Способ пайки деталей из разнородных материалов

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (i»990449 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 27.01.81 (21) 3237621/25-27 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет—

Опубликовано 23.01.83. Бюллетень №3

Дата опубликования описания 28.01.83 (5l) М. Кл.з

В 23 К !/19

В 23 К 33/00.Гееудорстеееиый комитет (53) УДК621.791..3 (088.8) пю лелем изебретеиий и открытий (72) Автор изобретения

IO. К. Непочатов

Д. РР()т „

Ф ФГ»

1 с,,I

f (7!) Заявитель (54) СПОСОБ ПАЛКИ ДЕТАЛЕЙ ИЗ РАЗНОРОДНЫХ

МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится 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 металлическим основанием, при котором между соединяемыми деталями помещают сетку из несмачиваемого припоем материала.

Указанный способ пайки позволяет снизить термомеханические напряжения и повысить термическую прочность спая. за счет расчленения спая на множество локальных точек пайки и помещения в зону спая между керамикой и металлом упругой сетки из силиконовой резины. Возникающие в процессе термоциклирования напряжения, обусловленные разностью коэффициентов термического расширения материалов, компенсируются полностью за счет пластической деформации в слое припоя и упругой деформации сетки, что и исключает растрескивание подложек (1 .

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

Известен способ, устраняющий данный недостаток, при котором с целью улучшения теплоотвода от керамической подложки сетку выполняют локальным протравливанием напыленной на керамическую подложку с металлизированной стороны пленки металла, а после помещения припоя поверх сетки устанавливают рамку, обуславливающую образование микрополостей, заполняемых теплопроводящим материалом 12).

990449

Однако данный способ эффективен лишь при условиях рассеиваемой мощности порядка 20 — 40 Вт/см2.

Известен способ пайки деталей из разнородных материалов, при котором детали собирают, размещая между ними припой, поджимают, нагревают до температуры пайки и охлаждают.

В процессе охлаждения после кристялли: зации припоя спаяные детали деформируют, изгибая в сторону, противоположную изгибу от различия коэффициентов температурного расширения спаяных материалов (31.

Недостатком известного способа является необходимость проведения деформирования спаяных деталей в процессе охлаждения, что усложняет процесс и делает его неприемлемым для деталей электронной техники.

Целью изобретения является исключение термического искривления и растрескивания паяных деталей электронной техники.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу пайки деталей из разнородных материалов, при котором детали соб33рак1Т, размещая между ними припой, поджиме3еот, нагревают до температуры пайки и охлаждают, перед сборкой металлическое основание изгибают, а при сборке совмещают его с подложкой вогнутой стороной.

На фиг. 1 изображена керамическая подложЕке3 с нанесенным слоем металлизации; на фиг. 2 — - вогнутое металлическое основание, покрытое металлизационным слоем с хорошей смачиваемостью мягкими припоями; на фиг. 3 — пояное соединение плоской керамической подложки с металлическим основанием.

Керамическая подложка 1, покрытая слоем металлизации 2, припаяна к предваритеельно изогнутому металлическому основанию 3 со слоем металла 4, хорошо смачиваемым припоЕ..М через припой 5.

Предварительный изгиб металлического основания позволяет практически исключить возникновение напряжений в паяных узлах и повысить термическую прочность спая. Подложки из поликора, припаянные к предварительно изогнутому металлическому основанию из медно-MoëffáäåHQBoãо псевдосплава

МД-4Р, имеющего КТР (80 10 1/ С), близкий КТР керамики (75.10 1/ С) после пяти термоударов в режиме -196 С (жидкий азот) + 100 С (кипящая вода), имели выхО3, годных узлов (без растрескивания) 70%, в то время как узлы, изготовленные без предварительного изгибания основания, лишь

40%.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить термостойкость узлов болеее чем в 1,5 раза, ПрилЕер. На поверхность керамики поликор размером 30 Х 48 Х 1 мм вакуумным термическим методом последовательно напылили слои хрома толщиной 300 — 500 меди (7 — 8 мкм), затем гальванически осаждали слОЙ сила е3я ОЛОВО ВисмуT толщиной

