Способ соединения печатных плат

 

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано при создании гибридных и вакуумных интегральных схем, а также при производстве микроэлектронной аппаратуры. Цель изобретения - повышение технологичности процесса, точности совмещения плат и герметичности их соединения - достигается за счет наложения плат одной на другую, совмещения их топологических структур посредством сопряжения углублений, выполненных в платах, с размещенными в них объемными элементами, прижима плат одной к другой с деформацией объемных элементов и взаимного неразъемного скрепления плат. 18 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я>s Н 05 К 13/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ()р

1 ф (21) 4330486/21 (22) 23.11.87 (46) 07.08.91. Бюл. ЬЬ 29 (72) Е.П.Паринов (531 62,396,049 (088.8) (56) Гуськов Г.Л. и др. Монтаж радиоэлектронной аппаратуры. M.: Радио и связь, 1986, с. 99, 107 — 109.

Патент США М 4565314, кл. Н 01 L

21/98, 1986. (54) СПОСОБ СОЕДИНЕНИЯ ПЕЧАТНЫХ

ПЛАТ (57) Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано при соИзобретение относится к электронной технике и может быть использовано при создании гибридных и вакуумных интегральных схем. а также в производстве микроэлектроннойй an паратуры.

Цель изобретения — повышение технологичности процесса, точности совмещения плат и герметичности их соединения.

Данный способ включает наложение плат одна на другую, совмещение их топологических структур посредством сопряжения углублений, выполненных в платах с размещенными в них объемными элементами, прижим плат одна к другой с деформацией объемных элементов и взаимное неразьемное скрепление плат.

На фиг.1 г риведена иллюстрация способа неразъемного соединения двух пластин, между которыми образован особый (специальный) объем; на фиг. 2 — 6 объемный

„„« ЫÄÄ 1669020 A l здании гибридных и вакуумных интегральных схем, а также при производстве микроэлектронной аппаратуры. Цель изобретения— повышение технологичности процесса, точности совмещения плат и герметичности их соединения — достигается за счет наложения плат одной на другую, совмещения их топологических структур посредством сопряжения углублений, выполненных в платах, с размещенными в них обьемными элементами, прижима плат одной и другой с деформацией объемных элементов и взаимного неразъемного скрепления плат. 18 ил. элемент, варианты; на фиг. 7 — 18 соединительное устройство, варианты.

Для соединения по данному способу в пластинах 1 выполнены полости 2 симметричного поперечного сечения, в которых размещают объемные элементы 3 в форме тороида. Элемент 3 имеет замкнутую в совмещаемых пластинах ко фигурацию, адекватную замкнутой ф.. .ме полости 2.

Материалы пластин 1 и элементов 3 выбраны взаимно диффундирующими, поэтому при замкнутой конфигурации полости 1 и элемента 3 образующийся диффузионный слой не тЬлько обеспечивает неразьемную фиксацию положения пластин 1, но и создает герметизацию специально сформированного внутреннего объема 4. Обьемные элементы 3 размещают в полостях 1 таким образом, что их продольные оси симметрии

5 лежат в продольных плоскостях (поверх1669020 ностях) симметрии 6 совмещенных полостей 2.

Полости 2 могут быть выполнены прямоугольного поперечного сечения с глубиной, превышающей радиус, и шириной, меньшей диаметра объемного элемента 3 (фиг. 7). При размещении в,смежных полостях 2 объемных элементов 3 автоматически совмещаются положения продольной оси симметрии 5 каждого элемента 3 с продольной плоскостью симметрии 6 соответствующей полости 2, разделенной зазором 8.

Воздействие давления Р, ортогонального соединяемым плоскоСтям, и нагрева вызывает пластическую деформацию периферийных областей элементов 3, уменьшение величины зазора 8 и последующее образование диффузионных слоев 7 в зонах сжатия и контакта соответствующих материалов (фиг.8), Посредством соединительного устройства осуществлена нераэъемная точная взаимная фиксация пластин 1.

Если при неизменности редыдущих соотношений изменить только глубину полостей 2 и выполнить ее меньшей радиуса элемента 3 (фиг,9), это приведет к тому, что элемент 3 под давлением Р будет дополнительно деформирован вдоль верхней и нижней образующихся (фиг.10). где дополнительно возникнут соответствующие диффузионные слои 7, кроме диффузионных слоев в окрестностях зазора 8.

Полости 2 V-образного поперечного сечения в каждой пластине (фиг,11) обеспечивают их совмещение и после воздействия нагрева и давления P точную неразъемную фиксацию посредством диффузионных слоев 7, образующихся в зонах пластической деформации объемного элемента 3 (фиг. 12), при этом величина зазора 8 может быть сведена к нулю.

