Способ соединения керамики с металлом

 

СПОСОБ СОЕДИНЕНИЯ КЕРАМИКИ с МЕТАЛЛОМ путем нанесения на одну из поверхностей неорганического припоя, приведения поверхностей в контакт и нагрева, отличающийся тем, что, с целью yiiponieния процесса при сохранении качества соединения, в качестве припоя используют нити халькогенидных стекол , которые наносят на поверхность, предварительно подогретую до 80100 С, а нагрев после приведения поверхностей в контакт осуществляют в том же температурном, интервале в течение 1-3 мин.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

ONN

РЕСПУБЛИК

0% (И) 4(51 С 04 В 37/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

re ДЕам ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н AETOPCNOMV CIHINllWlbCTBV (21) 3473246/29-33 (22) 19.07.82 (46) 30.01.85. Бюл. У 4 (72) E.À. Кулешов, П.И. Булер, Л.Г. Протасова, С.Н. Алейников и С.В. Пургин .(71) Уральский ордена Трудового

Красного Знамени политехнический институт им. С.М. Кирова (53) .666.698.2(088 ° 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 245301, кл. С 03 С 29/00, 1969.

2. Роздзял П. Технология герметизации элементов РЭА, М., 1981.

3. Патент Японии Ф 55-113678, кл. С 04 В 37/02, опублик. 1980. (54) (57) СПОСОБ СОЕДИНЕНИЯ KFPAMHКИ С МЕТАЛЛОИ путем нанесения на одну из поверхностей неорганического припоя, приведения поверхностей в контакт и нагрева, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью уирощения процесса при сохранении качества соединения, в качестве припоя используют нити халькогенидных стекол, которые наносят на поверхность, предварительно подогретую до 80100 С, а нагрев после приведения поо верхностей в контакт осуществляют в том же температурном. интервале в ,течение 1-3 мин.

37092 талла, во-вторых, необходимо, чтобы керамика, металл, жидкое стекло (или другой припой) обладали близкими значениями коэффициента термического расширения (КТР), что ограничивает область применения данного способа, в-третьих, преимущества способа проявляются при высоких температурах

О (свыше 1000 С), а для меньших темпе10 ратурных интервалов он непригоден.

Цель изобретения — упрощение процесса соединения керамики с металлом при сохрайении качества соединения.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу соединения керамики с металлом, включающему нанесение на одну из поверхностей неорганического припоя, приведение поверх ностей в контакт и нагрев, в качест2б ве припоя используют нити халькогенидных стекол, которые наносят на поверхность, предварительно пбдогретую до 80 — 100 С, а нагрев после о приведения поверхностей.в контакт

25 осуществляют в том же температурном интервале в течение 1 — 3 мин.

При этом используют нити диаметром 0,5-1 мм, что определяется размерами контура.

Пример. Спаивание корпуса из . металла типа ковар с корундовой подложкой.

35 с использованием органического связующего, большие энергозатраты, вызванные необходимостью достижения от- 1О носительно высоких температур спаивания (350 — 550 С).

Наиболее близким к предлагаемому является способ соединения металла с керамикой с помощью жидкого стекла, которое наносят на одну из соединяемых поверхностей, приводят их в контакт и нагревают. Данный способ позволяет получать прочные соединения о за время около 25 мин при 20 С и за б

3 мин при 40 С, при этом получаемый агат выдерживает высокие температуры, а прочность соединения составляет

600 - 652 кг/см2 (3).

Однако данный способ имеет ряд не- 55 достатков. Во-первых, для прочного и надежного соединения необходимо испольэовать промежуточный слой ме ьо 84о

28,6

As

As Те AZ<

4,8, 5,7

1I 11

Изобретение относится к способам крепления металлических деталей с керамической подложкой при помощи стекла и может быть использовано при создании герметичных корпусов для микросхем и полупроводниковых приборов.

Известен способ изготовления вакуумплотных ненапряженных металлостеклянных конструкций плоского корпуса для интегральных микросхем из шликера (например, на основе стекла) путем горячего литья его под давлением в форму, удаления связки, спекания сырой заготовки в засыпке и спаивания с металлической арматурой (1).

Известен способ ".îåäèíåíèÿ деталей из металла и керамики с применением стеклянных спаев, включающий приготовление порошка из стеклоприпоя, затем пасты с использованием органического связующего, которую методом трафаретной печати наносят на соединяемые поверхности, и сборку, нагреваемую до температуры, при которой происходит спаивание обеих деталей (2) .

Недостатками данного способа являются низкое качество герметизации (это объясняется тем, что в процессе спаивания могут возникнуть микропустоты либо из-за некачественного нанесения порошка, либо при испарении органического связующего, сложность технологического процесса подготовки и нанесения стеклянного спая

Нить диаметром 0 5 — 1 мм из халькогенидного стекла приводится в контакт с предварительно нагретой до 80 - 100 С рамкой из сплава тиО. па ковар и прилипает к ней. Затем рамка со стеклом охлаждается, помещается на корундовую подложку и вновь нагревается до 80 — 100 С и о отжигается в течение 1 — 3 мин. Готовый образец подвергается испытанию на герметичность.

Параметры спаивания приведены в таблице.

Сцепляемость (прочность на разрыв ) халькогенидных стекол различных составов имеет следующие значения при соединении ковара с корундовой подложкой, кг/см™.

1137092

Аз,„ Те .! А2!4

6,1

Ве р 6,4, 838 А24

Бе3! АВЬ

14,5, 16, 7 кг/см 58

Температура подогрева, ос

Диаметр нити мм

Температура Время Характеристика спаивания, отжига спая о

С мин.

Р образца

Герметичен

05 80

0,75 90

1 100

Герметичен

100

Герметичен

-4

Обеспечивает вакуум 10 — 10 мм рт,ст.

Составитель Н. Соболева

Редактор А. Ревин Техред М.Пароцай Корректор Л. Пилипенко

Заказ 10458/18 Тираж 605 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий! 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Термостойкость полученных спаев ча основе стекол системы S-Se u

S-Se-A1 (составы 1, 2, 6, 7, 8), определенная методом быстрого охлаждения от температуры спаивания

80-100оС (в зависимости от темпера.туры стеклования Т() до комнатной (20 С) путем переноса иэделия на металлическую плиту составляет

60-80 С.

По предлагаемому способу получен герметичный спай на основе стекол систем S-Se u S-Se-Af, который обеспечивает создание разрежения не менее 10 мм рт.ст. Вакуумная плотность получаемых соединений металла с керамикой, когда практически исключена возможность образования сквозных пор в соединяющем слое, повидимому, определяется давлением насыщенного пара над халькогенидным стеклом, а поскольку в обычных условиях (ниже Т ) давление пара незначительно (для S при 27 С вЂ” 3,79

10 атм, для Se при 67 С вЂ” 1,32

10 атм), то нарушения вакуумплот ности спая не происходит.

Достаточно высокая прочность сцепления соединения металла с керамикой при помощи халькогенидных стекол обеспечивается их хорошими адгезионными свойствами (например, отмечается хорошая адгеэия стекол

15 систем AS-Ti-S As-Ti-Se u AS-Se-S

Ф к различным металлам Cu Ag Af Ni ковар и др.), что объясняется химическим взаимодействием стекла с металлами.

Предлагаемый способ соединения металлических и керамических деталей обеспечивает (по сравнению с известными) повышение качества и увеличение выхода годной продукции, так как возникновение микропор при использовании припоя в монолитном состоянии невозможно.