте с паяемым зазором размещают навеску. вспомогательного - 10 материала, связывающего компонентдепрессант припоя в химическое соединение.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Лашко Н.Ф., Лашко-Авакян С.В.

Пайка металлов, М., Машгиэ, 1959, с. 322-324.

2. Лашко Н.Ф. Лашко С.В. Пайка металлов, М., "Машиностроение",1967, с. 160-175., 3. Авторское свидетельство СССР

И 404586, . В 23 К 1/02, 01.04.72.

4. Акцептованная заявка Великобритании N 1328185, кл. В 3 R (В 23 К

1/00), опублик. 30.08.73 (прототип).