Разработка галлиевых паст-припоев для низкотемпературной пайки медных и титановых сплавов с керамикой

• Автор: Казаков, Владимир Сергеевич
• Шифр специальности: 05.03.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 148 с. : ил.

1 Анализ литературных данных, постановка задачи
1.1 Научные и технологические аспекты применения галлия как основы диффузионно-твердеющих припоев
1.2 Обзор диаграмм состояния
1.3 Физико-химические процессы на границе раздела твердый металл - жидкий
1.4 Закономерности процесса смачивания
1.5 Закономерности растворения твердых веществ в расплавах
1.6 Массообмен и фазообразование при контактировании твердого и жидкого металла
1.7 Роль диффузии и химических процессов на поверхности раздела
1.8 Выводы по главе 1
2 Представления о кинетике взаимодействия
в многокомпонентных системах
2.1 Рост диффузионного слоя в тройной системе
2.2 Влияние формы и дисперсности твердого реагента на процессы фазаобразования при взаимодействии с жидкометаллическими расплавами для многокомпонентных систем
2.3 Влияние структуры твердого реагента на процессы фазаобразования при взаимодействии с жидкометаллическими расплавами для многокомпонентных систем
2.4 Выводы по главе 2

3 Методика исследования кинетики фазообразования при взаимодействии дисперсных материалов с легкоплавкими расплавами на основе галлия
3.1 Схема эксперимента
3.2 Материалы
3.3 Технология получения образцов
3.4 Оборудование
3.5 Методы исследования структуры и свойств
3.6 Методы испытаний для определения механических и эксплуатационных свойств паяных соединений
3.7 Статистическая обработка экспериментальных данных
4 Экспериментальное исследование кинетики фазообразования
4.1 Кинетика фазообразования в двойных системах
4.2 Кинетика фазообразования в многокомпонентных системах
4.3 Кинетика фазообразования при взаимодействии эвтектических сплавов Си-А§ с жидкометаллическими расплавами на основе ва ЮЗ
4.4 Исследование кинетики фазообразования и взаимной диффузии при контактирование дисперсных наполнителей с жидким галлием
4.5 Выводы по главе 4
5 Разработка составов галлиевых паст-припоев и технологии пайки
5.1 Влияние химического и фракционного состава наполнителя на свойства галлиевых паст-припоев
5.2 Составы припоев
5.3 Технология пайки
5.4 Выводы по главе 5
Основные результаты и выводы
Список использованных источников

Актуальность работы. Низкая температура плавления (29,8 °С), уникальная способность смачивать различные материалы и низкая упругость пара позволяют использовать галлий в качестве основного компонента диффузионно-твердеющих припоев для низкотемпературной бесфлюсовой пайки разнородных материалов в различных сочетаниях при производстве радиоэлектронной, авиационной, космической и вакуумной техники.
В ряде случаев необходимо получать соединения при температуре, не превышающей 25-300 °С. Это особенно актуально в процессе монтажа электронных схем, пайки тонких пленок, получения неразъемных вакуумноплотных соединений, так как нагрев может вызвать необратимые структурные изменения, ведущие к снижению (потере) свойств соединяемых материалов и компонентов (в том числе активных), потере вакуумной плотности, распаю ранее запаянных швов.
Применение композиционных паст-припоев на основе галлия позволяет соединять материалы даже при комнатной температуре, может обеспечить электропроводность, вакуумную плотность, требуемый комплекс механических свойств и эксплуатацию полученных соединений при температуре до 900 °С (при соответствующей термической обработке).
Наряду с несомненными достоинствами галлиевые пасты-припои имеют и существенные недостатки, ограничивающие их применение. Прежде всего, это длительное время затвердевания, образующаяся диффузионная пористость и значительная стоимость.
Свойства соединения определяются главным образом характером и кинетикой взаимодействия галлия с наполнителями и соединяемыми материалами.
В общем случае кинетику процессов, протекающих при контакте твердых и жидких металлов, можно представить состоящей из двух основных стадий.
3 Методика исследования кинетики фазообразования при взаимодействии дисперсных материалов с легкоплавкими расплавами на основе галлия
В данной главе описаны методики выполнения экспериментальных исследований /77/, применяемое оборудование и технология получения диффузионно-твердеющих сплавов, методики их анализа и исследования.
3.1 Схема эксперимента
Для исследования кинетики контактно реактивного массообмена и фазообразования при взаимодействии многофазных дисперсных материалов с легкоплавкими расплавами на основе галлия необходимо установить параметры, характеризующие процесс, - толщину образовавшейся новой фазы (фаз), скорость образования и роста фазы, коэффициенты диффузии или коэффициенты массоотдачи в данной системе. При этом необходимо учесть основные факторы, влияющие на кинетику процесса фазообразования: время, температуру, отношение компонентов твердой и жидкой фазы, состав, структуру, форму и дисперсность твердой фазы.
В настоящей работе изучалась кинетика роста фаз на границе раздела твердый сплав - расплав при температурах от 50 до 250 °С и температурная зависимость коэффициентов диффузии и коэффициентов массоотдачи в образующихся новых фазах.
Для оценки влияния состава и структуры твердой исходной фазы на кинетику роста новых фаз использовали чистые металлы и двухкомпонентные многофазные сплавы (А—В), которые составлялись из Си, А§ и 8п. В основу жидкости С брали ва и сплавы ва с Бп, 1п и РЬ.
Фазообразование с учетом роста интерметаллидов на границе раздела проводилось по следующей схеме: