Способ диффузионной сварки

 

Использование: в электронной, электротехнической, авиационной и др. отраслях промышленности. Сущность изобретения: при смене полярности температуру сварки или напряжение повышают до значений, обеспечивающих протекание через многослойную сборку силы тока, равной первоначальной. Изобретение позволяет повысить прочность соединения многослойных структур "стекло полупроводник", добиться "симметричности", согласованности свойств всех границ раздела "стекло полупроводник" свариваемых многослойных структур.

Изобретение предназначено для сварки давлением, в частности для диффузионной сварки в электростатическом поле (ДС в ЭСП) преимущественно полупроводников (в основном Si) со стеклом. Изобретение может быть использовано в электронной, электротехнической, авиационной и других отраслях промышленности и является усовершенствованием основного авт. св. N 1594815. Известный способ диффузионной сварки многослойных соединений полупроводников или металлов со стеклами включает их нагрев, приложение к свариваемым деталям постоянного напряжения, изотермическую выдержку при отключенном напряжении, при температуре, не меньшей температуры сварки, смену полярности, отключение высокого напряжения на стадии охлаждения и приложение переменного напряжения, причем отжиг стекол перед сваркой и сварку проводят в обезвоженном вакууме не ниже 1^. 10^-4 мм рт.ст. После 1-й стадии процесса на 1-й границе "полупроводник (кремний) стекло" образуется SiO₂, из-за чего повышается сопротивление R_общ многослойной структуры, что снижает величину протекающего через зону соединения тока I. После изотермической выдержки без постоянного напряжения при той же температуре сварки Т₂=Т₁, что и на первой стадии, при смене полярности постоянного напряжения не удается достичь значений тока I₂, равных I₄, (т.к. U=const и R_общ увеличивается из-за образования SiO₂ на 1-й границе "полупроводник-стекло"). В результате на 2-й границе "стекло-полупроводник" вырастает слой SiO₂, меньший по толщине, чем на 1-й границе. Это может и не приводить к снижению общей прочности соединения, однако с неизбежностью нарушает симметричность обеих границ раздела (1-й и 2-й) "стекло-полупроводник". В результате увеличивается разброс эксплуатационных характеристик обеих границ раздела "стекло-полупроводник", в особенности при работе в термоциклических и вибрационных условиях. Недостатком известного способа является неравномерная толщина переходной зоны, т. е. неравная прочность границ раздела "полупроводник-стекло" и, следовательно, недостаточная общая прочность многослойного соединения качество соединения. Целью изобретения является повышение прочности соединения путем стабилизации толщины переходной зоны. Поставленная цель достигается тем, что в способе диффузионной сварки многослойных соединений полупроводников или металлов со стеклом, включающем их нагрев, приложение к свариваемым деталям постоянного напряжения, изотермическую выдержку при отключенном напряжении, при температуре, не меньшей температуры сварки, смену полярности, отключение высокого напряжения на стадии охлаждения и приложение переменного напряжения, причем отжиг стекол перед сваркой и сварку проводят в обезвоженном вакууме не ниже 1х10^-4 мм рт.ст. при смене полярности тока температуру сварки или напряжение повышают до величины, соответствующей протеканию через свариваемые материалы тока силой, равной ее первоначальному значению. Обеспечение равенства I₁ (начальное)I₂ (при смене полярности) позволяет "вырастить" на обеих границах раздела 1-й и 2-й "стекло-полупроводник" слои SiO₂ равной толщины. Повышение температуры сварки или напряжения при смене полярности не приводит к электрическому пробою, т.к. из-за слоя SiO₂, выросшего на 1-й границе раздела "стекло-полупроводник" сопротивление сборки возросло и величина силы протекающего тока I₂ уменьшилась. П р и м е р. Производили ДС в ЭСП по известному и предлагаемому способам двух дисков из Si диаметром 6 мм, толщиной 0,2 мм с диском из стекла С 35-1 толщиной 0,3 мм того же диаметра (т.е. структур Si стекло Si). Кремний обработан по 14 классу чистоты обработки поверхности, стекло по 12 классу. По известному способу. До смены полярности Т₁=735 К; U₁=400 V; τ=10^'. Изотермическая выдержка при T_{δ . н}745 К в течение времени T_{δ . н}10^'. После смены полярности Т₂=735 К; U₂=400 V; τ10^'. Все параметры скорость нагрева и охлаждения, степень вакуума и т.п. указаны в описании к авт.св. N 1594815). Прочность соединения σ=8,5 МПа. По предлагаемому способу. До смены полярности Т₁=735 К; U₁=400 V; τ=10^'. При этом обращаем внимание на величину силы тока, протекающего через сборки в начале соединения (предположим 0,25 мА). Изотермическая выдержка при T_{δ . н}745 К в течение времени T_{δ . н}10^'. После смены полярности подается на сборку напряжение и сила тока, протекающего через сборку, 0,18 мА. Достичь силы тока, равной 0,25 мА, можно повышая температуру сварки или и то и другое одновременно. Вариант 1. Т₂=765 К; U₂=400 V; τ=10^'. Вариант 2. Т₂=735 К; U₂=400 V; τ10^' Вариант 3. Т₂=750 К; U₂=430 V; τ10^'. Прочность соединения всех трех вариантов примерно одинакова и составляет σ=9,2 МПа. Предлагаемый способ позволяет повысить прочность соединения многослойных структур "стекло-полупроводник", добиться "симметричности", согласованности свойств всех границ раздела "стекло-полупроводник" свариваемых многослойных структур.

Формула изобретения

СПОСОБ ДИФФУЗИОННОЙ СВАРКИ по авт. св. N 1594815, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности соединения путем стабилизации толщины переходной зоны, при смене полярности тока температуру сварки или напряжение повышают до величины, соответствующей протеканию через свариваемые материалы тока силой, равной ее первоначальному значению.