Способ гиперзвуковой сварки микросварки и пайки

Способ гиперзвуковой сварки микросварки и пайки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

0 п д C A --я-и Е, »438)5

ЙЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 30.03.76 (21) 2340510/25-27 с присоединением заявки № (23) Приоритет (51) М. Кл.е

В 23К 19/04

Государственный комитет

СССР но делам изобретений н открытий (43) Опубликовано 30.06.80. Бюллетень ¹ 24 (53) УДК 621.791.16 (088.8) (45) Дата опубликования описания 30.06,80 (72) Авторы изобретения

В. М. Колешко и А. В. Гулай

Физико-технический институт АН Белорусской ССР (71) Заявитель (54) СПОСОБ ГИПЕРЗВУКОВОЙ МИКРОСВАРКИ

И ПАЙКИ

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано при конструировании высокопроизводительных и эффективных электроакустических устройств для микросварки и пайки, например при сборке полупроводниковых приборов и интегральных схем.

Известен способ гиперзвуковой сварки и пайки путем наложения статического давления на соединяемые элементы (1).

Однако возбуждение волн Лэмба на подложке с условием соблюдения местоположения пучности стоячей волны в середине зоны сварки связано с определенными трудностями, так как для этого необходимо выполнение условия Х) д, где Х вЂ” длина волны Лэмба в подложке, d — толщина подложки. Данное условие особенно трудно выполнимо при работе в диапазоне гиперзвуковых частот, где длина волны мала.

Кроме того, резонансный способ возбуждения акустических волн для микросварки обладает существенным недостатком: процесс соединения элементов при микросварке приводит к нарушению резонансного режима.

При этом изменяются параметры процесса мпкросварки, что ведет к снижению стабильности процесса и снижению качества микросварных соединений.

Цель изобретения — повышение качества и надежности микросварных соединений.

Поставленная цель достигается тем, что в зоне соединения контактируемых элемен5 тов возбуждают поверхностные акустические волны ультра- и гиперзвуковой частоты, длина которых не превышает суммарной толщины соединяемых элементов. Для повышения качества мпкросварных соедиI0 нений в зоне соединения возбуждают различные сочетания акустических волн Рэлея, Лэмба, Лява, Сезава и Стонлп пли электроакустическпе волны Гуляева-Блюстейна.

15 На фиг. 1 показана схема, иллюстрирующая предлагаемый способ, с пьезоэлектрическим кристаллом; на фпг. 2 — то же, с

СВЧ-резонатором.

Схемы содержат вывод 1, подложку 2, 2О алюминиевую пленку 3, пьезоэлектрический кристалл 4, пленку 5 пьезоэлектрика, металлические электроды 6, генератор 7, СВЧ-резонатор 8, ферромагнитную пленку

9, волновод 10 и отверстие 11 связи.

25 Возбуждение поверхностных акустических волн гиперзвуковых частот в зоне присоединения вывода 1, например, к алюминиевой пленке 3 на подложке 2 происходит с помощью пьезоэлектрического эпитакси30 ального преобразователя, представляющего

743815

3 собой тонкий слой пьезоэлектрического кристаллического вещества с большим сопротивлением, образованныи на проводяще подложке 2, Эпитаксиальным преооразователем может быть преобразователь в виде единого монокристалла проводящего сульфида кадмия с ооразованнои на нем пленкои сулырида кадмия с большим сопротивлением. 1 геталлические электроды б служат для подведения к преооразователю возбуждающего электрического напряжения с выхода генератора I. 11ри подведении электрических колебании гиперзвуковои частоты к преооразователю основная часть падения напряжения приходится на пленку б с высоким сопротивлением. Механическое напряжение, пропорциональное напряженности электрического поля, оудет максимальным внутри пленки 5. 1аким образом, пленка Ь будет возоуждать акустические волны. Выполняя ее достаточно тонкои (несколько микрон) и возбуждая на резонанснои моде сдвиговых колебании, получают в зоне соединения вывода 1 и подложки 2 поверхностные акустические волны гиперзвуковои частоты.

Рассмотренный преобразователь является достаточно широкополосным и используется при возоуждении поверхностных акустических волн шумового спектра частот.

Возможны следующие сочетания типов поверхностных акустических волн в соединяемых элементах.

Волны Рэлея, 1эмба и их сочетание в обоих соединяемых элементах или в одном из них.,данныи случаи возможен тогда, когда взаимное перекрытие элементов соизмеримо с длиной волны. Волны Рэлея и

Лэмоа будут распространяться также в тои части соединяемых элементов, где данные элементы не перекрываются друг другом.

11ри возбуждении волн Рэлея в элементе длина волны должна быть много меньше толщины данного элемента, последнии рассматривают при этом как полуоесконечное твердое тело. 11ри возбуждении волн Лэмба длина волны должна быть соизмеримой с толщинои элемента, в данном случае соединяемый элемент можно рассматривать как пластинку.

Сочетание волн Рэлея, Лэмба, Лява и

Сезава в зоне соединения. Данный случай возможен тогда, когда толщина вывода соизмерима с длинои волн, а толщина подложки и взаимное перекрытие вывода с подложкой много больше длины волн. Соединяемые элементы при этом можно рассматривать как слоистую среду, в которой могут распространяться волны, подобные волнам 1ява, а также волнам Лэмба. Волны симметричного типа аналогичны в данном случае волнам Рэлея, а волны антисимметричного типа являются волнами Сезава.

Возбуждение волн Стоили в зоне соединения. Данный случай возможен тогда, когда толщины соединяемых элементов и их взаимное перекрытие по зоне контакта много больше длины волны.

