Способ сварки давлением разногабаритных деталей

 

Использование: диффузионная сварка в электростатическом поле разногабаритных деталей, преимущественно толстостенных стекол с полупроводниками. Сущность изобретения: электрический ток пропускают через толщу меньшей детали и приповерхностный слой крупногабаритной, контактирующей с малогабаритной. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„!Щ „„1754373 А1 (я)5 В 23 К 20/14

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ " м

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (54) СПОСОБ СВАРКИ ДАВЛЕНИЕМ РА3НОГАБАРИТНЬ!Х ДЕТАЛЕЙ (57) Использование; диффузионная сварка в электростатическом поле разногабаритных деталей, преимущественно толстостенных стекол t . полупроводниками. Сущность изобретения: электрический ток пропускают через толщу меньшей детали и приповерхностйый слой крупногабаритной, контактирующей с малогабаритной. 1 ил. (/)

Цель изобретения — повышение качества изделий при соединении полупроводни1 (21) 4905726/08 (22) 30.11.90 (46) 15.08.92. Бюл, М 30 (71) Научно-исследовательский институт физических измерений и Московский авиационный технологический институт им. К.Э.Циолковского (72) В.M.Êîñîãîðîâ, С.Э.Шлифер, В,И.Беляков; А.Л.Шамраков и Е.Ю.Соколов (56) П.И.Ефтифеев и др. Термокомпрессионная и односторонняя контактная сварка"деталей малых толщин, Л.: ЛДНТП, 1970, с.3 11.

Изобретение относится к сварке давлением, в частности к диффузионной сварке в электростатическом поле (ДС в ЭСП) полупроводников (металлов) с изоляторами, преимущественно со щелочными стеклами, может быть использовано в электронйой, авиационной, автомобильной и др. отраслях промышленности, Известен способ многослойного соеди- нения полупроводника со стеклами, при котором электроды для подачи напряжения вынесены на контактные площадки, не входящие в площадь эрны соединения.

Недостатком данного способа является замыкание силовых линий электрического поля не только на ближайших слоях; но и протекание электрического тока через see толщу многослойного соединения.

Недостатком известного .способа при сварке толстостенных стекол является то, что электрический ток, проходя через всю толщу стекла, измейяет его состав и производит расстекловывание в противоположной зоне сварки поверхности стекла (из-за миграционной поляризации йа20: Ма уходит к отрицательному электроду, раэрыхляя приповерхностный слой у него, у положительного электрода происходит обеднение стекла натрием). Т.е. при ДС и

ЭСП толстостенных стекол ухудшаются электрические и прочностные свойства стекол.

Наиболее близким к предлагаемому является способ односторонней контактной сварки разногабаритных деталей, при котором перпендикулярно свариваемым поверхностям пропускают электрический ток, подводимый с одной стороны составным электродом, содержащим изолированные друг от друга центральный и наружный элементы.

Недостатком данного способа является низкое качество изделий при соединении полупроводниковых материалов (или металлов) и диэлектриками, вызванное замыканием электрического тока в полупроводниковой (металлической) детали иэ-за подведения обоих элементов составйого электрода к ее поверхности, 1754373 ковых материалов или металлов с диэлектриками, Поставленная цель достигается тем, что центральный элемент электрода прикладывают к малой детали, а наружный — к большой детали со стороны ее контакта с малогабаритной деталью.

В результате силовые линии электрического поля замыкаются через приповерхностные слои толстостенного крупногабаритного изолятора: достаточно вести нагрев через электроды, подводящие высокое напряжение; нет необходимости в прогреве всей толщи изолятора, соответственно нет и изменения его состава в толще изолятора; не происходит расстекловывание стекла у его противоположной зоне соединения границе.

Геометрическое подобие приповерхностного слоя крупногабаритной детали кон-. туру зоны соединения необходимо для равномерного распределения эл. поля по всеМу параметру соединения, обеспечения равной плотности тока в каждой точке зоны соединения, Предлагаемый способ осуществляют при помощи устройства для диффузионной

Сварки.

На чертеже представлена схема устройства для диффузионной сварки.

