Ультразвуковая сварка

Соединение кристалла полимерным клеем

В качестве материала для соединения кристалла в настоящее время значительный интерес представляет эпоксидный клей с серебряным наполнителем, хотя растет интерес и к полиимидным клеям из-за их способности противостоять высоким рабочим температурам по сравнению с эпоксидными клеями. Серебряный наполнитель делает эти материалы как электропроводными для обеспечения низкого сопротивления между кристаллом и подложкой, так и теплопроводными, в результате чего существует хороший теплоотвод от кристалла к основанию корпуса.

Для соединения кристалла используют эпоксидные клеи, так как по сравнению с твердыми припоями с высоким содержанием золота они имеют меньший термический коэффициент линейного расширения, являются гибкими и мягкими и позволяют автоматизировать процесс соединения.

При монтаже кристалла эпоксидными клеями необходимо проведение металлизации кристалла и подложки. Поскольку эпоксидные клеи являются термореактивными материалами (полимеризуются при нагревании), они должны быть подвергнуты термообработке при определенной температуре для завершения процесса монтажа кристалла. Обычная температура термообработки лежит в диапазоне 125-175 °С.

Вообще качество соединения кристалла эпоксидными клеями такое же или даже выше, чем при соединении металлическими припоями, за исключением применения в особо жестких режимах функционирования (при высоких температурах, большом токе через соединение кристалла или при предъявлении повышенных требований к тепловым характеристикам) либо в приборах с очень высокой поверхностной чувствительностью.

Принцип УЗ-сварки показан на рис. 1. С помощью пуансона проволока прижимается к контактной площадке подложки, при этом к пуансону прикладываются УЗ колебания перпендикулярно направлению приложения давления с частотой 20...60 кГц. Для получения колебаний применяют магнитострикционный или пьезоэлектрический генератор колебаний, от которого кинетическая энергия с помощью концентратора передается к месту сварки. Благодаря переменной нагрузке на сдвиг уменьшаются силы связи в металлической решетке. Молекулы и целые микроскопические кусочки свариваемых деталей вырываются из связей. В результате возникает квазипластическая фаза с атомарным обменом, в котором участвуют атомы поверхностного слоя свариваемых деталей, сжимаемых внешним давлением. Процесс соединения заканчивается при достижении минимально возможной разницы амплитуд колебаний свариваемых деталей. В результате пластической деформации и диспергирующего действия ультразвука происходит удаление адсорбированных пленок жидкости, газов, органических пленок и поверхностных окислов, в результате чего поверхности деталей очищаются и происходит непосредственное соединение двух контактируемых материалов. В процессе деформирования происходит увеличение площади непосредственного контакта, что обеспечивает получение прочного соединения.

1 — магнитострикционный преобразователь;
2 и 3 — концентраторы ультразвуковых колебаний;
4 — пуансон; 5 — вывод; 6 — пленка алюминия;
7 — подложка (К — узлы колебаний)

Рис. 1. Принцип ультразвуковой сварки.

При УЗ сварке в зоне контакта температура нагрева не превышает 30...50% температуры плавления соединяемых материалов. Длительность УЗ сварки колеблется от 0,02 до 3 с. При УЗ сварке сварочный инструмент должен обеспечить получение сварочного соединения требуемой формы и размеров и удобную подачу привариваемой проволоки под рабочий торец инструмента. Перспективным является инструмент с боковым отверстием для подачи проволоки, который применен в установке УЗП-02М. Для монтажа гибридных тонкопленочных микроузлов предназначены установки УЗСН-1; УЗС-1 и ЭМ-423. Ультразвуковые установки (УЗ) с косвенным импульсным нагревом (КН) инструмента обозначаются УЗСКН-1. Установка снабжена устройствами для полуавтоматического перемещения инструмента и проводника, а также двумя микроманипуляторами для перемещения столика с микроузлом и для механизма подачи проволоки. В установке предусмотрена возможность сварки как в режиме УЗ-КН, так и КН-УЗ.

Вторая стадия монтажа кристаллов

Дата добавления: 2014-12-27