Способ герметизации электронного устройства

Способ герметизации электронного устройства

Реферат

 

Изобретение относится к радиоэлектронике, в частности к герметизации кварцевых резонаторов. Цель изобретения - упрощение и удешевление способа герметизации электронных устройств. Поставленная цель достигается тем, что поверхности по торцу крышки механически шлифуют до образования микрорельефа глубиной неровностей профиля до 5 2 мкм, наносят трафаретной печатью слой пасты, состоящей из порошка стекла С65-1 с удельной поверхностью 5000 см²/г и органической связкой 3% -ного раствора этилцеллюлозы в терненсоле. В муфельной печи осуществляют термообработку при 560 10С в течение 1,5 ч для выгорания органической связки и оплавления стеклопорошка до образования слоя легкоплавкого стекла толщиной 10 - 20 мкм. Детали резонатора укладывают в сепаратор и помещают в вакуумную камеру, нагревают до 530 10С и подают давление сжатия на корпус, равное 1,5 0,5 МПа, в течение 15 мин. Способ позволяет в 2 раза снизить себестоимость кварцевых резонаторов.

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано при герметизации электронных устройств, интегральных схем, полупроводниковых приборов, кварцевых резонаторов. Целью изобретения является упрощение и удешевление способа герметизации электронных устройств, преимущественно кварцевых резонаторов. Сущность изобретения заключается в том, что для герметизации электронного устройства создают микрорельеф на соединяемых поверхностях крышки и основания корпуса механической обработкой с высотой неровностей профиля 0,02-7 мкм, наносят на соединяемые поверхности стеклопорошок с удельной поверхностью 3000-10000 см²/г в виде пасты, оплавляют при 450-600^оС в течение 0,25-2 ч до получения слоев легкоплавкого стекла, толщину t (мкм) которого выбирают из соотношения 50 100 , где B (мкм) - ширина соединяемых поверхностей, монтируют электронное устройство на основание корпуса, разогревают основание и крышку в вакууме до 200-500^оС и герметично соединяют при приложении давления сжатия корпуса 0,5-2,0 МПа в течение 5-30 мин. Экспериментально установлено, что возможно получить герметичное вакуумплотное соединение крышки и основания корпуса, изготовленных из стандартных ситалловых подложек с глубиной неровностей профиля поверхности 0,02 мкм. Установлено также, что механическую обработку поверхности одной или обеих деталей можно ограничить шлифованием, при котором глубина неровностей микрорельефа достигает 5-7 мкм. Этим значительно уменьшаются длительность, трудоемкость, сложность, а следовательно, и стоимость работ по сравнению с обязательной полировкой поверхностей обеих соединяемых поверхностей. При более глубокой шлифовке деталей, когда глубина неровностей микрорельефа достигает более 7-10 мкм, в диэлектриках возникают трещины, идущие вглубь материала. Это приводит к разгерметизации соединения деталей корпуса. Кроме того, с ростом глубины неровностей микрорельефа увеличиваются площади отдельных кристаллитов с хаотической ориентацией граней. Это обстоятельство приводит к росту недопустимых знакопеременных остаточных напряжений в стеклоспае, плохой смачиваемости поверхностей и, таким образом, к ненадежности герметизации корпуса. Экспериментально установлено, что оплавление стеклопасты следует вести в диапазоне температур +450-600^оС в течение 0,25-2,0 ч. Выбор температуры сплавления стеклопасты зависит в основном от значения температуры деформации стекла конкретной марки. Температуру и время оплавления стеклопасты в указанном диапазоне экспериментально подбирают в зависимости от времени выгорания органической связки, степени помола стеклопорошка, микрорельефа поверхности и толщины слоев стекла. Снижение (менее 0,25 ч) времени сплавления и температуры ниже 450^оС приводит к плохому выгоранию связки, плохому смачиванию поверхности диэлектрика, к образованию крупноблочных центров кристаллизации стекла. В конечном итоге приводит к снижению качества стеклоспая при герметизации корпусов. Увеличение времени (более 2 ч) и температуры оплавления выше 600^оС приводит к улетучиванию ряда фракций, образованию микротрещин, рекристаллизации стекла и переходу его в другую модификацию с потерей основных исходных параметров легкоплавкого стекла. Оплавление стеклопары в указанных диапазонах времени и температур дает хорошую смачиваемость стеклом соединяемых поверхностей с образованием монолитных слоев стекла, имеющих глянцевую, ровную, бездефектную поверхность. Экспериментально установлено, что при увеличении глубины неровностей микрорельефа поверхности и при уменьшении толщины припоечного стекла до десятков микрон и менее для получения качественно герметичного соединения деталей корпуса необходимо иметь стеклопорошки с удельной поверхностью 3000-10000 см²/г. Чем тоньше слои припоечного стекла, тем мельче должен быть стеклопорошок, т. е. иметь большую гранулометрическую удельную поверхность. Использование более мелкодисперсных порошков с