Электроакустические волны ГуляеваБлюстейна в зоне соединения. Данный с. учай возможен тогда, когда материал хо я бы одного из соединяемых элементов, например подложки, является пьезоэ. ектрическим.

11реимущества поверхностных акустических волн гиперзвуковых частот закл очаются в том, что они интенсивно но лощBioTся материалом вывода и подложки. 1.оглощение гиперзвуковых поверхностных волн в металлическом, например алюминиевом, выводе происходит вследствие сильно о рассеяния на границах кристаллитов. 11В каждой границе кристаллита происходит отражение и преломление акустических волн, что обусловлено анизотропиеи материала. Кроме того, поверхностные волны гиперзвуковых частот сильно поглощаются тепловыми фононами кристаллической решетки. Энергия поверхностных волн в данном случае расходуется на активацию тонкого поверхностного слоя соединяемых элементов и интенсифицирует процесс диффузии без значительной внешнеи деформации соединяемых изделий.

Возбуждение поверхностных акустических волн гиперзвуковых частот возможно также с помощью других типов пьезоэлектрических преобразователеи на высокоомных слоях, например с диффузионным или обедненным слоем. В шумовом спектре частот особенно эффективно использование электроакустического преобразователя на диффузионном слое СЙЬ с расширеннои полосои частот. Высокоомный диффузионный слой данного преобразователя ооразуется путем напыления меди в вакууме на пластинку CdS, нагретую до нескольких сотен градусов.

Можно использовать для возбуждения гиперзвуковых поверхностных волн также

СВЧ-резонаторы с помещенными в пучности их электрического или магнитного поля тонкими пьезоэлектрическими или магнитострикционными пленками, Возбуждение поверхностных акустических волн гиперзвуковых частот можно осуществлять с помощью прямоугольного СВЧ-резонатора 8, используемого совместно с тонкопленочным ферромагнитным преобразователем. В данном случае ферромагнитная пленка 5, совершающая сдвиговые колебания и возбуждающая поверхностные акустические волны гиперзвуковой частоты в зоне соединения вывода 1 с подложкой 2, помещается на боковой стенке прямоугольного резонатора 8, т. е. в пучности магнитного поля резонатора. Магнитное поле при этом ориентировано в плоскости пленки 9. Пленка 9 предва743815

С, 2ab ра рительно намагничивается сильным магнитным полем, обычно направленным перпендикулярно ее плоскости. При возбуждении в резонаторе 8 с помощью волновода 10 через отверстие связи 11 СВЧ-поля колебания намагниченности возбуждают деформацию в ферромагнитной пленке и в соединяемых элементах распространяются поверхностные акустические волны.

В данном случае связь между электрическими параметрами СВЧ-резонатора и акустическими параметрами магнитострикционного преобразователя определяется выражением где л, — длина поперечных волн в преобразователе;

С. — скорость распространения поперечных волн в пленке;

С вЂ” скорость электромагнитных волн; а, b — соответственно длина и ширина

СВЧ-резонатора.

Настройка резонатора производится изменением одного из размеров а или b.

Коэффициент полезного действия q данного электроакустического преобразователя определяется выражением — 7 с. q

V() (oV где К вЂ” коэффициент магнитомеханической связи пленки;

S — площадь пленки;

Q — добротность СВЧ-резонатора; в — круговая частота;

V — часть об.ьема резонатора, занимаемая пленкой.

Например, при микросварке выводов интегральной схемы с лепестками перфорированной алюминиевой ленты толщиной

30 мкм с помощью волн Рэлея частотой

20 МГц качество микросварных соединений повышается на 30 — 40%, воспроизводимость качества увеличивается в 1,5 раза.

23

При возбуждении волн Рэлея, Лява и

Сезава частотой 100 МГц качество микросварных соединений повышается на 45—

50%, а воспроизводимость качества возрастает в 1,4 раза.

Использование акустических волн Стоили частотой 1 МГц позволяет повысить качество микросварных соединений на 20 — 25% .

Воспроизводимости качества в этом случае увеличивается в 1,2 раза.

Возбуждение электроакустических волн

Гуляева-Блюстей! а производится при распространении в соединяемых элементах поверхностных акустических волн любого типа при условии, что материал хотя бы одного пз соединяемых элементов, например подложки, является пьезоэлектрпком. Использование в качестве подложки арсенпда галлия повышает в среднем качество соединений в 1,2 — "-,0 раза.

Формула изобретения

1. Способ гпперзвуковой мпкросваркп и пайки путем наложения статического давления на соединяемые элементы, о т л и ч аю щ и Й с я тем, что, с целью повышения качества и надежности микросварных соединений, в зоне соединения контактируемых элементов возбуждают поверхностные акустические волны ультра- и гиперзвуковой частоты, длина которых не превышает суммарной толщины соединяемых элементов.

2. Способ по п. 1, отличаю щи и ся тем, что в зоне соединения возбуждают различные сочетания акусаическпх волн Рэлея, Лява, Лэмба, Сезава и Стоплп.

3. Способ по п. 1, отл пч а ю щи йся тем, что в зоне соединений возбуждают электроакустические волны Гуляева-Блюстейна.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 502729, кл. В 23К 19, 00, 1974.

4вцг.,1

Составитель Л. Комарова

Texpeд Л. Куклина

Редактор Н. Суханова

Корректоры: О. Иоанесян и Е. Осипова

Заказ 1018/9 Изд. № 345 Тираж 1160 Подписное

1-!ПО сПопск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Типография, пр. Сапунова, 2