СПОСОБ ПАЙКИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ФЕРРИТОВ Российский патент 1996 года по МПК B23K1/20 

Изобретение относится к пайке изделий, преимущественно из ферритов, и может быть использовано в электронной, радио- и электротехнической промышленности.

Известен способ пайки ферритовых материалов с помощью ультразвуковых вибраций [1] Однако для этого требуются специальные припои, содержащие добавки Zn, Sb, Al, Si, а также редкоземельных металлов и отличающиеся сложной технологией приготовления.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к предлагаемому является способ подготовки феррита под пайку и сварку с металлом [2] согласно которому на паяемую поверхность наносят промежуточный слой металла путем восстановления окислов, входящих в состав феррита, плазменным разрядом в защитно-восстановительной среде. Пайку проводят по второму металлическому слою, нанесенному электрохимическим способом.

Недостатками этого способа является сложность и длительность технологического процесса плазменной обработки и нанесения второго металлического слоя. При неконтролируемой энергии плазменного разряда возможно растрескивание феррита, появление поперечных трещин в восстановленном слое металла, что снижает прочность соединений и ухудшает магнитные свойства феррита.

Задача изобретения повышение прочности паяного соединения с ферритом за счет увеличения адгезии металлического слоя к ферритам, производительности процесса пайки за счет сокращения числа операций, а также увеличение добротности ферритовых изделий за счет снижения акустических, электрических и магнитных потерь в соединении.

Для этого на обезжиренной поверхности феррита в защитно-восстановительной атмосфере образуют электропроводящие участки путем плазменного разряда между электродами при энергии разряда 6-16 кДж, в процессе обработки ферритовое изделие вращают вокруг своей оси со скоростью 10-20 об/мин и перемещают в горизонтальной плоскости со скоростью 10-20 мм/мин. Затем производят ультразвуковое лужение обработанной поверхности феррита и соединяют ее с металлическим волноводом при давлении 0,1-0,2 МПа.

Сравнение с другими техническими решениями показало, что признаки, отличающие предлагаемый способ, известны, однако при их совместном использовании в определенной последовательности они проявляют новые свойства, что приводит к положительному эффекту, заключающемуся в повышении прочности паяного соединения, производительности процесса пайки и увеличении добротности ферритовых изделий.

В качестве защитно-восстановительной среды используют инертный газ аргон с добавкой паров органической кислоты, например муравьиной, салициловой и т. п.

Ультразвуковое лужение по поверхности феррита с имеющимися электропроводящими участками проводят при локальном ИК-нагреве поверхности феррита до температур, не превышающих точки Кюри, например при 350-400^оС, причем в качестве припоя используют легкоплавкие оловянные припои с добавками адгезионно-активных металлов: Al, Zn и др. например припои ПОД 10, ПОЦ 20 и др.

На чертеже показано устройство для реализации предлагаемого способа.

Устройство состоит из тиристорного преобразователя 220/127В А1, электромагнита YA, компрессора К1, клапана WК, манометра Р1, источника высокого напряжения G1 и камеры 7. Изделие 1 из феррита закрепляют в держателе 2, который вращается в процессе обработки вокруг своей оси. На расстоянии 0,5-1,5 мм от обрабатываемой поверхности феррита устанавливают электроды 3 из тугоплавкого металла, которые могут линейно перемещаться при помощи механической системы 4, преобразующей вращательное движение стержня 5 в поступательное. Электроды крепятся на основании 6, которое герметично соединяется с камерой 7.

Способ реализуется в следующей последовательности. Поверхность феррита обезжиривается в органическом растворителе. Затем изделие из феррита закрепляется в держателе 2 и производится герметизация камеры 7. Из камеры компрессором К1 откачивается воздух до остаточного давления 0,1-0,15 МПа. После этого в камеру подается инертный газ аргон с добавкой паров органических кислот, например муравьиной кислоты. Регулировка потока газа осуществляется с помощью электромагнитного клапана WK, питание на который подается с тиристорного преобразователя 220/127В А1. После заполнения камеры аргоном до давления 0,15 МПа включается источник высокого напряжения G1 и между электродами возбуждается плазменный разряд. Регулированием тока разряда добиваются, чтобы разряд имел синий цвет, что соответствует энергии 6-16 кДж. Далее производится обработка поверхности феррита в течение 20-40 с одновременным вращением феррита со скоростью 10-20 об/мин и линейным перемещением электродов относительно поверхности феррита со скоростью 10-20 мм/мин для охватывания максимальной площади воздействия разряда на феррит. При этом на поверхности феррита образуются участки с частичным восстановлением металлов из оксидов, составляющих феррит. Поверхностное сопротивление феррита при этом снижается до 10-15 кОм/мм. После обработки феррита камера разгерметизируется открыванием электромагнитного клапана. Извлекается изделие из держателя и проводится ультразвуковое лужение. Процесс нагрева при ультразвуковом лужении обработанной поверхности ведется с использованием локального ИК-нагрева, ограничивающего зону нагрева в пределах до 10-20 мм и по длине феррита и обеспечивающего скорость нарастания температуры не выше 10-20^оС во избежание растрескивания феррита и ухудшения его магнитных свойств.

