Паста для металлизации высокоглиноземистой керамики

Паста для металлизации высокоглиноземистой керамики

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОКИ СОВЕТСКИХ

IIII

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ

И ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

-Nn0Сг20, oтличающаяся тем, что, с целью повышения механической прочности соединения металла с керамикой при пайке медью, она дополнительно содержит Саа при следующем соотношении компонентов, мас.Ф:

Спек системы

А1203 Si02"Ипа-Сг а 10 5 11>2

Сао 4,0-4,8

Ио Остальное

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3399934/29-33 (22) 25.02.82 (46) 30.08.83. Бюл. N 32 (72) Jl.И, Цуркан, Л.П. Павлык, Л.И. Лугин, А.А. Клочко и Л.А. Пооережниченко (71) Всесоюзный электротехнический институт им. В.И. Ленина (53) 666.798.2(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

И 514797, кл. С 04 В 41/14, 1974.

2. Иарин К.Г. Пасты для металлизации спеченной алюмооксидной керамики 22 ХС. - "Электронная техника".

Сер. "Иатериалы", вып. 5, 1978. (54)(57) 1. ПАСТА ДЛЯ ИЕТАЛЛИЗАЦИИ

ВЦСОКОГЛИНОЗЕИИСТОЙ КЕРАМИКИ, вклю чающая Ио и спек системы А120 -Si02„SU„„! 038325 А

2. Паста по и. 1 о т л и ч а ющ а я с я тем, что спек имеет следующий состав, мас.Ф:

А1203 94940

Si02 2,76

ИпО 2,35

Cr>0> а,49

10383

Ф

Изобретение относится к электротехнической промышленности и атомной энергетике, а именно к составам паст для металлиэации керамики, и может быть использовано для изготовления термостойких, механически прочных, вакуумплотных спаев металла с высокоглиноэемистой керамикой.

Известна паста для металлиэации керамики на основе молибдена, которая ið содержит компоненты в следующем соотношении, вес.Ф: Nn» 6,9-9; Si02 11,712,6; Ai>0, 5,1-5,9; СаО 4,2-4,8„

Ио остальное, позволяющая получать прочные, вакуумплотные соединения при 15 пайке медью 1 ).

Недостаток пасты приведенного состава - сложность ее приготовления, дополнительно включающая процессы варки стекла при высокой температуре (1500-1600 С) и последующего его из" мельчения.

Наиболее близкой к предлагаемой является паста для металлизации высокоглиноэемистой керамики, включаю" щая молибден и спек системы А1 »>-SiО -МпО-Сr, О в количестве i020 вес.3 Г2 ).

Недостатком известной пасты является невысокая механическая прочность соединений, выполненных пайкой медью.

Цель изобретения - повышение меха" нической прочности соединения металла с керамикой при пайке медью.

Поставленная цель достигается тем,>5 что паста для металлизации высокоглиноземистой керамики, включающая молибден и спек системы Ai>0>-Si»>-MnO-Cr203. дополнительно содержит

СаО при следующем соотношении компо- 4Р нентов. вес.Ф:

Спек системы

A1 » - 10 -Ип»-Cr 0, 10,5-11,2

СаО 4,0-4,8

Мо Остальное 4> причем спек имеет следующий состав, мас.4:

А1203 94,40

Si0 2,76

Ип». 2 35 5р

Cr>0 0,49

Для получения пасты выбраны три состава, содержащих компоненты в соот-, ношении, указанном в табл. 1.

Для приготовления пасты берут по- >> рошок .молибдена, полученный путем восстановления молибденового ангидрида в среде сухого водорода. Для этого

25 2

° молибденовый ангидрид загружали в емкости иэ молибдена или алунда слоем толщиной 5-10 мм и устанавливали в водородную электропечь. Подъем темо пературы до 800 С производили со скоростью 20-30 С/мин. Выдерживали при максимальной температуре 50-60 мин.

Охлаждение производили по произвольному режиму. Спек системы А1 0 -Si02Mn»-Cг>0> соответствует следующему составу компонентов, вес.Ф: Al@0@

94,4, Si0 2,76, МпО 2,35 Сгг»з 0,49 и использует в виде порошка со средним размером частиц 3-5 мкм.

Окись кальция дополнительной обработке не подвергают.

Связующее вещество (биндер) готовят иэ колоксилина целлулоидного путем растворения его в амилацетате до вязкости 14-15 Па с.

Компоненты пасты в соотношении, вес.4: молибден 84,0 спек керамики

ВК94 1 11,2, окись кальция 4,8 смешивали с биндером в стальном барабане валковой мельницы в течение 4-6 ч.

