CN111036915B - 一种有压纳米颗粒烧结装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种有压纳米颗粒烧结装置，包括施压装置、压力感应装置和加热装置；所述施压装置具有一个能够在压力作用下移动的压力棒，所述压力棒在所述压力作用下挤压所述加热装置内的纳米样品，所述压力感应装置用于检测所述压力棒受到的压力大小，所述加热装置用于加热纳米样品。本发明具有的有益效果：1、本发明中的烧结装置能够提供纳米材料烧结时的恒温恒压环境，从而提升烧结质量，为充分发挥材料性能提供保障。2、本发明中的烧结装置能够实现每份纳米样品烧结时的压力可控目的，做到对每份材料的精确控制。

Description

一种有压纳米颗粒烧结装置
技术领域
本发明属于半导体制作装置技术领域，具体涉及一种有压纳米颗粒烧结装置。
背景技术
第三代半导体材料是近年来迅速发展起来的以GaN、SiC 为代表的新型半导体材料，具有禁带宽度大、击穿电场高、热导率高、电子饱和速率高、以及抗辐射能力强等优点，是固态光源和电力电子、微波射频器件的“核芯”，在半导体照明、新一代移动通信、智能电网、高速轨道交通、新能源汽车、消费类电子等领域有广阔的应用前景，可望成为支撑信息、能源、交通、国防等重点产业发展的重点新材料，正在成为全球半导体产业新的战略高地。其中高密度封装器件中互连材料以及相应工艺的开发是第三代半导体的核心瓶颈技术之一。
随着电子行业的不断发展，碳化硅因其工作温度高，耐压高，传统的封装材料很难满足碳化硅工作的优越性。纳米材料封装时所需温度低而封装后温度急剧升高，能够使碳化硅基板的优越性发挥出来。金属纳米颗粒由于粒径尺寸小，因而具有很高的比表面积；有限的原子数目又会使颗粒表现出量子尺寸效应，电子结构发生显著变化；此外，纳米尺度下，不饱和配位的表面金属原子比例很高，使得纳米颗粒发生严重的表面重构现象，并具有很高的表面能。所以很多学者将目光投向纳米金属材料，纳米材料的烧结需要恒温恒压，针对不同的材料有不同的压力及温度要求，当前的存在的装置难以满足。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种有压纳米颗粒烧结装置，能够为纳米材料烧结提供恒温恒压环境。
为解决现有技术问题，本发明提供了一种有压纳米颗粒烧结装置，包括施压装置、压力感应装置和加热装置；所述施压装置具有一个能够在压力作用下移动的压力棒，所述压力棒在所述压力作用下挤压所述加热装置内的纳米样品，所述压力感应装置用于检测所述压力棒受到的压力大小，所述加热装置用于加热纳米样品。
进一步地，所述施压装置包括气压泵和气筒，所述气筒的数量为多个，所述气筒内滑动设置大活塞，所述大活塞内部设有小活塞腔，所述小活塞腔内由上至下依次设有压力感应装置和小活塞，所述小活塞在所述小活塞腔内滑动以挤压压力感应装置；所述小活塞的底部与对应的压力棒相连，所述气筒具有连接其内部位于所述大活塞上方空间的进气口和出气口，所述进气口连接所述气压泵的出气口，所述气筒的进气口和出气口分别通过阀门控制开闭。
进一步地，所述气筒内设有使所述大活塞具有向上运动趋势的大弹簧，小活塞腔内设有使所述小活塞具有远离压力感应装置趋势的小弹簧。
进一步地，所述大活塞的外圆面设有至少两层密封圈，所述大活塞通过所述密封腔与所述气筒内壁滑动密封连接。
进一步地，所述加热装置包括烘箱，所述烘箱内设有用于加热纳米样品的烧结腔，所述压力棒能够伸入对应的烧结腔内。
进一步地，所述烘箱为真空烘箱或充气氛烘箱。
进一步地，所述烘箱的底板设有与烧结腔一一对应的凹槽。
进一步地，所述压力棒为隔热材料制成的棒状物或设有隔热层的棒状物。
进一步地，所述压力感应装置为压力传感器，所述压力传感器在压力作用下产生压力信号。
进一步地，还包括控制装置，所述控制装置与所述施压装置、压力感应装置和加热装置一一电性相连。
本发明具有的有益效果：
1、本发明中的烧结装置能够提供纳米材料烧结时的恒温恒压环境，从而提升烧结质量，为充分发挥材料性能提供保障。
2、本发明中的烧结装置能够实现每份纳米样品烧结时的压力可控目的，做到对每份材料的精确控制。
3、本发明中的烧结装置采取隔热措施，能够尽可能的减小温度变化对压力的影响，使实际烧结参数更加接近理论要求。
4、本发明中的烧结装置采用气压加压，相对于其它加压方式，不仅更易控制，而且更加安全和清洁。
附图说明
图1为本发明中烧结装置的结构示意图；
图2为图1所示烧结装置中施压装置的结构示意图；
图3为图1所示烧结装置中压力感应装置安装示意图；
图4为图1所示烧结装置中加热装置的底板示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1至4所示，一种有压纳米颗粒烧结装置，包括施压装置、压力感应装置50301和加热装置；施压装置具有一个能够在压力作用下移动的压力棒506，压力棒506在压力作用下挤压加热装置内的纳米样品，压力感应装置50301用于检测压力棒506受到的压力大小，加热装置用于加热纳米样品。