В процессе ультразвукового лужения металлического покрытия на поверхности феррита в расплаве припоя при амплитуде УЗ вибраций 8-15 мкм возникают интенсивные кавитационные явления и микропотоки вблизи паяемой поверхности. В результате этих эффектов происходит физическая активация электропроводящих участков на поверхности феррита и их физико-химическое взаимодействие с компонентами припоя, что и приводит к обpазованию прочного слоя с ферритовыми материалами.

Облуженную поверхность феррита соединяют с металлическим волноводом с помощью технологического приспособления, процесс пайки ведут ИК-нагревом со скоростью не более 10-20^оС/с в течение 0,5-1 мин, затем охлаждают соединение при давлении 0,15-0,25 МПа. Данные режимы способствуют образованию однородного по толщине паяного шва между соединяемыми деталями.

П р и м е р. Пайку магнитострикционных стержней из феррита 21 СПа вели к металлическому волноводу ультразвукового преобразователя для установки ультразвуковой сварки проволочных выводов микросхем ОЗУН-1000.

Плазменную обработку поверхности ферритовых стержней осуществляли при относительном давлении 0,1 МПа инертного газа аргона с добавками паров муравьиной кислоты в течение 20 с при скорости вращения 15 об/мин и линейном перемещении 15 мм/мин. Энергия плазменного разряда составляла 8 кДж.

Электрическое сопротивление на обработанных участках составляло 5-10 кОм/мм.

Ультразвуковое лужение обработанной поверхности феррита с имеющимися электропроводящими участками и металлического волновода вели припоем ПОЦ 10 при температуре 260-280^оС в течение 10-12 с паяльником УЗП2-0,025 на частоте 44+1 кГц и напряжении на выходе генератора УЗГЗ-0.4 50-60 В.

Соединение ферритового стержня преобразователя с волноводом проводили без флюса при локальном ИК-нагреве зоны соединения со скоростью нагрева 10-20^оС/с и последующем охлаждении паяного соединения при давлении 0,15-0,25 МПа к соединяемым деталям.

Механическую прочность соединения проверяли методом отрыва на разрывной машине РП-100. Прочность паяных соединений была не меньше 10,0 МПа, а электрическая добротность преобразователя не менее 50.

По методике, описанной в данном примере, были получены данные по спаям для других энергий плазменного разряда (табл. 1) и разных скоростей вращения и перемещения (табл. 2).

Из этих данных можно сделать вывод, что наибольшая механическая прочность спая достигается при энергии плазменного разряда 6-16 кДж, скорости вращения 10-20 об/мин, линейном перемещении 10-20 мм/мин. Увеличение энергии плазменного разряда более 16 кДж ведет к перегреву и растрескиванию ферритового изделия.

Эффективность изобретения заключается в повышении прочности паяного соединения ферритового преобразователя с металлическим волноводом в 1,3-1,5 раза, в увеличении добротности ультразвукового преобразователя на 30-40%

Использование: при пайке ультразвуковых преобразователей, изготовленных из магнитострикционных ферритов, а также других ферритовых материалов. Сущность изобретения: электропроводящие участки на феррите образуют путем плазменного разряда между электродами при энергии разряда 6 - 16 кДж, в процессе обработки ферритовое изделие вращают вокруг своей оси со скоростью 10 - 20 об. /мин и перемещают в горизонтальной плоскости со скоростью 10 - 20 мм/мин при давлении восстановительной среды 0,1 - 0,2 МПа с подачей восстановительного реагента, например паров муравьиной кислоты, на обрабатываемую поверхность. В течение времени разряда проводят ультразвуковое лужение обработанной поверхности феррита и соединяют с металлическим волноводом при давлении 0,15 - 0,25 МПа. 1 ил., 2 табл.

СПОСОБ ПАЙКИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ФЕРРИТОВ, включающий обезжиривание паяемых поверхностей, образование на поверхности ферритового изделия электропроводящих участков в восстановительной среде плазменным разрядом между электродами, нагрев до температуры пайки зоны соединения с подачей ультразвуковых колебаний, отличающийся тем, что в среду вводят восстановительный реагент, энергию плазменного разряда берут 6 - 16 кДж, в процессе обработки изделие вращают вокруг своей оси со скоростью 10 - 20 об/мин и перемещают в горизонтальной плоскости со скоростью 10 - 20 мм/мин при давлении восстановительной среды 0,1 - 0,2 МПа.