6 — 9 мкм. Металлическое основание из медно-молибденового псевдосплава МД-40 размером 30 Х 48 X 0,8 мм покрывали последовательно слоями никеля (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 основания укладывали фольговую пластину припоя ПОСВи-42,0 — -10,5 и зажимали в of1равке. Оправка выполнена в виде массивной плиты с установленными над нею на планках подпружиненными штырями. Прижим подложки к металлическому основанию осуществляется пятью штырями (четыре уста15 няВлиВяются по уГлям ке!1ямичеcкoи !10длож ки, один — - в ее геометрическом центре) усилие поджимя постоянно во всем интервале температур сборки и пайки и составляет

5 кгс из ра-чета на один штырь.

Паяемый зазор в моменты сборки и расплавления припоя имеет форму сегмента в поперечном сечении соединения подложка —— металлическое основание, причем при сборке в момент ееоджатеея паясмого узла подпружиненными штырями происходит чястич25 ное изменение высоты сегмента с 70 мкм

10 40 мкм, при этом увеличиваеотся и радиус дуги и д. иена хорды сегмента. !

1еейку производили в печи в атмосфере азота при 190--200 С с ис3еользовянием 10 ——

30е/33 спипто-канифольного флк>са.

30 В процессе пайки в момент расплавления

3авление не снимается If припой ll1)li рясплавлениll не выдавливается вследствие того, что металлическая пластина сохраняет сегментообразную форму, припой находится как бы в чаше и удерживается в зазоре за счет ка35 пиллярных сил. Давление, приклядываемое в этот момент к подложке, передается только металлическому основанию через его концы, не взаимодействуя с прослойкой припоя.

Подложка в этом случае выполняет функ4О цию балки с концевыми опорами.

Окончательное выравнивание металлического основания прои .õîäèò в процессе охлаждения паяемого узла, когда напряжения снимаются за счет перехода упруlîé деформации металлического основания в Ifëàñòè45 ческую деформацию прослойки припоя и при этом растягивающие напряжения выравнивают металлическое основание.

Для экспериментального подтверждения предлагаемого технического решения были изготовлены узлы, металлические основания у которых предварительно изгибались и имели стрелу прогиба 40 мкм, 50 мкм, 70 мкм и 100 мкм. Количество узлов каждого вида составляло 20 шт. Оценка термостойкости производилась по испытаниям на термоудары в режиме -196 С (жидкий азот)100 С (кипящая вода) .

Результаты испытаний представлены в табл и це.

990449

Исходное коли че ст во узлов, шт

Количество узлов, выдержавших испытания,Ф

1)0,0

20

48,5

50

6g,2

70

61,5

100

Формула изобретения

Прогиб металлических оснований, мкм

Как видно из таблицы, наибольшей термостойкостью обладают узлы, у которых металлические основания имели прогиб 70 -и

100 мкм. Увеличение прогиба до 120 — 150 мкм

zo приводило к браку узлов по непропаям.

Технико-экономический эффект достигается за счет повышения термостойкости паяемых деталей в процессе эксплуатации..

Способ пайки деталей из разнородных материалов, преимущественно плоской металлизированной керамической подложки с металлическим основанием, при котором детали собирают, размещая между ними припой, поджимают, нагр«вают до температуры пайки и охлаждают, отлинан>шпиг» т«м, что, « целью исключения терм ич««êîï> и«криил«ния и растрескивания ивяных дет,lë«è эл«ктроипой техники, перед сборкой м«таллп ге«вЂ” кое основание изгибают, а при «борк«совмещают его с подложкой вогнутой стороной.

Источники информации,, принятые во внимание при эксп«ртиз«

1. Авторское свидетельство С(:СР

¹ 622596, кл. В 23 К 1/19, 12.03.77

2. Авторское свидетельство СССР

J¹ 737144, кл. В 23 К 1/19, 1I.Л)!.78.

3. Технология пайки твердосплаиного инструмента. Под р«д. Имшенник К. П., М., ВНИИ, 1968, с. 91 (прототи и ) .

990449

Состав. гель Ф. Конопелько

Редактор H. Джуган Техред Л. Верес Корректор А. Дзятко

Заказ 11036/18 Тираж 4105 Подписное

ВНИИ ПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва., A(— 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4