удельной поверхностью более 10000 см²/г, во-первых, экономически не оправдано (излишняя трудоемкость при помоле), во-вторых, приводит к образованию мелких воздушных пузырьков при оплавлении пасты из стеклопорошка, что снижает надежность герметичного соединения деталей корпуса. При удельной поверхности порошка ниже 3000 см²/г (наличие крупных гранул) при оплавлении тонких слоев пасты образуются возвышения (неровности) в виде центров кристаллизации, происходит нарушение целостности остеклованной поверхности в виде сетки микротрещин, в особенности, когда имеет место сильно шероховатый микрорельеф на соединяемых поверхностях. Установлена зависимость t (мкм) - толщины слоев припоечных стекол - от B - ширины соединяемых поверхностей. Значения отношений лежат в пределах 50-100. Чем меньше B, тем тоньше должен быть слой припоечного стекла и меньше высота неровностей микрорельефа соединяемых поверхностей. Учитывая это обстоятельство, при B_мин = = 0,25 мм толщина слоя стекла должна быть не менее 5 мкм. Максимальное значение t = 60 мкм выбирают при наибольших B = 3 мм. Дальнейшее увеличение t приводит к выдавливанию излишков стекла внутрь герметизируемого объема, что может привести к нежелательному изменению параметров устройства, возможно возникновение микротрещин в спае и нарушение герметичности при термоциклировании. Значение сжимающего давления в основном зависит от температуры герметизации и времени приложения давления. При снижении температуры до 400^оС следует увеличить давление до 1,5-2,0 МПа, а время выдержки до 20-30 мин. При температуре ниже 400^оС чрезмерно увеличивается вязкость припоечного стекла, ухудшается смачиваемость соединяемых поверхностей. Поэтому требуются большие сжимающие давления, которые способны разрушить детали корпуса. При увеличении температуры до 470^оС давление следует снизить до 5,0 МПа, а время до 5-10 мин, так как вязкость стекла резко падает и герметичное соединение наступает скорее. П р и м е р к о н к р е т н о г о в ы п о л- н е н и я. Герметизация кварцевого резонатора. Основание корпуса выполняли из ситалла СТ-50 с размерами 9 x 9 x 0,6 мм. На стандартную полированную пластину ситалла с высотой неровностей профиля поверхности 0,02-0,05 мкм наносили методом термического испарения в вакууме алюминиевые токоведущие дорожки и контактные площадки. На основании горизонтально с помощью ультразвуковой сварки монтировали кварцевый пьезоэлемент, выполненный в виде круглой пластины 6 мм и толщиной 50-150 мкм. Крышку из стекла С52-1 изготавливали горячим прессованием. Внешний диаметр крышки 9 мм, внутренний 7,4 мм, высоты 1,2 мм. Поверхности по торцу крышки шириной B = 0,8 мм механически шлифовали до образования микрорельефа с глубиной неровностей профиля до 5 2 мкм. На обработанные поверхности с помощью сетчатого трафарета наносили слой пасты, состоящей из порошка припоечного стекла С65-1, имеющего удельную поверхность 5000 см²/г, и органической связи - 3% -ного раствора этилцеллюлозы в терпинеоле. После подсушивания пасты при температуре 100^оС в течение 15-30 мин крышку помещали в муфельную печь, в которой при температуре 56010^оС в течение полутора часов происходило выгорание органической связки и оплавление стеклопорошка до образования слоя легкоплавкого стекла толщиной 10-20 мкм. Далее детали резонатора укладывали столбиком в специальный сепаратор и помещали в вакуумную камеру, которую откачивали до давления 10^-5-10^-6 Па. Затем детали нагревали до 430+10^оС, подавали давление сжатия на корпусы 1,50,5 МПа в течение 15 мин. После охлаждения резонаторов до комнатной температуры их извлекали из камеры. Использование данного способа позволило более чем в 2 раза снизить себестоимость кварцевых резонаторов. (56) Конюхов Г. И. , Коноплев Ю. Н. Диффузионная сварка в электронике. М. : Энергия, 1974. Авторское свидетельство СССР N 1236963, кл. H 01 J 5/00, 1986.

Формула изобретения

СПОСОБ ГЕРМЕТИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОННОГО УСТРОЙСТВА, преимущественно кварцевых резонаторов, включающий создание микрорельефа на соединяемых поверхностях диэлектрических оснований и крышки корпуса механической обработкой, нанесение на соединяемые поверхности стеклопорошка и оплавление до получения слоев легкоплавкого стекла, монтаж электронного устройства на основании корпуса, разогрев основания и крышки в вакууме до 200 - 500^oС и герметичное соединение при сжатии корпуса в течение 5 - 30 мин, отличающийся тем, что, с целью упрощения и удешевления способа, микрорельеф на соединяемых поверхностях основания и крышки создают с высотой микронеровностей 0,02 - 7,0 мкм, нанесение стеклопорошка с удельной поверхностью 3000 - 10000 см²/г осуществляют в виде пасты, оплавление которой ведут при температуре 450 - 600^oС в течение 0,25 - 2,0 ч, толщину t (мкм) образующего слоя выбирают из соотношения 50 B / t 100, где B - ширина соединяемых поверхностей, а давление при сжатии корпуса устанавливают равным 0,5 - 2,0 МПа.