在一个优选实施例中，烧结装置中的施压装置采用气体作为压力传导介质，这样使施压装置结构更简单，成本更低廉，控制更准确，安全性更高并且压力传导介质更清洁易得。具体地，施压装置包括气压泵1和气筒5，气筒5根据样品数量设置相应的数量，本实施例中，样品一共36份，因此气筒5的数量为36个，并且在加热装置上以6×6阵列设置。气筒5内滑动设置大活塞503，大活塞503内部设有小活塞腔，小活塞腔内由上至下依次设有压力感应装置50301和小活塞50302，小活塞50302在小活塞腔内滑动以挤压压力感应装置50301。小活塞50302的底部与对应的压力棒506相连。为了向气筒5内供气从而驱动大活塞503移动实现对样品烧结时的压力控制。气筒5具有连接其内部位于大活塞503上方空间的进气口501和出气口507，进气口501连接气压泵1的出气口，气筒5的进气口501和出气口507分别通过阀门502控制开闭。气压泵1能够对所有气筒5进行单独控制，确保每份样品均能在恒压环境下进行烧结。阀门502由控制装置加以控制，实现气筒5的进气和出气，维持烧结所需的最佳压力环境。
在一个优选实施例中，为了使大活塞503和小活塞50302能够复位，从而满足在压力波动情况下的恒压控制。具体地，气筒5内设有使大活塞503具有向上运动趋势的大弹簧505，优选地，大弹簧505设于大活塞503的下方。小活塞腔内设有使小活塞50302具有远离压力感应装置趋势的小弹簧50303，优选地，小弹簧50303设于小活塞50302的下方。装置未工作时，小活塞50302在小弹簧50303的拉力作用下脱离压力感应装置，从而避免对压力感应装置产生压力作用。
在一个优选实施例中，大活塞503的外圆面设有至少两层密封圈504，大活塞503通过密封腔与气筒5内壁滑动密封连接，从而保障气筒5内的密封环境。
在一个优选实施例中，加热装置包括烘箱3，烘箱3内设有用于加热纳米样品的烧结腔，烧结腔的数量也与样品数量相同，因此本实施例中，烧结腔为36个。压力棒506能够伸入对应的烧结腔内，从而作用于样品材料。
在一个优选实施例中，烘箱3为真空烘箱3或充气氛烘箱3，实现无氧加热的目的。
在一个优选实施例中，烘箱3的底板4设有与烧结腔一一对应的凹槽401。凹槽401中放置烧结所需的样品材料。在烧结时，压力棒506的底部作用于凹槽401中的样品材料上。
在一个优选实施例中，为了削弱温度变化对压力的影响，使实际烧结参数更接近理论要求，同时也避免因为热量传递而对其它对温度敏感的元器件造成影响。因此这就要求烧结腔内的热量应当避免传导至压力棒506上，故压力棒506为隔热材料制成的棒状物或设有隔热层的棒状物。
在一个优选实施例中，压力感应装置50301为压力传感器，压力传感器在压力作用下产生压力信号。
在一个优选实施例中，还包括控制装置，控制装置与施压装置、压力感应装置50301和加热装置一一电性相连。控制装置集成在计算机2中，通过人工操作及自动调节来实现根据压力传感器的数值调节所需的压力参数的目的。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种有压纳米颗粒烧结装置，其特征在于：包括施压装置、压力感应装置和加热装置；所述施压装置具有一个能够在压力作用下移动的压力棒，所述压力棒在所述压力作用下挤压所述加热装置内的纳米样品，所述压力感应装置用于检测所述压力棒受到的压力大小，所述加热装置用于加热纳米样品；
所述施压装置包括气压泵和气筒，所述气筒的数量为多个，所述气筒内滑动设置大活塞，所述大活塞内部设有小活塞腔，所述小活塞腔内由上至下依次设有压力感应装置和小活塞，所述小活塞在所述小活塞腔内滑动以挤压压力感应装置；所述小活塞的底部与对应的压力棒相连，所述气筒具有连接其内部位于所述大活塞上方空间的进气口和出气口，所述进气口连接所述气压泵的出气口，所述气筒的进气口和出气口分别通过阀门控制开闭。
2.根据权利要求1所述的一种有压纳米颗粒烧结装置，其特征在于：所述气筒内设有使所述大活塞具有向上运动趋势的大弹簧，所述小活塞腔内设有使所述小活塞具有远离压力感应装置趋势的小弹簧。
3.根据权利要求1所述的一种有压纳米颗粒烧结装置，其特征在于：所述大活塞的外圆面设有至少两层密封圈，所述大活塞通过所述密封圈与所述气筒内壁滑动密封连接。
4.根据权利要求1所述的一种有压纳米颗粒烧结装置，其特征在于：所述加热装置包括烘箱，所述烘箱内设有用于加热纳米样品的烧结腔，所述压力棒能够伸入对应的烧结腔内。
5.根据权利要求4所述的一种有压纳米颗粒烧结装置，其特征在于：所述烘箱为真空烘箱或充气氛烘箱。
6.根据权利要求4所述的一种有压纳米颗粒烧结装置，其特征在于：所述烘箱的底板设有与烧结腔一一对应的凹槽。
7.根据权利要求1所述的一种有压纳米颗粒烧结装置，其特征在于：所述压力棒为隔热材料制成的棒状物或设有隔热层的棒状物。
8.根据权利要求1所述的一种有压纳米颗粒烧结装置，其特征在于：所述压力感应装置为压力传感器，所述压力传感器在压力作用下产生压力信号。
9.根据权利要求1所述的一种有压纳米颗粒烧结装置，其特征在于：还包括控制装置，所述控制装置与所述施压装置、压力感应装置和加热装置一一电性相连。
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