Устройство содержит два электрода— центральный стержневой 1 и наружный трубчатый 2, размещенные один в другом с возможностью перемещения относительно друг друга вдоль оси симметрии устройства, втулку 3, изготовленную иэ диэлектрического материала и установленную между трубкой 2 и стержнем 1. Электроды 1 и 2 подсоединены к источнику постоянного высокого напряжения (не показан). Свариваемые разногабаритные детали 4 и 5 размещают таким образом, чтобы малогабаритная деталь 4 контактировала с центральным стержнем I, а крупногабаритная деталь

5 — с наружным трубчатым электродом 2, Втулка 3 служит в качестве электрического изолятора электродов 1 и 2 друг от друга, а также является направляющей при их перемещении относительно друг друга при сборке устройства со свариваемыми деталями.

Профиль сечения рабочего конца трубчатого электрода 2 вйполнен геометрически подобным контуру зоны соединейия свариваемых деталей, т.е, контуру малогабаритной соединяемой детали.

Рабочий конец "наружного трубчатого электрода может быть выполнен неразъемным с трубкой. В этом случае устройство применяется для сварки одного ассортимента иэделий. Для сварки широкого ассортимента изделий рабочий конец наружного электрода может быть выполнен в разных вариантах: в виде сьемных насадок различного профиля сечения; в виде различных лепестков, выполненных на рабочем конце трубки, Для повышения удобства эксплуатации устройства, а также расширения его технологических возможностей, например, его

10 крепления к соединяемым материалам, рабочий конец наружного электрода может быть дополнительно снабжен 0-образной упругой (эластичной) манжетой (вакуумной присоской), смонтированной на рабочем конце трубки растром наружу, а с целью интенсификации процесса сварки может быть дополнительно снабжено источником нагрева, выполненным в аиде электрической спирали, смонтированной на трубчатом электроде."

Устройство работает следующим образом.

Устройство и свариваемые детали собирают согласно схеме.

Подключают источник высокого постояйного напряжения и пропускают ток через свариваемые детали. Для интенсификации

25 процесса сварки включают источник дополнительного нагрева деталей. Создают необходимое сварочное давление и производят

flo предложенному способу нагрев проводили через электроды 1 и 2. На обратной стороне стекла и в этой толще нет выделений Na (есть выделения N а у внешнего диаметра стеклянной трубки — у контакта с электродом 2). Прочность соединения 0< = изотермическую выдержку, затем охлаждают свариваемое изделие, и разбирают устройство и удаляют готовое иэделие.

Пример, Производили ДС по извест35 ным и предложенному способам кремния марки КЭФ-4,5, диски толщиной 0,2 мм, диаметром 8 мм в качеством обработки поверхности по>14 классу с пластинами (трубками) из стекла С35-1, диаметром

40 внешним 200 мм, внутренним 4 мм, высотой (толщиной) 20 мм, обработанными пор12 классу. На режиме И=700 В, Т=750 К, время сварки г="15 мин. По известному способу

45 (на установке УСЭСП-4) производили нагрев всей сборки, на обратной стороне стекла произошло выделение Na (в виде NaOH, NazSizOi). Прочность соединения о =

= 7,"8 МПа. Обратная сторона стекла на глу50 бине 5 мкм охрупчена, потеряна ее прозрачность, Выход годных g< = 40Д с учетом оптических свойств.

1754373

Составитель М.Бескина

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Т.Палий

Редактор А.Долинич

Заказ Р249 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101.. - 7,8 МПа, Прозрачность стекла не потеряна. Выход годных ry = 90,Д.

По способу-прототипу не получено соединение.

Формула изобретения

Способ сварки давлением разногабаритных деталей, при котором перпендикуR$ipHo к свариваемым поверхностям пропускают постоянный электрический ток, подводимый с одной стороны составным электродом, содержащим иэоиировэнные один от другого центральный и наружный элементы, детали нагревают до температуры сварки,.осуществляют изотер5 мическую выдержку и охлаждают, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения качества соединения при сварке полупроводниковых материалов или металлов с диэлектриками, центральный элемент

10 электрода подводят к малогабаритной детали, а наружный — к крупногабаритной.