Количество биндера составляет 23-254 от массы порошков компонентов. Соотношение масс стальных шаров и компонентов пасты 2:1. После перемешиванкя паста без остатка проходила через сито с сеткой 0045.

Вжигание паст предлагаемого состава и состава по прототипу (тафл. 1) на изоляторах из керамики ВКЛЕЙ-1 проводили в среде фОрмиргаза (Й2.Н2

= 3:1) при 1370+20 C. Время прохождения металлизированных изоляторов через зону печи СКБ 7032 не превышало

20 мин.

Определено, что увеличение количества вводимого в пасту СаО ухудшает ее реологические свойства. Наблюдалось отслаивание пастн от керамики после вжигания.

При уменьшении содержания Са» в пасте наблюдается проникновение мед ного припоя через слой металлизирующего покрытия, что снижает механическую прочность паяных изделий.

Наличие в пасте спека керамики в количестве, превышающем указанное в табл. 1, приводит к снижению вязкости межмолибденового вещества, образованного в металлизирующем покрытии при вжигании, что отрицательно сказывается на механической прочности изделий при пайке медью.

Уменьшение количества вводимого в пасту спека значительно ухудшает сцепСостав Содержание компонентов, мас.Ж

Молибден Спек системы Окись кальА1 20 >-S i 0 >-ИпО- ция

-С г20

4,8

1 84,0

2 84,8

3 85,5

11,2

4,4

10,8

4,0

10,5 по прототипу 80,0

20,0

Таблица 2

Образец

Удельное усилие, МПа, на разрыв спаев с металлизированной поверхностью керамики пастами составов

1 1 по прототипу 1 2 3

26,1

27 7

12,7

23,3

31,0

23,8

25,4

12,5

28,4

31,6

13,0

22,0

3 10383 ление металлизирующего покрытия с керамическим изолятором.

Для определения механической прочности соединений на разрыв использовали металлизированные керамические полувосьмерки, которые спаивали попарно (спай торцовый )через металлические шайбы из прецизионных сплавов типа. 29НК или 42Н. Пайку медью производили в среде сухого водорода с точ- 1О кой росы не выше -50 С.Время выдержки при пайке не превышало 8 мин, температура пайки 1100+10 С.

Удельные усилия на разрыв спаев, выполненных на полувосьмерках, металлизированных пастами составов

Ю 1-3 и по прототипу, приведены в табл. 2.

Увеличение прочности на разрыв обеспечивается наличием в металлизирующей пасте спека, улучшающего сцепление-металлизирующего покрытия с керамическим изолятором, и СаО, повышающем вязкость межмолибденового вещества покрытия, за счет чего исклю25 чается проникновение медного припоя через слой металлиэирующего покрытия за укаэанное время пайки.

Были изготовлены макетные образцы корпусом полупроводниковых прибо- ров, керамические изоляторы которых металлиэйрованы предлагаемой пастой. и спаяны с металлическими деталями из прецизионных сплавов 29 HK или

42Н медным припоем, результаты йспы" таний которых даны в табл. 3.

Предлагаемый состав пасты в отличие от прототипа повышает механическую прочность на разрыв спаев ме" талла с керамикой,как видно из табл.2, исключает помол молибденового порошка при приготовлении пасты, что в

5-8 раз сокращает время его приготовления, дает воэможность исключить применение серебросодержащего припоя при изготовлении, например, металлокерамических корпусов силовых полупроводниковых приборов.

Табли ца 1

1038325

Продолжение табл. 2

;Образец

Удельное усилие, МПа, на разрыв спаев с металлизированной поверхностьв керамики пастами составов

Гг по прототипу 1 2

24,5

34,7

24,8

14,4

26,7

25,2

16,1

12,7

36,0

25,2

26,1

12,0

26 7

21,0

25,3

14,0

Среднее усилие разрыва

23,3

13,04

24,8

30,6

Таблица

Параметры предлагаемого

Ф по прото" типу

20, 20

Герметичность

20

20

20

20

Устойчивость к смене температур от -70 до +200 С, количество о циклов 3

20

Механическая прочность спаев на разрыв (среднее усилие разрыва ), МПа

13,0"

30,6 24,8

23,3

ВНИИПИ Заказ 6136/24 Тираж 622

Подписное

МЮ Ю ЮЮ» °

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

Вибропрочность при воздействии нагрузок в диапазоне частот

1-3000 гц при ускорении 30

Устойчивость к многократным ударам при ускорении 150у и длительности 3 мс1 количество ударов в двух взаимоперпендикулярных направлениях по

1500 е ю е

Ю

Количество выдержавших испытания корпусов, шт.,с использованием пасты составов