способ пайки деталей диффузионно-твердеющими припоями

Формула изобретения

СПОСОБ ПАЙКИ ДЕТАЛЕЙ ДИФФУЗИОННО-ТВЕРДЕЮЩИМИ ПРИПОЯМИ, включающий смешение компонентов припоя на основе галлия, олова и наполнителя, нанесение на паяемую поверхность и проведение процесса пайки, отличающийся тем, что при нагреве до температуры пайки создают разряжение 10^-5 - 10^-6 торр при температуре плавления припоя с последующим напуском инертного газа до давления 10³ - 10⁴ атм.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к диффузионной пайке, в частности к способу пайки деталей диффузионно-твердеющими гиллиевыми припоями.

В технологии изготовления различных деталей машин и приборов широко применяются галлиевые припои с температурами пайки значительно более низкими, чем рабочие температуры машины или прибора.

Галлиевые припои приготовляют при комнатной температуре смешиванием до пастообразного состояния жидкого галлия или сплавов на его основе с порошком меди, никеля или другого металла, образующим с галлием или его сплавами диаграмму состояния с широкой областью растворимости и рядом интерметаллических соединений. Смешивание производят в ступке из фотопласта, не смачиваемого жидким галлием. Приготовленная паста некоторое время сохраняется в твердожидком состоянии, а затем затвердевает при комнатной температуре, образуя сплав, температура плавления которого резко возрастает. Для пайки пасту помещают между соединяемыми поверхностями и оставляют до затвердевания, после чего паяное соединение приобретает хорошие механические и электрические свойства.

Однако известный способ имеет следующие недостатки. При диффузионном обмене атомами между фазами припоя происходит выделение большого количества адсорбированных на поверхности газов (особенно на мелкодисперсном порошке), который наряду с растворенным в обеих фазах газом определяют пористость и вакуумную плотность получаемого соединения. В связи с большим разбросом удельных поверхностей порошков и неконтролируемым количеством адсорбируемых на их поверхности газов, связанных с значительным количеством искажений на поверхности порошка, наличием малых радиусов кривизны и т.п. течение процесса твердения неустойчиво во времени и получаемые параметры нестабильны (время пайки, плотность припоя и т.п.).

Целью изобретения является повышение вакуумной плотности припоя и паяного соединения, стабилизация параметров пайки.

Цель достигается тем, что при пайке деталей диффузионно-твердеющими припоями смешивают компоненты припоя на основе галлия, олова и наполнителя, наносят на паяемую поверхность и проводят процесс пайки. При нагреве до температуры пайки создают разрежение 10^-5-10^-6 мм рт.ст. при температуре плавления припоя с последующим напуском инертного газа до давления 10³-10⁴ атм.

При этом минимальное давление в вакуумной системе не должно быть меньше давления паров самого легколетучего компонента припоя, определяемого по закону Рауля.

Однако при откачке припоя с целью удаления адсорбированного и растворенного газа происходит одновременно и затвердевание припоя, что постепенно увеличивает вязкость припоя и снижает коэффициенты диффузии удаляемых газов. Поэтому по истечении некоторого времени, определяемого параметрами откачки, количество откачиваемых газов становится стабильным во времени (количество откачиваемых газов становится равным количеству натекших в системе газов) и дальнейшая откачка не приводит к уменьшению давления в системе. При этом вследствие проходящих в системе реакций взаимодействия и перестройки внутренних структур происходит образование замкнутых и сообщающихся с поверхностью каналов, которые препятствуют получению вакуумной плотности припоя. Для закрытия пор и каналов на заключительном этапе пайки предлагается заменить откачку приложением к системе повышенного давления сухого спектрально-чистого газа. При приложении давления происходит растворение газа в сплаве, вытеснение из его объема других газов (промывка структуры) и частичное растворение в объеме сплава. При этом происходит "залечивание" пор, дефектов и т. п. вследствие чего сплав становится более однородным, лишенным пор, сквозных каналов и т.д. Величина давления Р и типа газа определяются свойствами сплава и растворимостью газа в данном сплаве.

Предлагаемый способ пайки реализован следующим образом.

Сплав, состоящий из равных частей галлия и олова, помещается в тигель вакуумной печи с ультразвуковым вибратором или мешалкой и нагревается до температур плавления эвтектики (70^оС). После расплавления припоя включается мешалка и в течении 30 мин производится откачка при непрерывном перемешивании. После остывания производится его смешивание с обезгаженным в ампуле сфероидальным медным порошком в пропорции, необходимой для получения требуемых эксплуатационных характеристик (например 36 мас. сплава и 64 мас. порошка). После обезгаживания при температуре 70^оС в вакууме 10^-5-10^-6 мм рт.ст. и непрерывном помешивании припой извлекают из вакуума, наносят на спаиваемые детали и помещают в вакуумную печь для пайки при температуре 80^оС и вакууме ниже 10^-6 мм рт.ст. При этом скорость подъема температуры не должна приводить к выбросу или вспениванию припоя. После откачки при этой температуре до постоянного давления вакуумная часть установки отсоединяется от откачной системы, а в вакуумную полость со спаиваемыми деталями напускается сухой спектрально-чистый азот при давлении 10^-3-10⁴ кг/см². После выдержки при этом давлении и температуре в течение 3-4 ч печь выключается и происходит остывание печи с деталями до комнатной температуры при максимальном давлении азота. После остывания детали поступают на течеискатель для определения вакуумной плотности полученных паяных швов.

Использование предлагаемого способа пайки диффузионно-твердеющими припоями обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества:

получение соединений, обладающих вакуумной плотностью;

улучшение оптических, механических и других свойств, связанных с уменьшением пористости паяных швов;

возможность пайки большинства материалов, смачиваемых галлием или его сплавами.