Способ диффузионной сварки многослойного пакета из стекла и монокристаллического кремния

Изобретение может быть использовано при изготовлении полупроводниковых микромеханических устройств, например чувствительных элементов интегральных датчиков. Многослойный пакет из стекла и монокристаллического кремния сжимают с нормированным усилием и нагревают. Проводят изотермическую выдержку сжатого многослойного пакета при температуре выше температуры сварки. После охлаждения сжатого пакета до температуры ниже температуры сварки подают на сжатый пакет постоянное напряжение с последующим контролем тока до его прекращения. Техническим результатом является повышение точностных характеристик чувствительных элементов интегральных акселерометров за счет снижения сварочного напряжения в пакете, связанного с разницей коэффициентов температурного расширения соединяемых материалов, при сохранении его механической прочности.

 

Изобретение относится к приборостроению и может применяться при изготовлении полупроводниковых микромеханических устройств, например, чувствительных элементов интегральных датчиков.

Наиболее близким к заявленному изобретению является способ [1], при котором свариваемые детали из полупроводника или металла и стекла нагревают до температуры сварки, прикладывают к ним постоянное напряжение для создания ионного тока диффузии между соединяемыми поверхностями и сдавливают их циклически.

Недостатком такого способа являются возникающие в материалах напряжения, которые уменьшают точность чувствительных элементов интегральных датчиков. Возникновение напряжений связано с различными коэффициентами линейного расширения полупроводника и стекла, и упругой деформацией от устранения первоначальной неплоскостности контактных поверхностей в пакете механическим нормированным прижимом.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение является снижение напряжений, возникающих в многослойном пакете стекла и монокристаллического кремния и, следовательно, повышение точностных характеристик интегральных датчиков.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе диффузионной сварки многослойного пакета из стекла и монокристаллического кремния, включающем его сжатие с нормированным усилием, нагрев, изотермическую выдержку и подачу на сжатый пакет постоянного напряжения, согласно изобретению, изотермическую выдержку сжатого многослойного пакета осуществляют при температуре, выше температуры сварки, а подачу напряжения производят после охлаждения сжатого пакета до температуры, ниже температуры сварки.

Одним существенным отличием предложенного способа является то, что нагрев и изотермическая выдержка осуществляются при температуре, выше температуры сварки многослойного пакета из стекла и монокристаллического кремния, в результате чего, под действием нормированного усилия, при соприкосновении свариваемых поверхностей, в стекле возникают, в основном, пластические деформации, так как модуль Юнга стекла уменьшается с повышением температуры.

Еще одним существенным отличием предложенного способа является то, что диффузионная сварка многослойного пакета из стекла и монокристаллического кремния осуществляется при температуре ниже температуры сварки [2], в результате чего снижается температурный интервал остывания, что приводит к снижению напряжений, связанных с различными коэффициентами линейного расширения материалов пакета.

Пример реализации заявленного способа.

Производили диффузионную сварку чувствительных элементов линейных акселерометров, представляющих собой многослойный пакет стекло «пирекс 7059» - монокристаллический кремний КЭС-0,5 - стекло «пирекс 7059» [2]. Размер пакета 7×6×0,9 мм (длина-ширина-высота). Сдавленный с усилием 5 кН пакет нагревали до температуры 490°C, затем производили изотермическую выдержку три часа, после чего охлаждали до температуры 370°C и подавали на пакет напряжение 300 В, с последующим контролем тока через свариваемый пакет до его прекращения.

Производили диффузионную сварку чувствительных элементов линейных акселерометров с обратной связью, представляющих собой многослойный пакет стекло «С37-2» - монокристаллический кремний КЭС-0,5 - стекло «С37-2» [2]. Размер пакета 7×6×2,3 мм (длина-ширина-высота). Сдавленный с усилием 15 кН пакет нагревали до температуры 450°C, производили изотермическую выдержку три часа, затем охлаждали до температуры 400°C и подавали на пакет напряжение 350 В, с последующим контролем тока через свариваемый пакет до его прекращения.

Производили диффузионную сварку чувствительных элементов линейных акселерометров с обратной связью, представляющих собой многослойный пакет стекло «ЛК105» - монокристаллический кремний КЭС-0,5 - стекло «ЛК105». Размер пакета 7×6×2,3 мм (длина-ширина-высота). Сдавленный с усилием 15 кН пакет нагревали до температуры 460°C, производили изотермическую выдержку три часа, затем охлаждали до температуры 380°C и подавали на пакет напряжение 285 В, с последующим контролем тока через свариваемый пакет до его прекращения.

