Способ пайки деталей из разнородных материалов

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик и 990449па лелем изебретеиий и открытий(54) СПОСОБ ПАЙКИ ДЕТАЛЕЙ ИЗ РАЗНОРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ1Изобретение относится к области пайки,в частности к способам пайки разнородныхматериалов, и может быть использовано приизготовлении элементов электронной техники.Известен способ пайки деталей из разнородных материалов, преимущественноплоской металлизированной керамическойподложки с металлическим основанием, прикотором между соединяемыми деталями по.мещают сетку из несмачиваемого припоемматериала,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 11. Однако данный способ крепления подложки к металлическому основанию весьма эффективен лишь при малых уровнях рассеиваемой мощности, При больших мощнос. тях (20 Вт) 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 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 тепло- проводящим материалом 12.Однако данный способ эффективен лишьпри условиях рассеиваемой мощности порядка 20 - 40 Вт/см 2.Известен способ пайки деталей из разнородных материалов, при котором деталисобирают, размещая между ними припой,поджимают, нагревают до температуры пайки и охлаждают.В процессе охлаждения после кристалли: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, чтосогласно способу лайки деталей из разнородных материалов, при котором детали собггракт, размещая между ними припой, поджимают, нагревают до температуры пайкии охлаждают, перед сборкой металлическоеоснование изгибают, а при сборке совмещают его с подложкой вогнутой стороной.На фиг.изображена керамическая подЛОжгКГ 1 С НаНЕСЕННЫМ СЛОЕМ МЕтаЛЛИЗаЦИИ;на фиг. 2 - вогнутое металлическое основание, покрытое металлизационным слоем с хорошей смачиваемостью мягкими припоями;гга 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 припом через припой 5,Предварительный изгиб металлическогооснования позволяет практически исключитьвозникновение напряжений в паяных узлахи повысить термическую прочность спая. Подложки из поликора, припаянные к предварительно изогнутому металлическому основанию из медно-молибденового псевдосплаваМД, имеющего КТР (80 10 1/С), близкий КТР керамики (75 10 /С) после пятитермоударов в режиме -196 фС (жидкийазот) + 100 С (кипящая вода), имели выход годных узлов (без растрескивания) 70%,в то время как узлы, изготовленные без предварительного изгибания основания, лишь40%.Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить термостойкость узлов болеее чем в 1,5 раза,Прилгер. 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 сгглаега ОЛОВО - -Висмут толщинОЙ 6 - 9 мкм. Металлическое основание из медно-молибденового псевдосплава МДразмером 30 Х 48 Х 0,8 мм покрывали последовательно слоями никеля (6 - 9 мкм) и сплава олово - висмут (69 мкм), после чего его изгибали на специальной оправке до стрелы прогиба, равной 70 - 100 мкм. Между подложкой и вогнутой стороной металлическогооснования укладывали фольговую пластинуприпоя ПОСВи,0 - -10,5 и зажимали в оправке. Оправка выполнена в виде массивнойплиты с установленными над нею на планках подпружиненными штырями. Прижимподложки к металлическому основанию осуществляется пятью штырями (четыре уста 15 наВлиВаются по углам керэмггческОЙ ггодложки, один - в ее геометрическом центре) усилие поджима постоянно во всем интервалетемператур сборки и пайки и составляет5 кгс из расчета на один штырь.Паяемый зазор В моменты сборки и расплавления припоя имеет форму сегмента впоперечном сечении соединения подложка --металлическое основание, причем при сборке в момент ггоджатия паясмого узла подпружиненными штырями происходит частичг 5ное изменение высоты сегмента с 70 мкмдо -40 мкм, при этом увеличиваготся и радиус дуги и д,нгна хорды сегмента.Пайку производили В печи в атмосфереазота при 190200 С с исггользованием О --300/о сгнгрто-канифольного г)1 люса.ЗО В процессе пайки в момент расплавлениядавление не снимается и припой ггри расплавленигг не выдавливается вследствие того, чтометаллическая пластина сохраняет сегментообразную форму, припой находится как быв чаше и удерживается в зазоре за счет ка 35пиллярных сил. Давление, прикладываемоев этот момент к подложке, передается только металлическому основанию через его концы, не взаимодействуя с прослойкой припоя.Подложка в этом случае выполняет функ 4 О цию балки с концевыми опорами,Окончательное выравнивание металлического основания происходит в процессе охлаждения паяемого узла, когда напряженияснимаются за счет перехода упругой деформации металлического основания в ггласти 45 ческую деформацию прослойки припоя и приэтом растягивающие напряжения выравнивают металлическое основание.Для экспериментального подтвержденияпредлагаемого технического решения былиизготовлены узлы, металлические основания у которых предварительно изгибались иимели стрелу прогиба 40 мкм, 50 мкм,70 мкм и 100 мкм, Количество узлов каждого вида составляло 20 шт. Оценка термостойкости производилась по испытаниям на55 термоудары в режиме -196 С (жидкий азот)- 100 С (кипящая вода) .Результаты испытаний представлены втаблице.990449 Исходное количествоузлов, шт Количество узлов,выдержавших испытания,Ф 40,0 40 20 48,5 20 50 69,2 20 70 20 61,5 100 25 Формула изобретения Прогиб металлическихоснований,мкм Как видно из таблицы, наибольшей термостойкостью обладаютузлы, у которых металлические основания имели прогиб 70 и 100 мкм. Увеличение прогиба до 120 - 150 мкмто 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 метал- лизированной керамической подложки с металлическим основанием, при котором дета- ЗО ли собирают, размещая между ними припой,поджимают, ндгрвдют до температуры пдики и охлаждают, отличали(ииея тм, что,целью исключения термичекого икривя- ния и рдстрескивания ивяных летали электронной техники, персд сборксй мтдллпч- кое основание изгибают, д при борксовмещают его с подложкой вогнутой стороной. Источники информации,, принятые во внимание при экспртиз1. Авторское свидетельство СССРМ 622596, кл. В 23 К 1)19, 12.03,772. Авторское свидетельство СССРЬо 737144, кл. В 23 К АЙ 9, 1 Л) .78.3. Технология пайки твердосплдиного инструмента. Под рд. Имценник К. П., М.,ВНИИ, 1968, с. 9 (прототип).Состав. гель Ф. Конопелько Редактор Н. Джуган Техред Л. Верес Корректор А. Дзятко Заказ 11036/18 Тираж 4101 Подписное ВНИИ ПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4