Способ соединения сапфира с металлом Советский патент 1992 года по МПК C04B37/00 

Изобретение относится к химии и металлургии и может быть использовано при разработке и изготовлении различных узлов: вакуумно-плотных вводов, высокотемпературных датчиков и т.п.

Цель изобретения - обеспечение стабильности характеристик изготавливаемых узлов и повышение выхода годных.

Способ соединения сапфира с металлом реализуется следующим образом.

На сапфировую подложку методом напыления или гетероэпитаксии наносят пленку кремния аморфной, поликристаллической или кристаллической структуры. После фотолитографии на пленке формируют требуемую топологию. Далее на слой кремния наносят методом вакуумного напыления слой диффузионно-активного металла, в

частности алюминия (AI). Слой AI может наноситься на подложку как локально с помощью масок, так и сплошным слоем на всю подложку, после чего необходимую конфигурацию ему придают фотолитографией. После нанесения слоя металла подложку разделяют на элементы. На элемент накладывают металлическую корпусную деталь с приплавленным слоем стекла. Предварительно поверхность слоя стекла подвергают обработке пучком ионов аргона, поступающих из источника ионов. В качестве источника ионов может служить или установка ионного легирования, или установка плаз- мохимической обработки. Ускоренные ионы инертного газа, бомбардируя поверхность стекла, очищают ее от различного рода загрязнений и активируют ее за счет создания

зет

XJ

СО s| СЛ

в поверхностном слое стекла дополнительных дефектов, активирующих процесс диффузии пленки металла вглубь стенки, создавая тем самым дополнительный объемный заряд, увеличивающий сцепление стекла с кремнием и толщину диффузионого слоя.

Сборку помещают в установку электростатического соединения, где от источника питания подают постоянное напряжение 300-1000 В. при этом отрицательный полюс источника питания прикладывают к металлическому корпусу, а положительный полюс к полюсу металла сборки. Сборку нагревают до температуры активации диффузионных процессов 250-500°С. После достижения необходимой температуры на сборку подают электрическое напряжение 300-10000 В в течение 5-10 мин.

Благодаря возникновению сильного внутреннего электрического поля между слоем стекла и слоем кремния и диффузии металлической прослойки в слой стекла получают неразъемное соединение сапфира с металлической деталью.

П р и м е р. На пластины из монокристаллического сапфира с нанесенной гете- роэпитаксиальной кремниевой пленкой (структуры кремния на сапфире - КНС) на вакуумной установке типа УРМ или УВН термическим методом наносят пленку AI толщиной 0,8-2,0 мкм. Далее формируют фоторезистивную маску и проводят последовательное травление слоев А1 в растворе НС и кремния в растворе КОН. В результате на упругом элементе формируют тензорези- сторы, контактные площадки и проводники. Пластины алмазным кругом на установке скрайбирования разрезают на отдельные чувствительные элементы.

Отдельно изготавливают металлостек- лянные узлы путем приплавления слоя стекла, например С48-1 или С52-1 к окисленной пластине из ковара 29НК с последующей шлифовкой и полировкой поверхности слоя стекла до 12-13 кл, чистоты. После очистки стеклоузлы помещают в установку ионного легирования Везувий-3. Режимы обработки: 100 кэВ, ток пучка 1 мкА, время обработки 10-20 мин. Металлический корпус со стеклом, обработанным ионами, устанавливают на чувствительные элементы, совмещают слои стекла и слой А между собой, осуществляют нагрев сборки до 450°С, подают напряжение 900 В в течение 10 мин. Нагрев осуществляют в контролируемой атмосфере - вакууме или инертном газе (азоте). После соединения узлы охлаждают и используют для дальнейшей сборки приборов или датчиков.

Благодаря наличию пленки диффузионно-активного металла, наносимой на полупроводниковую пленку, и предварительной очистке стекла ионами аргона, достигаются следующие преимущества: уменьшаются

внутренние напряжения в зоне соединения корпуса с сапфиром, активируется диффузионная способность поверхности стекла, так как при бомбордировке ионами аргона производится очистка поверхности от микрозагрязнений и образуются свободные атомные и молекулярные связи. Атомы AI- пленки, имеющие большое сродство к сапфиру (), не приводят к возникновению напряжений в кристаллической решетке

сапфира, это обуславливает стабильность временных характеристик тензодатчиков во времени.

Использование предлагаемого способа по сравнению с прототипом позволяет повысить выход годных в среднем с 20-40 до 50-70%.

Данные приведены в таблице. Кроме того, обеспечивается стабильность характеристик узлов для тензодатчиков, повышается точность измерения на 10-15% за счет исключения релаксационных процессов в зоне соединения сапфира с металлом в процессе эксплуатации изделий (у прототиг1а сдвиг нулевого уровня

составляет 20-25% от номинального выходного сигнала, по предлагаемому способу 5-8%).

40

Фор м у ла изобретения

Способ соединения сапфира с металлом, включающий размещение между соединяемыми поверхностями сапфира и металла компенсирующих прокладок из

слоев кремния и приплавленного к металлу стекла, сжатие сборки, нагрев и приложение постоянного напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода годных и обеспечения стабильности

характеристик узлов, на поверхности сапфира последовательно наносят слой кремния толщиной 1,5-5,0 мкм и перекрывающий его слой алюминия толщиной 0,8-2,0, а присоединяемую к сапфиру

поверхность стекла предварительно активируют путем обработки ее ионами аргона.

Изобретение относится к химии и металлургии и может быть использовано гри разработке различных узлов: вакуумно- плотных вводов, высокотемпературных датчиков и т.д. Цель - повышение выхода годных и обеспечение стабильности характери- стик изготавливаемых узлов. На сапфировую подложку наносится пленка кремния. Далее на области кремния наносится слой диффузионно-активного металла - алюминия. На подложку накладывают металлическую деталь с приплавленным слоем стекла. Предварительно поверхность стекла подвергается обработке пучком ионов инертного газа. Сборку нагревают до температуры 150-1200°С и подают электрическое напряжение 300-1000 В в течение 5-10 мин. Получены соединения сапфира с металлом с выходом годных в среднем 50-70%. 1 табл.