Комбинация смежных полостей 2 различных по форме поперечных сечений, например (фиг,13) прямоугольного и

V-образного, обеспечивает совмещение пластин 1 и их точную нераэъемную фиксацию без зазора 8 посредством диффузионных слоев 7 (фиг.14), образующихся после воздействия нагрева и давления P.

Полости 2 в соединяемых пластинах 1 могут быть выполнены также сквозными (фиг, 17 и 18). B этом случае этапы совмещения пластин и их фиксации аналогичны описанным на фиг. 7 и 8.

Предлагаемый способ можно применять также в случаях, если для материала одной или обеих пластин трудно подобрать подходящий материал объемного элемента (по пластичности, диффузионной активности), Тогда используют материал дополни10

55 тельного тонкого слоя 9 (фиг.15), нанесенного на поверхности полостей 2 и прилежащих поверхностей. Слой 9 должен обладать хорошей адгезией с материалами обеих пластин 1 и диффузионной активностью по отношению к материалу элемента 3 и к материалам пластин 1 (фиг,16).

Способ осуществяяется следующим образом, Очищают поверхности совмещаемых полостей 2 пластин 1 и объемных элементов

3 от загрязнений и окислов, применяя вначале химическую обработку (например, обезжиривание четыреххлористым углеродом), а затем вакуумную очистку при одновременном нагреве соединяемых компонентов. Перед вакуумной очисткой соединяемые компоненты размещают в вакуумной сварочной камере. Нижнюю пластину 1 размещают в приспособлении для установки деталей таким образом, что ее полости 2 обращены вверх, а поверх-. ность, смежная с другой пластиной, расположена горизонтально, Объемные элементы

3 размещают в соответствующих полостях данной пластины, например, с помощью микроманипулятора. Совмещают слепым способом верхнюю пластину 1 с нижней пластиной совмещением ее полостей и выступающими над поверхностью частями объемных элементов 3 в следующей, например, последовательности. Взаимно ориентируют соединяемые пластины 1 по внешнему контуру и сближают их смежными поверхностями. Задав угол взаимного наклона пластин в несколько градусов, совмещают полость 2 верхней пластины с частью объемного элемента 3, выступающей из полости нижней пластины. Изменяя в малом диапазоне положение верхней пластины вдоль продольной оси элемента 3, по которому произведено начальное совмещение пластин, проводят полное совмещение по всем элементам 3, о чем свидетельствует однородный зазор между смежными поверхностями пластин и исчезновение при этом возможности их перемещений (колебаний) в плоскости. В сварочной камере создают вакуум порядка 0,5 — 0,7 от температуры плавления самого легкоплавкого материала в системе (обычно это объемные элементы 3).

При этом происходит вакуумная очистка контактирующих поверхностей пластин 1 и объемных элементов, Поддерживая неизменной температуру нагрева Т>, прикладывают сжимающее усилие Р, направленное ортогонально их смежным поверхностям, Благодаря этому получают заданную величину зазора 8 между пластинами за счет пластической деформации объемных эле1669020 ментов 3. Величина этого зазора в случае использования полостей 2 прямоугольного сечения зависит от соотношения диаметра элемента 3 и ширины-глубины полости 2, т.е. от соотношения площади сечения объемных элементов Sp.э. и суммарной площади сечения соответствующих смежных полостей $л, которые устанавливаются путем несложного расчета и корректируются экспериментально. При использовании полостей Ч-образного сечения пластины 1 могутбыть соединены практически без зазора, что достигается при So,э,< S .

Делают временную выдержку конструкции при заданных P и Т, при которой происходит процесс взаимной диффузии материалов пластин 1 и объемных элементов 3, в результате чего осуществляется неразъемное точное соединение компонентов. Отключают нагрев и охлаждают изделие без снятия давления P с соединяемых пластин. Выгружают иэ сварочной установки изделие с полученным нераэъемным соединением его частей.

Формула изобретения

5 Способ соединения печатных плат, включающий наложение плат одна на другую, совмещение их топологических структур посредством сопряжения углублений, выполненных в платах, с размещенными в

10 них объемными элементами, прижим плат одна к другой с деформацией объемных элементов и взаимное неразъемное скрепление плат, отличающийся тем, что, с целью повышения технологичности процес15 са, точности совмещения плат и герметичности их соединения, стенки полостей в платах и соединительные элементы выполнены из взаимно диффундирующих материалов, при этом полости выполнены в виде

20 замкнутых канавок, а объемные элементы— в виде торов.

1669020

1669020

1669020

1669020

Составитель Н. Шмелев

Редактор Л. Гратилло Техред М.Моргентал Корректор M. Демчик

Заказ 2657 Тираж 471 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул.Гагарина, 101

Фиг. 17

Фиг. 18