Способ соединения деталей Советский патент 1991 года по МПК C03C27/04 

Изобретение относится к электронике и может быть использовано в технологии сборки и монтаже деталей микроэлектронных датчиков.

Цель изобретения - расширение технологических возможностей.

На шлифованные или полированные соединяемые поверхности деталей наносят, например, центрифугированием слой стек- лопорошка, а его уплотнение и спекание ведут одновременно с электростатической посадкой, причем максимальный размер стеклочастиц не превышает Rz соединяемых поверхностей.

Стеклянная прослойка служит для непосредственного соединения деталей, процесс соединения начинает осуществляться через точечные контакты. Для увеличения количество контактов соединяемых поверхностей в зазор между поверхностями помещают стеклочастицы, которые сравнимы по диаметру с величиной Rz, т.е. часть этих частиц попадает между выпуклостями поверхности и тем самым количество контактов увеличивается Кроме того, часть зазора.за- полняется стеклом, т е. величина воздушного зазора уменьшается, что позволяет увеличить расстояние между соединяемыми поверхностями, сохранив условия анодной посадки, одним из которых является определенная величина напряженности электрического поля в воздушном зазоре. Эта величина определяется подаваемым постоянным напряжением и суммарным расстоянием между частицами порошка Равенство этого расстояния величине зазора полученного без порошка, но при высоком классе чистоты, является условием, из которого можно

О

N

00 О

рассчитать новое значение Rz (большее, чем в известном способе). Подаваемое постоянное напряжение обеспечивает не только прижим соединяемых поверхностей друг к другу, но и уплотнение порошка, которое интенсифицируется при повышении температуры. Без совмещения анодной посадки с уплотнением и спеканием прослойки из стеклопорошка не удается увеличить количество контактов в соединении и тем самым расширить возможности анодной посадки на более грубые поверхности.

Возможность достижения положительного эффекта доказывается следующими расчетом и примерами.

Оценим новое значение RZ из условия сохранения величины воздушного зазора (между соединяемыми поверхностями при расположении между ними стеклопорошка) таким же, как и в известном способе (без стеклопорошка при высоком классе чисто- ты).

Стеклошарики диаметром D при заполнении зазора располагаются на среднем расстоянии 0,2 D друг от друга. Если в среднем от поверхности до поверхности помещается М шариков (случайной упаковки) то суммарный зазор между ними равен М 0,20 и в свою очередь он должен быть равен KiRzcrap, где Rzcrap - значение высоты неровностей в известном способе, a Ki - коэффициент, значение которого лежит в пределах 1 Ki 2. Величина расстояния между поверхностями KiR2HOB составляет MD + М 0,2D 1,2 MD. Поскольку диаметр стеклочастиц выбран меньше RZHOB, то среднее его значение можно записать в виде D KaRzHoe, где К2 1 (например, ,2, если средний размер стеклошариков приблизительно равен среднему арифметическому отклонению неровностей Ra). Определим количество стеклошариков (совпадающее с количеством слагаемых зазора): МК2 Rzciap 0,2 KiRzcrap.

откуда М 5 -IT-. Подставим это значение в выражение для нового зазора KiRZHoB 1,25тД Ка R гстар, Откуда .RZHOB 6 R гстарЭта часть расчета показывает, что высота неровностей может быть увеличенной в 6 раз.

Проверкой можно установить, что, если средний диаметр частиц равен среднему арифметическому отклонению неровностей Ra(D 0,2RZ), то при толщине слоя порошка в 10 стеклочастиц суммарный зазор составит такую же величину, как и в известном

СПОСОбе (2RzcTap):10 0,2(6НгстаР) 0, 2.

Возможность увеличения Rz в 6 раз означает, что соединяемые поверхности могут быть более грубыми, их Rz может составлять 0,6 мкм. Такая шероховатость может быть обеспечена достаточно простым процессом

-толстопленочной технологией, т.е. вжига- нием пасты, основой которой являются стеклочастицы субмикронных размеров (с оплавлением этих частиц).

0 Изобретение поясняется следующими конкретными примерами.

