Способ пайки германия Советский патент 1992 года по МПК B23K1/19 B23K1/20 

Изобретение относится к пайке, в частности к способам подготовь ;РП-ЧОСТИ детали к пайке.

Известны способы паГ ки труднопаяемых материалов, при которых производят облуживание паяемых материалов редкоземельными металлами в вакууме грмообра- ботку и последующую пайку припоями на основе этих материалов. Недостатком способа при пайке монокристаллического германия является высокая температура отжига, приводящая к изменению оптических характеристик германия.

Наиболее бли. техническим решением к предлагаемому является способ пайки, при котором на паяемые поверхности термовакуумным нап.- нием наносят слой покрытия, производят его отжиг в вакууме и паяют. В качестве покрытия используют палладий, никель, медь, платину.

Использование данного способа при пайке монокристаллического германия невозможно, так как отжиг нанесенного покрытия осуществляется при температуре.

превышающей температуру плавления германия.

Цель способа - повышение прочности паяного соединения монокристаллического

германия.

Поставленная цель достигается тем. что в предлагаемом способе пайки, заключающемся в предварительном напылении на поверхность монокристаллического германия слоя меди, его отжиге в вакууме и последующей пайке, наносят слой меди толщиной 4...6 мкм, а отжиг про водят в вакууме в течение 90... 120 мин при температуре 573...623 К

Выбор толщины напыляемого слоя меди определялся экспериментально. Слой меди толщиной менее 4 мкм не позволяет получить хорошо смачиваемую припоем паяемую поверхность германия, отожженного при указанных температурно-рременных режимах. Это связано с тем, что при вакуумном отжиге медное покрытие толщиной до 4 мкм в результате диффузии полностью переходит в гермзнид меди, который не смачивается припоем. С увеличением толщины

rV)

С

vi о

о VJ

00

со

покрытия от 4 до 6 мкм при указанных тем- пературно-временных параметрах отжига не весь слой меди диффундирует в германий В результате на поверхности детали остается слой чистой меди, имеющий с одной стороны хорошее сцепление с германием, с другой обеспечивающий хорошее смачивание поверхности припоем.

Увеличение толщины покрытия свыше 6 мкм сопровождается его отслаиванием от подложки в процессе напыления из-за увеличения остаточных напряжений в нэпы- ленном слое.

Выбор температуры и времени отжига напыленного покрытия определялся прочностью паяного соединения. При темперэ- туре отжига ниже 573 К при всех изотермических выдержках прочность паяных соединений низкая, так как диффузионные процессы при данных температурах проходят лишь частично и не обеспечивают адгезионной прочности покрытия с подложкой.

Повышение температуры отжига до 573-623 К при выдержках в течение 1,5-2 ч обеспечивает достаточную прочность паяного соединения монокристаллического германия: оъ 4,2-4,8 МПа.

Подъем температуры отжига выше 623 К недопустим из-за изменения оптических свойств германия.

Уменьшение времени отжига до 1 ч при тех же температурах 573 и 623 К снижает прочность паяных соединений (ОЬ) до 3 МПа. так как продолжительность не обеспечивает полного прохождения диффузионных процессов

Повышение изотермической выдержки свыше 2 ч не вызывает заметного роста прочности паяных соединений, что свидетельствует о заверм- ении процесса диффузии при данных температурах

Предлагаемый способ пайки монокристаллического германия реализован следующим образом

П р и м е р 1 Поверхность детали из монокристаллического германия перед нанесением покрытия подвергали обезжириванию ацетоном с последующей промывкой

спиртом. Затем деталь закрепляли в приспособлении вакуумной камеры установки для термовакуумного напыления ВУП-4. Испаряемым материалом служила медь марки

М1, которую помещали на испаритель установки. Камеру герметизировали и создавали разрежение (1,33 КГ2 Па). Процесс термовакуумного напыления вели до образования покрытия заданной толщины 4-6

мкм. После окончания процесса нанесения слоя камеру разгерметизировали и деталь извлекали. Далее деталь с нанесенным медным покрытием подвергали термодиффузионному отжигу в вакуумной печи типа

СШВЛ по режиму: температура Т 625 К, время выдержки т 2 ч. Остаточное давление составляло 1.33- Па.

Для испытания на прочность паяного соединения к поверхности с покрытием,

прошедшим отжиг, припаивали медные стержни припоем ПОС-61. Полученные паяные соединения испытывали на растяжение. Величина прочности при этом составила съ - 4,8 МПэ, а разрушение происходило с вырывом основного материала. Примеры 2-7 сведены в таблицу и отличаются от примера 1 толщиной покрытия и режимами термической обработки.

Применение предлагаемого способа

пайки монокристаллического германия позволяет получить паяное соединение широко используемыми припоями на основе олова и свинца при температуре пайки, характерными для данных составов припоя;

прочность соединения находится на уровне прочности монокристаллического германия и составляет 4-4,8 МПа.

Формула изобретения Способ пайки монокристаллического германия, при котором на паяемую поверхность напыляют технологическое покрытие, производят отжиг в вакууме и пайку низко температурным припоем, отличающийся тем, что. с целью повышения прочности паяного соединения монокристаллического германия, в качестве покрытия используют медь толщиной 4-6 мкм, а отжиг производят при температуре 300-350°С в течение 90-120 мин.

Изобретение относится к пайке, в частности к способам пайки монокристаллического германия. Цель изобретения - повышение прочности паяного соединения. На паяемую поверхность германия напыляют в вакууме технологическое покрытие из меди толщиной 4-6 мкм, производят отжиг в вакууме при 300-350°С в течение 90-120 мин и последующую пайку низкотемпературным припоем. При указанном режиме обработки технологическое покрытие прочно соединяется с германием без образования на поверхности труднопаяемых германидов. Это обеспечивает повышение прочности паяных соединений. 1 табл.