Особое внимание при пайке кварца с металлами следует обращать на выбор величины зазора, т.к. толщина прослойки припоя определит затем величину остаточных напряжений.

При таком соединении уменьшаются внутренние напряжения, чрезмерное окисление металла. Так получают разъёмные вакуум-плотные соединения. После соединения стекла с металлом производят отжиг для снижения внутренних напряжений, режим выбирают с учётом ТКЛР соединяемого материала и конфигурации спая.

Индукционный нагрев – для изготовления рантовых, дисковых соединений.

Стали 12Х18Н10Т.

При выборе металла для соединения со стеклом учитывают, помимо значимой ТКЛР (в зависимости от типа спая и его конструкции) – другие его свойства – температуру выделения газов, обрабатываемость резаньем и давлением, возможность сварки и пайки, аллотропические изменения.

Необходимость обеспечения постоянных электрических параметров в приборах как условие их надёжности и долговечности выдвигает требование к структуре металлов в рабочем интервале температур.

В промышленности возникает необходимость создавать паяные соединения со стеклом металлов:

Cu, Ni, Fe, Pd, Pt, Ti, Ta, Zr, Mo, W,

сплавов: 50Н, 54Н, 47НД, 42Н, 48Н, Н42Х4, 29НК;

Используют газовый нагрев, индукционный, в печах, сопротивлением.

Газовый нагрев применяют для бусинковых и ленточных спаев, для изготовления гребешковых и плоских ножек. Пайку выполняют при радиационном нагреве в печи с помощью простых приспособлений, или на универсальных горизонтально-сварочных станках для стеклодувных работ.

Для сплавления металла со стеклом слой стеклянной пасты наносят на поверхность металла для предотвращения его чрезмерного окисления, нагрев производят в муфельных, тунельных и конвейерных печах.

Печной нагрев целесообразен для пайки деталей простой конфигурации – глазковых, окошечных спаев, плоских ножек.

Нагрев стекла при пайке сопротивлением осуществляется за счёт теплопроводности металла, нагретого при прохождении через него тока.

При использовании эмали на соединяемые детали наносят слой эмалевой пасты и место соединения нагревают до температуры её плавления.

Соединение кварца с металлом (например, при производстве электрических кварцевых резонаторов) возможно в соответствии с двумя схемами:

1) возможна пайка кварца непосредственно с металломTi, Zr припоем ПСр72 – спаи получаются прочные и термостойкие.

Активный металл можно применять в качестве присадки к припою, например при пайке кварца со сплавом 29НК (ковар) припоем ПСр72. Для этого поверхность кварца покрывают гидридом титана, образующим в вакууме чистый титан. Для соединения кварца со сплавом 29НК используют припой системы Ag-Cu эвтектического состава. Получают вакуумно-плотные спаи. При изготовлении ненапряжённого спая кварца с металлом используют припои системы Sn-Ti или Pb-Ti .

Пайка кварца с металлом - с нержавеющей сталью, коваром и др. производится при использовании припоев, содержащих титан, обеспечивающих наилучшее смачивание кварца вследствие образования химических комплексов на границе раздела.

Используются припои: 1) Zn, 2)50%Pb, 50%In, 3)92,5%Pb, 5%In, 2,5%Ag.

Наиболее резко падает прочность соединения с увеличением зазора при применении свинцовых припоев, содержащих серебро. Внутренние напряжения в спае кварца с металлом (до 60%) можно снизить термообработкой.

Галлиевые припои, содержащие кадмий, олово, медь, используют для пайки кварца.

На поверхность наносят слой Ti или Zn, пайка производится припоями, содержащие легкоплавкий металл – Sn, In, Ga.

Следующий вариант: на поверхность наносят плёнку меди, никеля, серебра (гальванически, металлизацией, выжиганием), пайку производят малооловянистым припоем с применением канифольного флюса.

Ферриты – неметаллические твёрдые магнитные материалы – соединение окислов переходных металлов с окисью железа. Иттриевые и гадолиниевые ферриты паяют с титаном, 29НК, 47НД, в среде очищенного Ar или вакууме 0,00001 кПа V_нагр.=20⁰С/мин, более быстрый нагрев не допустим.

Пайка выполняется по металлизированной Ni поверхности феррита, либо без предварительно нанесенного покрытия: 30СЧ – 2(покр. Nb) + Ti; припой ПСр 72; температура пайки Т_п=780⁰С; t=1мин; 30Сч –(покр. Ni) + 47НД; припой ПСр 72;температура пайки Т=780⁰С; t=1мин; 30СЧ – 6 + ВТ1; припой ПСр72; температура пайки Т_п=880⁰С; с термоциклированием Т_п=820-800⁰С –10 циклов.

Пайка полупроводников. Пайкой можно успешно соединять металлы с полупроводниками, что является значительным её преимуществом перед другими способами соединения, особенно когда необходим контакт на большой площади.

В качестве припоев применяют зонноочищенный алюминий, силумин эвтектического состава и сплав состава 97%Ag, 2%Pb, 1%Sb. Пайку ведут в вакууме при остаточном давлении 5´0,0001мм рт. ст.

Механизм взаимодействия припоя с монокристаллическим кремнием носит локальный, дислокационный характер. Взаимодействие начинается в местах выхода на поверхность физических микродефектов, образующих активные центры. После стравливания припоя на кремниевых пластинах можно видеть фигуры взаимодействия в виде равносторонних треугольников, ориентация и характер расположения которых соответствует дислокациям, выявляемым металлографическим методом.

Активное взаимодействие в контакте полупроводник – расплав припоя начинается при температуре плавления эвтектики металл – полупроводник. В процессе взаимодействия отдельные треугольники объединяются, образуя спай по всей плоскости контакта полупроводника с металлом.

Температура пайки зависит от физико-химических свойств полупроводника и металла и определяется экспериментально. Для системы алюминий-кремний и серебро-кремний она соответственно равна 800⁰С и 860⁰С. С повышением температуры растёт скорость растворения и, кроме того, могут наступить необратимые изменения физических свойств полупроводника.

Пайку полупроводников используют при внутреннем монтаже приборов – припайка токоотводов, напайка перехода на кристаллодержатель, и при наружном монтаже - припайка внешних выводов, герметизация.

При пайке полупроводниковых материалов припои должны образовывать электронно-дырочный переход или невыпрямляющий омический контакт. При производстве германиевых и кремниевых приборов в качестве основы припоев применяют Al, In и сплавы на основе Sn-Pb. Для создания в месте контакта проводимости электронного типа в основу припоя в качестве примесей вводят P, As, Sb, Bi. Для обеспечения невыпрямляющего омического контакта в основу припоя добавляют B u Ga.