П р и м е р 1. Соединение кремниевого с кремниевым элементом.

Два кремниевых элемента, поверхность

5 которых соответствует R2 0,1-0,2 мкм. покрывают суспензией стеклопорошка методом центрифугирования. Состав порошка, мас.%: оксид кремния (IV) 68,8; оксид бора (III) 25,8; оксид алюминия (III) 1.3; оксид на0 трия (I) 2,4; оксид лития (I) 0,5. Дисперсность порошка 50-100 нм. Высушенные при 150°С элементы приводят в соприкосновение и нагревают до 450°С с одновременной подачей напряжения до 800 В, выдерживают его при

5 достижении 450°С. Изменяют полярность напряжения на противоположную и выдерживают еще 10 мин. Получают готовое соединение после отжига без подачи напряжения при 250°С в течение 30 мин.

0П р и м е р 2. Соединение металлического и стеклянного элементов.

На поверхность металлического элемента (Rz 0,7 мкм) наносят слой стеклопорошка методом трафаретной печати. Состав

5 стеклопорошка, мас.% : оксид кремния (IV) 66,3; оксид бора (III) 20,9; оксид алюминия (II0 3,5; оксид кобальта (II) 0,5; оксид марганца (II) 0,6; оксид калия (I) 5.0; оксид натрия (I) 3,0; оксид лития (I) 0,2. Дисперность порош0 ка 50-100 нм. Высушенные при 120°С элементы приводят в соприкосновение и нагревают до 400°С с одновременной подачей напряжения до 1000 В. Выдерживают его при достижении 400°С 5 мин. Получают

5 готовое соединение после отжига без подачи напряжения при 220°С в течение 30 мин.

П р и м е р 3. Соединение полупроводникового и металлического элементов. На

0 поверхность полупроводникового элемента методом центрифугирования наносят слой стеклопорошка. Поверхность полупроводника соответствует Rz 0,2 мкм. Состав стекла мае. %: оксид кремния (IV) 80,5; оксид

5 бора(Ш) 12,0; оксид алюминия (111)2,0; оксид

кальция (II) 0,5; оксид калия (I) 1,0; оксид натрия (I) - 4.0. Дисперсность стеклопорошка 50-200 нм. Этот же порошок наносят методом трафаретной печати и вжигания при 650°С на поверхность металлического

элемента, которая соответствует Rz 0,7 мкм. Высушенные при 150°С элементы приводят в соприкосновение и нагревают до 500°С с одновременной подачей напряжения до 400 В. Выдерживают его 15 мин при достижении 500°С. Получают готовое соединение после отжига без подачи напряжения при 250°С в течение 30 мин.

Примеры показывают, что различные детали (элементов датчиков) могут быть соединены методом анодной посадки через стеклопорошок. дисперсность которого ограничена значением Rz соединяемых поверхностей, что позволяет соединять более грубые поверхности, соответствующие RZ 0,7 мкм, чем в известном способе соединения поверхностей, соответствующих Rz 0,05-0,1 мкм.

0

Таким образом предлагаемый способ обладает широкими технологическими возможностями, а соединяемые элементы не обязательно должны содержать стеклянные элементы, при этом чистота соединяемых поверхностей может соответствовать Rz 0,7 мкм.

Формула изобретения Способ соединения деталей путем нанесения стеклопорошка по-крайней мере на одну из соединяемых поверхностей деталей, приведения их в контакт и впаивание в электрическом поле, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей, наносят стеклопорошок, максимальный размер частиц которого не превышает высоту неровностей соединяемых поверхностей деталей.

Изобретение относится к электронике и может быть использовано в технологии сборки и монтажа деталей микроэлектронных датчиков С целью расширения технологических возможностей наносят по крайней мере на одну из соединяемых поверхностей деталей стеклопорошок, максимальный размер частиц которого не превышает высоту неравностей соединяемых поверхностей деталей, приводят в контакт детали и впаивают в электрическом поле. Соединяемые детали не обязательно должны содержать стеклянные элементы, кроме того, чистота соединяемых деталей может соответствовать Rz 0,7 мкм. in С