Стеклоприпой для вакуумплотного соединения корундовой керамики с металлом

 

Л.И. Лугин, А.Н. Хохлова, P.Ô. Полтавец", и Т.В. Тищенко (72) Авторы изобретения

Всесоюзныи ордена Ленина и ордена Октябрьскои Революции электротехнический институт им. В.И. Ленина (71) Заявитель (54) СТЕКЛОПРИПОЙ ДЛЯ ВАКУУИПЛОТНОГО

СОЕДИНЕНИЯ КОРУНДОВОЙ КЕРАИИКИ

С ИЕТАЛЛОИ

Изобретение относится к стеклоприпоям, используемым для пайки керамических изоляторов из корундовой керамики с прецизионными сплавами, в частности для получения вакуумплотных металлокерамических узлов в корпусах, предназначенных. для полупроводниковых приборов (ПП).

Известен стеклоприпой, содержащий, вес. 3: 510 53; А1 О З 20; СаО 10;

ВаО 7,5; Hg0 4; В>0> 5,5 для вакуумплотного соединенйя керамики ВК 94-.1 с тугоплавкими металлами (Ио, Ио-Re

W-Re и др.). Коэффициент линейного расширения стеклоприпоя БВ-22 составляет 4 10 1/оC в интервале температур 20-500оС (1

К недостаткам стеклоприпоя следует отнести высокую температуру пайки (1350-1400 С), что приводит к необходимости использования сплавов молибден"рений, вольфрам«рений с высокой

I температурой рекристаллизации и к невозможности использования прецизионных спла во в.

Наиболее близким к предлагаемому является стеклоприпой, содержащий, вес.3: оксид алюминия (А1 0 ) 13; двуоксид кремния (SiO>) 35; оксид марганца (ИпО) 52, используемый для пайки алюмооксидной керамики со сплавами железа l2 ).

Недостатком известного стеклопри о поя является усложненный технологический процесс его приготовления, требующий предварительного фриттования при высокой температуре порядка 14001550 С с последующим измельчением.

Целью изобретения является упрощение технологии изготовления степло" припоя при сохранении термической и механической прочности спая.

zo

Указанная цель достигается тем, что степлоприпой для вакуумплотного соединения керамики с металлом, включающий А1дО, 5i0, ИпО, дополнительСостав

Предлагаемый

Показатели звестный

Состав стеклопри" поя, вес Ф:

18,3

20,9

23,7

А1 О

45,4

42,8

47,1

24,6

21,1

МпО

23,2

3,4

1,8

1,2.

i0,2

Мо

Коэффициент линейного расширения, cL ° 10 6, 1/град

5,37

6,75

5,65

6,1

3 99074 но содержит Мп и Мо при следующем co" отношении компонентов, мас.3:

A1 Oç 18 3-23,7

Si0 42,8-47,1

МпО 21,1-24,6

Мп 1,2-3,4

Мо 7,3-10,2

Для получения предлагаемого стеклоприпоя готовят три состава, содержащие компоненты в соотношении, указан- 10 ном в таблице.

Подготовку материалов для приготовления стеклоприпоя производят на оборудовании способами, обычно используемыми в керамической промышленности 35 для приготовления глазурей. Технологический процесс приготовления стеклоприпоя заключается в следующем: сме« шение предварительно измельченного кварцевого песка с глиноземом, угле- рв кислым марганцем, молибдечом и марганцем мокрым способом до удельной. поверхности 4500 см /r, сушка при

70-200 С до нулевой влажности, просев через сито И 0355. 25

Для получения пасты приготовленный порошок смешивают с органической связкой, в качестве, которой используют раствор колоксиллина в иэоамилацетате. Плотность пасты должна быть зв

2,2-2,5 г/см . Пайку полученным стеклоприпоем производят на макетных образцах корпусом (ill в среде формиргаза

1 4 в соотношении водород : азот 1:3 при

1300-1360 С. увеличение количества дополнительно вводимых марганца и молибдена приводит к росту температуры пайки, а уменьшение их количества - к увеличению скорости стекленения, за счет чего появляется внутреннее напряжение в паяном шве, что приводит к нарушению герметичности мвталлокерамических узлов.

Введение оптимального количества добавок (мас. Ф ) марганца 1,2-3,4 и молибдена 7,3-10,2 позволяет получить стабильный интервал растекания (4 =

1300-1360 С) предлагаемого стеклоприпоя по сравнению с известным (t

1250-1360 С) и улучшить сцепление металла со стеклоприпоем, Это дает возможность при получении стеклоприпоя исключить процесс фриттования его с последующим измельчением, сохраняя при этом механическую и термическую прочность спая.

Спаянные макетные образцы корпусов

ПП подвергаются испытаниям. По результатам испытаний образцы, спаянные стеклоприпоем предлагаемого состава, соответствуют техническим условиям.

В таблице приведены сравнительные характеристики предлагаемого и иэвест" ного составов стеклоприпоя, 990741

Продолжение таблицы

Состав

Показатели

Известный г и з

Прочность спая, кгс/мм

13,4

10,8 .

7,84

9,8

Количество теплосмен от «70 до

200 С

50

50

Герметичность при минимальном потоке гелия,1,3 ° 10 л Па/с, из 10 шт, 10

10.10

Вибропрочность при частоте 2000 Гц и ускорении 20< из

10 шт.

Ударная прочность при 2000 ударах, ускорении 150, длительности импульса

1-3 мс, из 10 шт. 10 10 10

« ««««««« «« ««««««

Из таблицы видно,что свойства пред" лагаемого и известного составов мало чем отличаются, однако предлагаемый состав в отличие от известного ис-З ключает из технологического процесса получения стеклоприпоя предварительное фриттование при 1400-1550 С и последующее его измельчение, что дает экономию энергетических и трудовых затрат на 15"203, а также возможность А1 0> отказаться от высокотемпературной пе- SiO< чи для варки стекла (фриттования) и ., МпО оборудования для измельчения фритты. Ип

Сохраняется термическая и механи-., 4 Ио, ческая прочность спая.

Стеклоприпой дает возможность ис.ключить применение серебросодержащего припоя при изготовлении металлокерамических узлов корпусов полупроводниковых приборов.

Формула изобретения

Стеклоприпой для вакуумплотного соединения корундовой керамики с

« ««акр металлом; сплавов с керамикой, вклю» чающий А1 0Э, SiO,è ИпО, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью упрощения технологии при сохранении термической и механической прочности спая, он дополнительно содержит Ип и Ио при следующем соотношении компонентов, мас.ь:

18,3-23,7

42,8-47,1

21,1-24,6

1,2-3 4

7 3-10,2

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе в 1. Батнгин В.Н. Вакуумплотная ке" рамика и ее спаи с металлом. И., "Энергия", 1973, с, 320;.

2. Clamp D.Т. à.à. - J. Amer.

Ceram, SocÐ, 1970, 11 2, ч. 2, р. 213. е

ВНИИПИ Заказ 45/33 Тираж 620 Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4