11. Припои для пайки металлов с металлами,

стеклом и керамикой

Требования к припоям:1) температура плавления (t_пл) припоя нижеt_плспаиваемых металлов не менее, чем на 60^оС, и выше температуры прогрева изделия на откачном посту не менее, чем на 100^оС; 2) отсутствие в составе припоя металлов с высокой упругостью пара (на 1-2 порядка ниже разрежения в изделии); 3) хорошая жидкотекучесть (затекание припоя в зазоры между спаиваемыми деталями) и высокая смачиваемость к спаиваемым деталям; 4) малый температурный интервал кристаллизации (химический состав припоя должен быть эвтектическим или близок к нему); 5) обладание требуемыми механической прочностью, пластичностью, коррозионной стойкостью, высокой электропроводностью; 6) содержать минимальное количество газов (не более 0,001%) и неметаллических соединений органического и неорганического происхождения ( тогда при пайке не будет «вскипания» шва).

По значению t_плприпои делятся на мягкие или легкоплавкие (t_пл< 450^оС) и твёрдые или тугоплавкие (t_пл> 450^оС), граница определяется температурой прогрева приборов при откачке. Давление паров металлов припоя должно быть меньше 10^-7мм рт.ст. (это соответствует скорости испарения ~ 1мкм за 100 часов) при прогреве прибора до 500^оС. В состав припоя не должны входить:Ba,Bi,Eu,Cd,K,Ca,Li,Mg,As,Na,Hg,Rb,Pb,Sm,Se,S,Sr,Sb,Ta,Te,P,Cs,Zn. Если температура прогрева прибора выше 700^оС, то к указанному списку добавляются:Ga,In,Ag,Mn. Давление пара припоя определяют по закону Рауля (давление пара над раствором равно сумме давлений паров компонентов и занимает среднее положение между давлениями паров чистых компонентов), для реальных сплавов необходимо заменять концентрации компонентов их активностями.

Некоторые составы тугоплавких припоев для пайки металлов приведены в табл.11.1

Таблица 11.1

Марка	Состав, %						tпл,оС	Спаиваемые металлы
	Au	Cu	Sn	Ni	Pd	Mo
ПЗлМОл80	79,8	20	0,2	-	-	-	851-864	Fe-Ковар, Ni,Cu,Cu-Fe
ПЗлМН81	81	11	-	8	-	-	927	Ni, Mo, Cu-Cu
ПЗлМ37	37	63	-	-	-	-	990-1100	Fe-Ковар, Ni,Ковар-Ni
ПМН10	-	90	-	10	-	-	1100-1140	Fe-Ковар, Ni,Mo
ППдНМ41	-	-	-	41	58	1	1300	Fe-Ковар

Обезжиривание и травление деталей перед пайкой. Существуют 4 способа обработки деталей перед пайкой:

I) Химическое обезжиривание (перед гальваническим покрытием и для деталей, не работающих в вакуумной полости): 1) обработка в растворе ОП-10 (10г/л) + тринатрийфосфат,Na₃PO₄, (20г/л) - при 50÷60^оС в течение 15÷30 минут; 2) промывка в проточной воде (60÷80^оС) - 2÷3 минуты; 3) промывка в проточной воде (комнатная температура) - 2÷3 погружения;

II) Электролитическое обезжиривание (на постоянном токе): 1) обработка в растворе едкий натр (25г/л) + сода кальцинированная (25г/л) + тринатрийфосфат (25г/л) + жидкое стекло (3г/л), плотность тока 5÷10 А/дм², напряжение 12В, температура раствора 60÷80^оС в течение 10÷20 минут; 2) и 3) - как в п.I);

III) Обезжиривание в органических растворителях: 1) промывка в трихлорэтилене при 60÷80^оС, 1-2 минуты в каждой ванне; 2) промывка в трихлорэтилене (комнатная температура), не менее 2÷3 минут в каждой ванне; 3) промывка в авиационном бензине (комнатная температура) 1÷2 минуты в каждой ванне;

IV) Обезжиривание ультразвуковым способом - трихлорэтилен (комнатная температура) - не менее 5 минут.

