Разработка технологии получения соединений монокристалла кремния с алюминием диффузионной сваркой

• Автор: Булгаков, Владимир Александрович
• Шифр специальности: 05.03.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 113 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 1.1.Особенности конструкции блока чувствительных элементов и технологии их создания

1.2.Современное состояние теории диффузионной сварки

1.3.Диффузионная сварка кремния с металлами

1.4.Патентный поиск по теме

1.5.Цель и задачи работы

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 .Характеристика исходных материалов

2.2,Оборудование диффузионной сварки и приспособления

2.3.Технология подготовки материалов под сварку
2.4.Методика измерения площади физического контакта
2.5.Методика оценки развития объемного взаимодействия
2.6.0птическая и электронная микроскопия
2.7.Методика определения механической прочности на срез
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ФОРМИРОВАНИЯ СВАРНОГО СОЕДИНЕНИЯ МОНОКРИСТАЛЛА КРЕМНИЯ С АЛЮМИНИЕВОЙ ФОЛЬГОЙ ДИФФУЗИОННОЙ СВАРКОЙ
3.1.Исследование кинетических закономерностей формирования физического контакта
3.2.Исследование кинетических закономерностей развития объемного взаимодействия
3.3.Характер взаимодействия монокристалла кремния с алюминиевой
фольгой
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ СОЕДИНЕНИЯ МОНОКРИСТАЛЛА КРЕМНИЯ С АЛЮМИНИЕВОЙ ФОЛЬГОЙ ПРИ СОЗДАНИИ БЛОКОВ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ДАТЧИКОВ АКСЕЛЕРОМЕТРОВ ПРЕЦИЗИОННЫХ ПРИБОРОВ
4.1.Определение оптимальных параметров процесса сварки.
4.2.Диффузионная сварка блока чувствительных элементов АЦ
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
В современном приборостроении наметилась основная тенденция применения кремниевой микромеханики при разработке блока чувствительных элементов датчиков акселерометров и измерительных преобразователей давления и перемещения.
При производстве таких прецизионных изделий одной из актуальных задач является создание надежных соединений чувствительного элемента -маятника из монокристалла кремния - со статорными пластинами из боросиликатного стекла или керамики. Как свидетельствует анализ причин отказа таких приборов, качество блока чувствительных элементов в значительной мере (до 95%) определяется качеством крепления маятника к пластинам. Поскольку эта операция является одной из заключительных в технологической последовательности создания прецизионных приборов, брак при ее выполнении сильно снижает общую экономическую эффективность производства.
Существующие в настоящее время способы крепления монокристалла кремния к неметаллическим материалам - гальваническое и химическое осаждение, вакуумное напыление, сплавление, пайка, склеивание, механическое бандажирование и другие - не удовлетворяют по разным причинам, которые будут рассмотрены ниже, предъявляемым к ним требованиям. Присущие этим технологиям недостатки не позволяют в полной мере использовать высокие упругие и электрофизические свойства полупроводниковых материалов.
Дальнейшее совершенствование методов крепления лежит в области разработки принципиально новых технологических способов создания соединений монокристалла кремния со стеклом или керамикой. Таким способом является технология диффузионной сварки в вакууме, имеющая ряд отличительных особенностей, благодаря которым она может быть

1) температуры — термопарой ХА и потенциометром КСП-4 с градуировкой ХА на 900°С;
2) давления - механическим динамометром ДОСМ-3-1;
3) времени - часами типа 60 ЧП;
4) вакуума - вакуумметром ВИТ-3 и датчиками ПМТ-2 и ПМИ-2.
Точность поддержания технологических параметров составляла:
температуры в диапазоне 400 ± 550°С - ±5 °С; времени ±30с; удельного давления ±0,1 МПа.
§ 2.3. Технология подготовки материалов под сварку.
Для образования прочных химических связей и развития процессов объемного взаимодействия необходимо сблизить атомы соединяемых поверхностей на расстояние порядка атомного радиуса. Но в условиях реальных поверхностей твердого тела на воздухе этому препятствует физически и химически адсорбированные на поверхности слои. Поверхностные атомы вследствие асимметричности кристаллической решетки обладают избытком потенциальной энергии, так называемой поверхностной энергией, имеющей электромагнитную природу, вследствие чего обладают высокой адсорбционной способностью. Поэтому поверхность твердого тела практически всегда покрыта адсорбционными пленками.
Если при термокомпрессионной сварке или ультразвуковой сварке алюминия с монокристаллом кремния, как показано в работах [1, 49, 52], при большой степени объемной деформации алюминиевого проводника оксидная пленка на нем растрескивается, что способствует выносу в зону контакта чистого металла, то в случае диффузионной сварки низко интенсивное силовое воздействие приводит лишь к деформации микрорельефа, что конечно резко уменьшает вынос в зону контакта чистого алюминия. Кроме этого, такой механизм деформации не обеспечивает вытеснения на зоны