Припой для пайки деталей электровакуумных приборов Советский патент 1977 года по МПК B23K35/26 C22C28/00 

1

Изобретение относится к области пайки, в частности к составу припоя для пайки деталей электровакуумных приборов.

Известен ряд диффузионно твердеющих паст на основе галлия 1, например, состав, содержащий (вес. %): галлий 27-41, индий 9-13, серебро 1-2, алюминий 3-10, медь - остальное.

Галлиевые пасты обладают адгезией практически к любым материалам, позволяют создавать при температурах 30- 200°С узлы, выдерживающие без распаивания нагрев до 600-800°С, позволяют соединять резко отличающиеся по свойствам материалы и т. д.

Однако дисперсионно твердеющие пасты па основе галлия обладают существенными недостатками: практически невозможно получение вакуумноплотных сиаев и образование в результате этого диффузионной пористости шва; низкие механические свойства пасты; низкая стабильность качества паяного шва вследствие проявления диффузионной пористости, коррозии некоторых соединяемых материалов под действием жидкого галлия и других факторов.

Известен припой, содержащий медь и индий

2.

Этот припой не обеспечивает получения вакуумноплотных паяных соединений с достаточной пластичностью и прочностью прп пайке без использования флюса.

Для иовышения пластичности и физико-механических свойств паяного соединения при безфлюсовой иайке предлагаемый припой дополнительно содержит олово при следующих соотнощениях компонентов, вес. % :

Индий20-75

Олово5-30

Медь20-60

Индий обладает адгезией к большому числу металлов и диэлектриков и незначительным корродирующим действием при температурах порядка 700°С и выше. Олово по ряду свойств близко к индию и имеет диаграмму состояния с медью, близкую к диаграмме состояния системы индий - медь, но не обладает поверхностной активностью аналогично галлию и iniдию. Такая паста имеет следуюп-1,ие особенности.

Ипзкую температуру приготовления. В частности, ряд преимуществ дает использованпе в качестве жидкой фазы эвтектического сплава состава (вес. %): индий 52, олово 48 (температура плавления 117°С). Этот сплав обладает вакуумной плотностью и хорошей адгезией к ряду металлов и диэлектриков.

Большую термостойкость, достигающую 1000°С на воздухе.

Возможность регулирования времени сохранения пастообразного состояния температуре пайкп.

Олово замедляет скорость взаимодействия жидкой фазы с медью. При увеличении концентрации олова в жидкой фазе время сохранения пастообразного состояния увеличивается. Кроме того, поскольку снижается температура пайки, замедляется взаимодействие жидкой фазы с медью. Это дает возможность ввести в состав пасты большее количество меди, т. е. улучшить ее механические характеристики и повысить термостойкость.

Предельные концентрации компонентов выбраны, исходя из следующих соображений: максимальная концентрация меди составляет 60 вес. %. При большей концентрации меди количество жидкой фазы недостаточно для тото, чтобы смочить всю поверхность медного по.рошка. Вследствие этого паста теряет компактность и пластичность. Минимальная концентрация медн 20 вес. % -При меньших концентрациях паста становится излишне жидкой, а ее термостойкость и механические характеристики ухудшаются.

Количество индия в пасте должно составлять не менее 20-25 вес. %, что обеспечивает адгезию насты к керамике и стеклам и достаточную скорость затвердевания. Концентрация олова в жидкой фазе не должна превышать 60 вес. %, т. е. 30 вес. % в пасте. При большей концентрации олова процесс смешивания проходит более медленно н увеличивается время затвердевания. Кроме того, при концентрации олова в жидкой фазе, превышающей 60 вес. %, температура найкн превышает 150-160°С, что не всегда допустимо. Эффект присутствия олова в пасте заметно проявляется при его концентрации 5 вес. % и более.

Прнпой приготавливался следующим образом. Навески индия н олова по.мещали в кварцевый тигель и нагревали в вакууме 10-5-1 о-«5 мм. рт. ст. до 250-300°С. После 10-15-ти минутной выдержки сплав охлаждали до комнатной температуры и переносили во фторопластовый стакан, после чего нагревали до температуры, на 5-10°С с превышающей температуру плавления сплава. Далее в расплав небольшими порциями вводили навеску медн при непрерывном перемешивании. Перемешивание осуществлялось с помощью ультразвукового генератора «УСП-1 или «УЗГ0,4. Среднее время ультразвуковой обработки

составляло 10-15 мин. Приготовленная паста должна быть компактной, иметь блестящую поверхность и не содержать видимых включений меди.

Припой имеет адгезию к следующим материалам: ковару, константану, бериллию, никелю, меди, вольфраму, титану, танталу, ванадию, арсениду галлия, керамике 22ХС, стеклу С-52-1 и др. Соединения, выполненные с помощью предлагаемого припоя, отличаются хорошей прочностью, высокой термо-, вибро-, ударостойкостью и обеспечивают надежный электрический контакт. Например, узел, состоящий из кристалла арсенида галлия и медной нодложки, паяный настой состава (вес. %): индий 31, олово 29, медь 40, выдержал 50 термоциклов в интервале-1S6- -200С без нарушения электрического или механического контакта. С номощью данного припоя были получены вакуумноплотные до температур не менее 400-450С соединения никеля с медью, титаном, бериллием, ковара с никелем, медью и титаном. Предлагаемый припой может быть использован для вакуумноплотного спаивания разнородных материалов, для пайки входных окон электровакуумных приборов, создания контактов к полупроводникам и пьезокерамике. Он может быть также применен во всех случаях,

когда невозможно нрименение галлиевых припоев.

Формула изобретения

Припой для пайки деталей электровакуумных приборов, содержащий индий, медь, о тличающийся тем, что, с целью повышения пластичности и физико-механических свойств паяного соединения при безфлюсовой пайке, его состав дополнительно содержит олово при следующих соотношениях компонентов, вес. %:

Индий20-75

Олово5-30

Медь20-60

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1.Авторское свидетельство № 291769, кл. В 23К 35/30, 1969.

2.Патент США № 3839780, кл. 29-501, опубликован 1974.