Способ соединения керамики с металлом

СОЮЗ СОВЕТСКИХсюаайюепеиРЕСПУБЛИК 09) 01) 4 В 37/02 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕК ссисстспьствт АВТОРСКОМУ Булер,ейников те- сть СССР 1969,гермети1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ.(71) Уральский ордена ТрудовогоКрасного Знамени политехническийинститут им. С.М. Кирова(54)(57) СПОСОБ СОЕДИНЕНИЯ КЕРАМИКИ С МЕТАЛЛОМ путем нанесения на од ну из поверхностей неорганического припоя, приведения поверхностей в контакт и нагрева, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью уцрощения процесса при сохранении качества соединения, в качестве припоя используют нити халькогенидных с кол, которые наносят на поверхно предварительно подогретую до 80- 100 С, а нагрев после приведения пооверхностей в контакт осуществляют в том же температурном. интервале в течение 1-3 мин.37092 талла, во-вторых, необходимо, чтобыкерамика, металл, жидкое стекло (илидругой припой) обладали близкими значениями коэффициента термическогорасширения (КТР), что ограничиваетобласть применения данного способа,в-третьих, преимущества способа проявляются при высоких температурахО(свыше 1000 С), а для меньших темпеО ратурных интервалов он непригоден,Цель изобретения - упрощение процесса соединения керамики с металломпри сохрайении качества соединения,Поставленная цель достигается тем,что согласно способу соединения керамики с металлом, включающему нанесение на одну из поверхностей неорганического припоя, приведение поверхностей в контакт и нагрев, в качест 20 ве припоя используют нити халькогенидных стекол, которые наносят на поверхность, предварительно подогретую до 80 - 100 С, а нагрев послеоприведения поверхностей.в контакт25 осуществляют в том же температурноминтервале в течение 1 - 3 мин,При этом используют нити диаметром 0,5-1 мм, что определяется размерами контура.П р и м е р, Спаивание корпуса из. металла типа ковар с корундовой подложкой. 35 с использованием органического связующего, большие энергозатраты, вызванные необходимостью достижения от О носительно высоких температур спаивания (350 - 550 С).Наиболее близким к предлагаемому является способ соединения металла с керамикой с помощью жидкого стекла, 45 которое наносят на одну из соединяемых поверхностей, приводят их в контакт и нагревают. Данный способ позволяет получать прочные соединенияо за время около 25 мин при 20 С и за 50б3 мин при 40 С, при этом получаемый агат выдерживает высокие температуры, а прочность соединения составляет б 00 - 652 кг/см 3.Однако данный способ имеет ряд не достатков. Во-первых, для прочного и надежного соединения необходимо испольэовать промежуточный слой меьо 4 о Аз 48 Те А 1 Аз, Те А 25 4,8,5 ь 7 у 11Изобретение относится к способам крепления металлических деталей с керамической подложкой при помощи стекла и может быть использовано при создании герметичных корпусов для микросхем и полупроводниковых приборов.Известен способ изготовления вакуумплотных ненапряженных металло- стеклянных конструкций плоского корпуса для интегральных микросхем из шликера (например, на основе стекла) путем горячего литья его под давлением в форму, удаления связки, спекания сырой заготовки в засыпке и спаивания с металлической арматурой 1 ).Известен способ соединения деталей из металла и керамики с применением стеклянных спаев, включающий приготовление порошка из стеклоприпоя, затем пасты с использованием органического связующего, которую методом трафаретной печати наносят на соединяЕмые поверхности, и сборку, нагреваемую до температуры, при которой происходит спаивание обеих деталей 21 .Недостатками данного способа являются низкое качество герметизации (это объясняется тем, что в процессе спаивания могут возникнуть микро- пустоты либо из-за некачественного нанесения порошка, либо при испарении органического связующего, сложность технологического процесса подготовки и нанесения стеклянного спая Нить диаметром 0,5 - 1 мм из халькогенидного стекла приводится в контакт с предварительно нагретой до 80 - 100 С рамкой из сплава тиО,па ковар и прилипает к ней, Затем рамка со стеклом охлаждается, помещается на корундовую подложку и вновь нагревается до 80 - 100 С ио отжигается в течение 1 - 3 мин, Готовый образец подвергается испытанию на герметичность.Параметры спаивания приведены в таблице.Сцепляемость (прочность на разрыв ) халькогенидных стекол различных составов имеет следующие значения при соединении ковара с корундовой подложкой, кг/см:Диаметрнити, мм Температура Время Характеристикаспаивания, отжига спаяоСмин,9 образца Герметичен 80 0,5 80 0,75 90 1 100 90 Герметичен 100 ГерметиченЗаказ 10458/18 Тираж 605 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4 Термостойкость полученных спаев ча основе стекол системы Я-Яе и Я-Бе-А 1 (составы 1, 2, 6, 7, 8), определенная методом быстрого охлаждения от температуры спаивания 80-100 оС (в зависимости от темпера.туры стеклования Т) до комнатной (20 С) путем переноса иэделия на металлическую плиту составляет 60-80 С.По предлагаемому способу получен герметичный спай на основе стекол систем Б-Яе и Б-Бе-А, который обеспечивает создание разрежения не менее 10- мм рт.ст. Вакуумная плотность получаемых соединений металла с керамикой, когда практически исключена возможность образования сквозных пор в соединяющем слое, повидимому, определяется давлениемнасыщенного пара над халькогениднымстеклом, а поскольку в обычных условиях (ниже Т) давление пара незначительно (для Я при 27 С - 3,7910атм, для Яе при 67 С - 1,3210 атм), то нарушения вакуумплотности спая не происходит.Достаточно высокая прочностьсцепления соединения металла с керамикой при помощи халькогенидныхстекол обеспечивается их хорошимиадгезионными свойствами (например,отмечается хорошая адгеэия стекол 15систем АЯ-Тх-Б Аз-Т 1-Бе и АЯ-Бе-БФк различным металлам Сц, Ая, АЙ, Я 1,ковар и др.), что объясняется химическим взаимодействием стекла с металлами.Предлагаемый способ соединенияметаллических и керамических деталей обеспечивает (по сравнению с известными) повышение качества и увеличение выхода годной продукции, таккак возникновение микропор при использовании припоя в монолитном состоянии невозможно.