Спаи стекла с металлом.Теория: связь между металлом и стеклом осуществляется за счёт растворения окисной плёнки металла в соединяемых материалах и образования переходной зоны с плавным изменением концентрации растворённой окиси, т.е. образование спая происходит в результате физико-химических процессов, приводящих к возникновению переходного слоя. Вторая теория - миграция стекла в шероховатости металла. Требования к металлам: 1) КЛТР (от -120^оС до температуры плавления стекла) не должен отличаться от КЛТР стекла больше, чем на 1∙10^-61/град.; 2) образование окисной пленки при температуре спаивания; 3)t_пл больше на 200^оС по сравнению со стеклом; 4) обладать пластичностью для изготовления лент, проволок и других спаиваемых деталей; 5) способность свариваться или спаиваться с другими металлами.

Пайка керамики по металлизиции.Металлизацию керамики осуществляют вжиганием на её поверхностьMo-Mnпасты (80%Mo+ 20%Mn): 1) металлические порошки замешиваются в пасту на растворе нитроклетчатки в амилацетате (25% от веса порошка); 2) намазка пасты (кистью или пульверизацией) - толщина покрытия 35÷45мкм; 3) вжигание в смесиN₂-H₂(3:1) при 1300÷1400^оС в зависимости от состава керамики. Механизм химический:Mn, окисленный при нагреве во влажной атмосфере доMnO, вступает в реакцию с керамикой с образованиемMnO∙Al₂O₃(марганцевая шпинель), которая с повышением температуры размягчается, при 1400^оС частицыMoспекаются друг с другом, а размягчённая шпинель соединяет металлизированный слой с керамикой. В качестве припоев применяют ПСр72, ПЗлМН35, ПЗлМ37 и др. В литературе приводится ~ 1300 составов припоев.

Флюс - паяльная жидкость для пайки выводов ЛЛ со штырьками цоколей: 2л дист. Н₂О + 200гZnCl₂(техн.) + 200гNH₄Cl- растворить, фильтровать, добавить 20см³третичного бутанола, взболтать, добавить аммиак до перехода раствора в желтоватую окраску.

Стеклянные припои (СП).Требования к СП: 1) образование безупречной стеклообразной массы после расплавления всех компонентов шихты и минимальная склонность к расстекловыванию (переходу в кристаллическое состояние); 2) температура размягчения (t_разм) и точка трансформации СП для стёкол платинитовой группы - 300÷400^оС (для отсутствия размягчения стеклянных деталей), вязкость СП 10⁴÷10⁵пз; 3) СП должен обладать хорошей текучестью и хорошей смачиваемостью; 4) КЛТР СП и соединяемых материалов должны хорошо согласовываться; 5) СП должны активно взаимодействовать с поверхностью соединяемых материалов (образование химических соединений, твёрдых растворов, ионный обмен); 6) химическая стойкость СП к атмосфере внутри и снаружи ЭВП, и термическая устойчивость в вакуумном объёме.

Составы и свойства СП: 1) PbO(от 44 до 93%, оптимальное 70÷85%) -B₂O₃(остальное до 100%) ,t_размот 440 до 350^оС, КЛТР соответствует стеклу платинитовой группы, составы имеют плохую химическую стойкость; 2)BaO(от 40 до 60%) - В₂О₃(остальное до 100%),t_размот 550 до 610^оС, КЛТР от 50 до 70 (10^-7град^-1) - близок к стеклу молибденовой группы; 3)ZnO(от 55 до 70%) - В₂О₃(остальное до 100%),t_размот 500 до 580^оС, КЛТР от 70 до 50 (10^-7град^-1) - близок к стеклу молибденовой группы. ДобавкиSiO₂,Al₂O₃,Na₂Oпозволяют изменять (при сохранении химической стойкости)t_размот 225 до 440^оС и КЛТР от 76 до 100 (10^-7град^-1).

Изготовление СП: 1) компоненты шихты измельчают, хорошо перемешивают и в течение нескольких часов сплавляют в платиновых тиглях (ввиду высокой химической активности Pb-Bстёкол); 2) при гомогенизации стекло выливают в холодную воду; 3) измельчают и размалывают в шаровых мельницах с Н₂О с некоторой добавкойNH₃иLiClв качестве диспергаторов - образуется вязкая масса. Можно порошок замешивать в лаке нитроклетчатки на амилацетате.

Применяют СП: 1) для пайки ножек в корпуса (оболочки) приборов; 2) для пайки экранов ЭЛТ, плоских окошек фотоэлементов, припайке окошек из слюды.

Эмали- сплошные стекловидные покрытия на поверхности стекла или металла, изготавливаются подобно изготовлению СП.