В результате применении предложенного способа механическая прочность соединения пакета осталась на уровне 20 МПа, возникающие при диффузионной сварке в стекле и монокристаллическом кремнии напряжения снизились, а температурный уход акселерометров уменьшился, в среднем, на 10-15%, за счет чего повысились точностные характеристики чувствительных элементов интегральных акселерометров.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №1454612, МКП В23К 20/14, 1987 (прототип).

2. Хоменко Н.Н. Получение неразъемных соединений кремния с материалами. - Чернигов: ВСНТО, 1986.

Способ диффузионной сварки многослойного пакета из стекла и монокристаллического кремния, включающий его сжатие с нормированным усилием, нагрев, изотермическую выдержку и подачу на сжатый пакет постоянного напряжения, отличающийся тем, что изотермическую выдержку сжатого многослойного пакета осуществляют при температуре, выше температуры сварки, а подачу напряжения производят после охлаждения сжатого пакета до температуры ниже температуры сварки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способам неразъемного соединения изделий из сплавов на основе никелида титана (TiNi, нитинол) и представляет собой диффузионную сварку с использованием жидкой фазы.
Изобретение относится к области изготовления слоистого композиционного материала посредством диффузионной сварки листовых заготовок. .

Изобретение относится к технологии соединения конструктивных элементов изделий, работающих в условиях высоких термомеханических нагрузок. .

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для изготовления многослойных металлических листов, в том числе с субмикро- и наноразмерной структурой.
Изобретение относится к области сварки давлением заготовок из титанового сплава через промежуточную прокладку из титанового сплава с размером зерен менее 1 мкм и может быть использовано в промышленности для изготовления разнообразных изделий, в том числе сложнопрофильных и/или крупногабаритных изделий из отдельных более мелких и/или простых по форме заготовок.

Изобретение относится к области диффузионной сварки, а именно к сварке труб из разнородных материалов, обладающих различной пластичностью при температуре сварки. .
Изобретение относится к диффузионной сварке встык коротких толстостенных труб из разнородных сталей. .

Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано для наплавки деталей, испытывающих износ трением металла по металлу в условиях многократных теплосмен, например, валков горячей прокатки, опорных валов, деталей металлургического оборудования и др.

Изобретение относится к способам неразъемного соединения изделий из сплавов на основе никелида титана (TiNi, нитинол) и представляет собой диффузионную сварку с использованием жидкой фазы.
Изобретение относится к области изготовления слоистого композиционного материала посредством диффузионной сварки листовых заготовок. .

Изобретение относится к оборудованию для сварки с подогревом, в частности к установкам для диффузионной сварки полупроводников с диэлектриками, и может быть использовано в радиотехнической, электронной и приборостроительной промышленности.

Изобретение относится к технологии диффузионной сварки многослойных изделий из разнородных нержавеющих сталей, преимущественно из нержавеющих мартенситных сталей типа марки 09X17H и нержавеющих аустенитных сталей типа марки 0Х18Н10Т.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении оболочек путем свободной формовки из листовых заготовок из титанового сплава в условиях сверхпластичности, широко используемых в технике в качестве таких изделий, как, например, сосуды давления топливных систем космических аппаратов, баллоны для транспортировки сжиженных газов, буи радиоантенн, поплавки для уровнемеров.
Изобретение относится к машиностроению, а именно к изготовлению слоистых сотовых панелей из титановых сплавов. .

Изобретение относится к способу малодеформирующей диффузионной сварки керамических элементов, к изготовленным таким способом монолитам и их применениям. .

Изобретение относится к диффузионной сварке, в частности к оборудованию для ее осуществления, и может быть использовано в авиационной и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству изделий из литейных жаропрочных сплавов на никелевой основе, и может быть использовано при изготовлении деталей газотурбинных двигателей, в особенности полых тонкостенных лопаток турбины. Для сохранения высоких механических свойств и точных геометрических размеров детали из литейных никелевых сплавов ЖС32 или ЖС32МОНО при их изготовлении осуществляют соединение не менее двух фрагментов детали из упомянутых сплавов путем диффузионной конгломерации с приложением нагрузки 11 г/мм2 в вакууме при температуре 1320°C в течение 40 мин - 1 часа. 7 ил., 3 пр.

Изобретение относится к приборостроению и может применяться при изготовлении полупроводниковых микромеханических устройств, например, чувствительных элементов интегральных датчиков

Наверх