Способ пайки деталей из разнородных материалов

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советскнк Соцналнстнческнк Республик(51) М. Кл. В 23 К 31/02 Государственный комнтет СССР но делам нзобретеннй н открытнй(088.8) Дата опубликования описания 30,1080(54 ) СПОСОВ ПАЙКИ ДЕТАЛЕЙ ИЗ РАЭНОРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ1Изобретение относится к областипайки, в частности к способам пайки,разнородных материалов, и может бытьиспользовано при соединении керамической подложки с металлическим основанием.Известен способ пайки деталей иэразнородных материалов, преимущественно плоской металлизированной керамической подложки с металлическим Ооснованием, при котором между соединяемыми деталями помещают сетку изнесмачиваемого припоем материала )13 .Указанный способ соединения позволяетснизить термомеханические напряжения 15и повысить термическую прочность спаяза счет расчленения спая на множестволокальных точек пайки и помещения взону спая между керамикой и металломупругой сетки из силиконовой резины. 20Возникающие в процессе термоциклирования напряжения, обусловленные разностью коэффициентов термического расширения материалов (КТР), компенсируются полностью за счет пластической 25деформации в слое припоя и упругойдеформации сетки, что и исключаетрастрескивание подложек,Однако данный способ крепленияподложки к металлическому основанию 30 весьма эффектевен лишь при малых уровнях рассеиваемой мощности. При больших Ъ 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 которомс 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 23 .Однако данный способ эффективен лишь при уровнях рассеиваемой мощности порядка 20-40 Вт/см2Известен способ пайки деталей изразнородных материалов, преимущественно керамической подложки с металлическим основанием, при котором вметаллическом основании выполняютсквозные отверстия, металлизируютподложку, размещают между подложкойи основанием припой и нагревают сборку до температуры пайки, прижимая поверхности одну к другой. Охлаждаютспаянные детали естественным способомдо комнатной температуры, продолжая 19прикладывать давление, чтобы плотносоединить диэлектрический материал сметаллом. В процессе нагрева и поддавлением через упомянутые отверстияканалы удаляются избытки флюса и припоя, благодаря чему образуется прочная связь между соединяемыми поверхностями и предотвращается протеканиеприпоя в нежелательные зоны. Такойспособ обеспечивает прочное соединение металлического основания с изолирующей подложкой печатной платы, способствует за счет расчленения зоныспая при сверлении отверстий на отдельные области частичному снятиюнапряжения (3),Однако он не исклю"ает термомеханические напряжения в спаЕиэ-за большой разницы КТР и слабойрасчлененности паяного соединенияКроме того, выполнение отверстийуменьшает площадь поперечного сечения,через которое проходит тепловойпоток и не обеспечивает отвод теплаот подложки при рассеиваемой мощностиболее 40 Вт. 35Целью изобретения является снижение термомеханических напряженийв спае беэ ухудшения теплоотвода отподложки,Поставленная цель достигается 40путем выполнения в металлическом основании выемок с образованием напаяемой поверхности усеченных конусных штырей, оси которых совпадают сосями отверстий, и заполнения отверстий легкоплавким пригоем,Способ осуществляют следующим образом.В металлическом основании изготавливают конусные штыри, в теле каждого иэ которых выполняют сквозноеосевое капиллярное отверстие и заполняют его легкоплавким припоем,На Фиг.1 изображена металлизированная керамическая подложка; наФи;, 2 - металлическое основание;на Фиг,3 - паяное соединение керамической подложки с металлическимоснованием,Керамическая подложка 1, покрытая слоем металлиэации 2, припаянак металлическому основанию 3, выполненному в виде игольчатого радиаторас ка:-иллярными отверстиями, заполненными припоем 4. Приме осуществления способа.На поверхность подложки из керамики "поликор" размером 3048 х 0,5 мм ввакууме последовательно напыляли слоихрома (300-500 Х), меди (7-8 мкм),затем гальванически осаждали слойзолота (2-3 мкм) и обслуживали оловоиндиевым припоем ОИс использованием 10 спиртово-канифсльного Флюса.В качестве металлического основанияиспольэовали пластины из алюминиевого сплава Д 16 размером 30 х 48 х 5 ммс Формированием на паяемой поверхности конусных штырей высотой 3 мм, втеле 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 ваннус расплавленным олово-индиевым припоем ОИтак, что им заполнялисьотверстия.Между основанием и подложкой укладывали фольгу олово-индиевого припоя ОИтолщиной 50 мкм.Пайку образцов производили впечи в атмосфере азота при 150 С сиспользованием 10 спиртово-канифольного Флюса. Увеличение расчлененияпаяного соединения и заполнение отверстий припоем позволяет компенсировать разность КТР материалов подложки и металлического основания иснизить термомеханические напряженияза счет пластической деформации припоя.Подложки из поликора, припаянныек металлическим основаниям иэ сплаваД 16, выполненные в виде игольчатогорадиатора, выдержали 700 термоцикловв диапазоне температур от -60 до+ 120 оС, в то в:.емя как узлы, изготовленные по 3) растрескивались после 40-50"термоциклов,Обдув металлического основания соскоростью воздушного потока 1,5 м/секпозволил отводить мощность 40-50 Вти обеспечивать температуру на подложке не выше 80-85 С,Предложенный способ позволяет повысить мощность рассеяния тепла с20-30 до 40-50 Вт, снизть термомеханические напряжения и обеспечитьтермостойкость в количестве 700циклов в ре".име от -60 до +120 оС,Внедрение способа позволит снизитьбрак по растрескиванию подложек,повысить процент выхода годных изделий, качество. сборки и надежность.Формула изобретенияСпособ пайки деталей из разнородных материалов, преимущественно керамической подложки с металлическим основанием, при котором в металлическом основании выполняют сквозныеЗаказ 7616/19 Тираж 1160 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 отверстия, металлизируют подложку,размещают между подложкой и основанием припой и нагревают до температуры пайки, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью снижения термомеханических напряжений в спае без ухудшения теплоотвода от подложки, восновании между отверстиями выполня"ют выемки, образуя на паяемой поверхности усеченные конусные штыри, осикоторых совпадают с осями отверстий,а отверстия заполняют легкоплавкимприпоем.Источники инФОрмации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССРР 622596, кл. В 23 К 1/00, 1977,2. Авторское свидетельство СССРпо 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.