Стеклоприпой Советский патент 1992 года по МПК C03C8/24 

Изобретение относится к стеклоприпр- ям, используемым для пайки керамических изоляторов из корундовой или алюмооксид- ной керамики с прецизионными сплавами, в частности для получения вакуум-плотных металлокерамических узлов в корпусах, предназначенных для силовых полупроводниковых приборов (СПП).

Известен стеклоприпой, содержащий, мас.%:

А 20з23,7;

Si0242,8;

МпО21,1;

Мп3-4;

Мо 9,0, для вакуум-плотного соединения корундовой керамики с прецизионными сплавами. Коэффициент линейного расширения этого стеклоприпоя составляет

5,37 10 1/град в интервале температур 20-900°С.

К недостаткам стеклоприпоя следует отнести высокую температуру пайки (1300- 1360°С), что приводит к необходимости использования высокоогнеупорной оснастки и большим энергозатратам.

Наиболее близким по составу к предлагаемому является стекло, содержащее, мас.%:

SiC-234-50;

В20з11-21;

N3204-9;

Li202-6;

ZnO4-12;

К202-6;

А 20з2-25;

СаО0-4;

4 Ю 4 О.

Ю

BaO1-5;

ТЮ22-6,

используемое в корпусах полупроводниковых приборов в качестве электропроводных герметиков.

Недостатком известного стекла является усложненный технологический процесс его приготовления (получение стекла) и сниженное значение наработки на отказ.

Целью изобретения является упрощение технологии изготовления стеклопри- поя, повышение значения наработки на отказ при сохранении механической прочности спая.

Указанная цель достигается тем, что стеклоприпой для вакуум-плотного соединения керамики с металлом, включающий SiOa, В20з, Na20, Li20, ZnO, teO, AlaOs, дополнительно содержит Nd2U3 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Si0242,0-56,6

В2 Эз19,4-27,0

N3201,5-2,0

Li2015,00-18,15

ZnO3-4

К200,50-0,85

А120з2-3

Nd20s2-3

Для получения предлагаемого стекло- припоя было приготовлено три состава, содержащих компоненты в соотношении, указанном в таблице. Подготовку материалов для приготовления стеклоприпоя производили на оборудовании способами, используемыми в керамической промышленности для приготовления порошков и глазурей. Технологический процесс приготовления стеклоприпоя заключается в следующем: смешение предварительно измельченного кварцевого песка, полевого шпата с остальными компонентами мокрым способо м до удельной поверхности (4-5) 103см /г, сушка при 150 ±50°до нулевой влажности, просев через сито № 0045.

В зависимости от конфигурации паяного узла стеклоприпой применяют в виде пасты или отпрессованных колец. Для получения пасты приготовленный порошок смешивали с органической связкой, в качестве которой использовали раствор колок- силина в изоамилацетате. Плотность пасты должна быть 2,2-2,5 г/см3. Пайку полученным стеклоприпоем производили на макет- ных образцах корпусов СПП в среде формиргаза в соотношении водород:азот 1:Зпрй850-950°С.

Увеличение количества выше указанных пределов дополнительно вводимого оксида неодима Nd2U3 приводит к увеличению скорости остекленения, за счет чего появляется внутреннее напряжение в паяном шве, нет сцепления стеклоприпоя с металлом, что приводит к нарушению герметичности металлокерамических узлов, а уменьшение

его количества приводит к росту температуры пайки.

Введение оптимального количества оксида неодима (2-3 мас.%) позволяет получить стабильный интервал растекания

0 (850-950°С) предлагаемого стеклоприпоя по сравнению с известным и улучшить сцепление металла со стеклоприпоем. Это дает возможность при получении стеклоприпоя исключить процесс фриттования его с по5 следующим измельчением, сохраняя при

этом механическую прочность спая, а также

повысить значение наработки на отказ при

вероятности безотказной работы 0,98.

Спаянные макетные образцы корпусов

0 СПП подвергали испытаниям. По результатам испытаний образцы, спаянные стекло- припоем предлагаемого состава, соответствуют техническим условиям на корпуса керамические СПП,

5В таблице приведены сравнительные

характеристики предлагаемого и известного составов стеклоприпоя. Из таблицы видно, что известный состав не может обеспечить гарантийной наработки на от0 каз, выдерживает количество теплосмен меньше, чем предложенный состав. Кроме того, приготовление предлагаемого состава исключает из технологического процесса получения стеклоприпоя предварительное

5 фриттование при 1250°С и последующее его измельчение, что обеспечивает экономию энергетических и трудовых затрат на 10- 15%, а также возможность отказаться от высокотемпературной печи для варки стек0 ла (фриттования) и оборудования для измельчения фритты. Сохраняется механическая и термическая прочность спая.

Стеклоприпой дает возможность иск5 лючить применение серебросодержащего припоя при изготовлении металлокерамических узлов корпусов СПП.

Формула изобретения Стеклоприпой, преимущественно, для

0 вакуум-плотного соединения алюмооксид- ной или корундовой керамики с металлом, сплавов с керамикой, включающий Si02, В20з, N320, Li20, ZnO, K20, , отличающийся тем, что, с целью упрощения

5 технологии и повышение значений наработки на отказ при сохранении механической прочности спая, он дополнительно содержит Nd2U3 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

SI0242,0-56,6

Прочность спая трубки управляющего вывода, кН0,85

Наработка на отказ число циклов изменений температуры среды от минус 60 до+190°С) при вероятности безотказной работы 0,98 124

Герметичность при минимальном потоке гелия 1 -КГ Па-м3/с, . из 5 шт. 5

0,85

0,75

0,65

126

120

105

Изобретение относится к стеклоприпо- ям, используемым для пайки керамических изоляторов из корундовой или алюмооксид- ной керамики с прецизионными сплавами, в частности для получения вакуум-плотных металлокерамических узлов в корпусах, предназначенных для полупроводниковых приборов. Цель - упрощение технологии и повышение значений наработки на отказ при сохранении механической прочности спая. Стеклоприпой содержит следующие компоненты, мас.%: 5(02 42-56,6; 8263 19,4-27; Na20 1,5-2; Li20 15-18; ZnO 3-4; «20 0,5-0,85; А120з 2-3; Nd203 2-3. Стекло- припой получают по керамической технологии. КТР стекла (101,6-106,6) 1/град, температура деформации 500-520°С, температура пайки 850-950°С, герметичность спая при минимальном потоке гелия 1 Па м3/с из 5 шт. - 5, наработка на отказ (число циклов изменений температуры среды от (-60 до 190°С) при вероятности безотказной работы от 0,98 до 120-126 циклов. 1 табл. (Л С