Способ соединения плоских изоляционных или полупроводниковых материалов с металлом Советский патент 1993 года по МПК C04B37/02 

Изобретение относится к технологии получения вакуумплотных металлокерами- ческих узлов и может быть использовано в электронной, электротехнической и других областях техники для получения герметич- ных соединений изоляционных, полупроводниковых материалов с металлом;

Поставленная цель достигается тем, что в способе соединения плоских изоляционных или полупроводниковых материалов с металлом, включающий размещение между изоляционным или полупроводниковым материалом и металлом компенсирующей прокладки путем нанесения слоя кремния на поверхность изоляционного или полупроводникового материала и слоя стекла на поверхность металла, контактирование соединяемых поверхностей, нагрев сборки до 150 - 1200°С и приложение напряжения, сборку размещают на плоском электроде, прикладывают напряжение до зажигания коронного разряда и выдерживают не менее 5 минут.

Принципиальное отличие способа соединения плоских изоляционных, полупроводниковых материалов с металлом от известного заключается в различии физических явлений миграции ионов щелочных и редкоземельных металлов, сущности поля и распределения его по поверхности.

Нижний предел времени соединения не менее 5 минут ограничен качеством, надежностью соединения: герметичностью и минимальной величиной механических напряжений.

Изготовленные образцы различных сочетаний материалов подвергались воздействию пяти термоциклов при температуре от минус 196 до 600°С. После проведения термоциклов проводилось измерение герметичности и механических напряжений в соединении, которые имели следующие величины: 1 -10 л.мкм рт. Ст./с и 5 МПа.

П р и м е р 1. Изготавливается пластина из 29 НК Ковар которая окисляется при температуре 800 С, для получения окисной

ю

ОУ

ю

пленки на поверхности с целью лучшей ад- гезии со стеклом. Вырезается пластина стекла с РН-5 толщиной 10 мм. На пластину из сплава 29 НК Коеар накладывают пластину стекла с РН-5. Сборку нагревают до температуры 950°С, т.е. стекло припдавля- ют к металлу. Приплавленное стекло шлифуют и полируют. Затем приводят в контакт полированную пластину монокристаллического германия с отполированной поверхностью стекла, размещают на плоском электроде и нагревают до 550°С, при достижении указанной температуры прикладывают постоянное напряжение до зажигания коронного разряда, выдерживают 15 мин. После выдержки отключают напряжение и нагрев.

П р и м е р 2. Из сплава 36 НХТЮ изготавливают деталь, приготавливается пленкообразующий раствор гидролизнопо- ликонденсационной двуокиси кремния, содержащей оксиды щелочных металлов с РН-10. Методом пульверизации наносится пленкообразующий раствор на деталь из сплава 36 НХТЮ, Затем, нагревают до 400°С и проводят термодеструкцию; Далее приводят в контакт деталь из сплава 36 НХТЮ, покрытую стеклом, с кремниевой структурой (монокристаллический кремний п-типа - двуокись кремния - поликристаллический кремний), размещают на плоском электроде и нагревают до 300°С, при достижении указанной температуры прикладывают постоянное напряжение до зажигания коронного разряда, выдерживают 45 мин. После выдержки отключают напряжение и нагрев.

П р и м е р 3. Изготавливается пластина из титана. Вырезается пластина из редкоземельного (церий) стекла. На пластину из титана накладывают пластину редкоземельного (церий) стекла. Сборку нагревают до 975°С, т.е. стекло приплавляют к металлу. Приплавленное стекло шлифуют и полируют. Затем приводят в контакт полированную поверхность стекла с сапфиром с нанесенным слоем монокристэллическрго кремния (структура КНС), размещают на .плоском электроде и нагревают до 800°С, при достижении указанной температуры прикладывают постоянное напряжение до зажигания коронного разряда, выдерживают 5 мин. После выдержки отключают напряжение и нагрев.

П р и м е р 4. Из сплава 44 НХТЮ изготавливают деталь, приготавливается пленкообразующий раствор гидролизнопо- ликонденсационной двуокиси кремния, содержащей оксид редкоземельного металла - лантана. Методом центрифугирования наносится пленкообразующий раствор на деталь из сплава 44 НХТЮ. Затем нагревают до 900°С и проводят термодеструкцию. Далее приводят в контакт деталь из сплава

44 НХТЮ, покрытую стеклом с кристаллом из монокристаллического кремния п-типа, размещают на плоском электроде и нагревают до 600°С, при достижении указанной температуры прикладывают постоянное напряжение до зажигания коронного разряда, выдерживают 10 мин. После выдержки отключают напряжение и нагрев.

П р и м е р 5. Изготавливается пластина из молибдена. Приготавливается пленкооб5 разующий раствор гидролизнополиконден- сационной двуокиси кремния, содержащий оксид редкоземельного металла - тербия. Методом центрифугирования наносится пленкообразующий раствор на пластину

0 молибдена. Затем нагревают до 975°С и проводят термодеструкцию. Далее приводят в контакт пластину из молибдена, покрытую редкоземельным стеклом с пластиной монокристаллического германия

5 р-типа, размещают на плоском электроде и нагревают до 1200°С, при достижении указанной температуры прикладывают постоянное напряжение до зажигания коронного разряда, выдерживают 5 мин. После выдер0 жки отключают напряжение и нагрев.

. П р и м е р 6. Из сплава I2X18H10T изготавливают деталь. Приготавливается пленкообразующий раствор гидролизнопо- ликонденсационной двуокиси кремния, со5 держащий оксид редкоземельного металла - иттрия. Методом центрифугирования наносится пленкообразующий рас , твор на деталь из сплава 12Х18Н ЮТ. Затем .нагревают до 950°С и проводят термодест0 рукцию. На сапфир в реакторе осаждают поликристаллический кремний. Далее приводят в контакт деталь из сплава Т2Х18Н10Т, покрытую редкоземельным стеклом с поверхностью поликристалличе5 ского кремния, нанесенного на сапфир, раз- . мещают на плоском электроде и нагревают до 400°С, при достижении указанной температуры прикладывают постоянное напряжение до зажигания коронного разряда,

0 выдерживают 30 мин. После выдержки отключают напряжение и нагрев.

П р и м е р 7. Из сплава 29 НК Ковар изготавливается деталь. Приготавливается пленкообразующий раствор гидролизнопо5 ликонденсационной двуокиси кремния, содержащий ангидрид бора. Методом пульверизации наносится пленкообразующий раствор на деталь из сплава 29 НК Ковар. Затем нагревают до 150°С и прово- дят термодеструкцию. Далее приводят в

контакт деталь из сплава 29НК Ковар, покрытую боросиликатным стеклом с пластиной монокристаллического кремния Р-типа, размещают на плоском электроде и нагревают до 150°С, при достижении ука- занной температуры прикладывают постоянное напряжение до зажигания коронного разряда, выдерживают 120 мин. После выдержки Отключают напряжение и нагрев.

Из приведенных примеров видно, что преимуществами способа соединения пло- ских изоляционных или полупроводниковых материалов с металлом являются:

расширение количества сочетания соединяемых материалов: сапфир-кремний-ре- дкоземельное стекло-металл (несколько марок), германий-щелочное стекло-металл, германий-редкоземельное стекло-металл (несколько марок), кремний-боросияи кат- нре стекло-металл (несколько марок) и т.д.;

улучшение герметичности соединения при нормальных температурах в 10 раз;

уменьшение механических напряжений в соединении в 2 раза;

возможность получения соединения при любой толщине стекла, в прототипе воз- можно соединение при толщине стекла не менее 2 мкм, т.к. при меньших толщинах стекла возникает электрический пробой, и соединение не происходит;

приложение полярности (положительного, отрицательного) потенциала кремнию или к металлу не имеет значения;

упрощение технологии соединения, т.е. отпала необходимость приложения груза на соединяемые материалы и необходимость в строгом соблюдении приложения полярности потенциала к материалам.

Форму л а и з об р е т е н и я Способ соединения плоских изоляционных или полупроводниковых материалов с металлом, включающий размещение между изоляционным или полупроводниковым материалом и металлом компенсирующей прокладки путем нанесения слоя кремния на поверхность изоляционного или полупроводникового материала и слоя стекла на поверхность металла, контактирование соединяемых поверхностей, нагрев сбор- до 150 - 120р°С и приложение напряжё- кия, отличаю щи и с я тем, что, с целью расширения сочетаний соединяемых материалов, улучшения качества соединения и упрощения технологии соединения, сборку размещают на плоском электроде, прикладывают напряжение до зажигания коронного разряда и выдерживают не менее 5 минут.

Использование: изобретение относится к технологии получения вакуумплотных металлокерамических узлов и может быть использовано в электронной, электрохимической и других областях техники для получения герметичных соединений изоляционных, полупроводниковых материалов с металлом. Сущность изобретения: способ соединения изоляционных, полупроводниковых материалов с металлом включает приведение в контакт металла с нанесенным стеклом с изоляционным, полупроводниковым материалом, размещение на плоском электроде, нагревание, приложение напряжения до зажигания коронного разряда и выдержку не менее 5 мин.