NL8801638A - Werkwijze voor het aan elkaar bevestigen van twee lichamen. - Google Patents

Werkwijze voor het aan elkaar bevestigen van twee lichamen. Download PDF

Info

Publication number
NL8801638A
NL8801638A NL8801638A NL8801638A NL8801638A NL 8801638 A NL8801638 A NL 8801638A NL 8801638 A NL8801638 A NL 8801638A NL 8801638 A NL8801638 A NL 8801638A NL 8801638 A NL8801638 A NL 8801638A
Authority
NL
Netherlands
Prior art keywords
metal
layers
metals
bodies
polishing
Prior art date
Application number
NL8801638A
Other languages
English (en)
Original Assignee
Philips Nv
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Philips Nv filed Critical Philips Nv
Priority to NL8801638A priority Critical patent/NL8801638A/nl
Priority to US07/368,442 priority patent/US4948029A/en
Priority to DE89201644T priority patent/DE68906089T2/de
Priority to EP89201644A priority patent/EP0349065B1/en
Priority to JP1162814A priority patent/JP2573359B2/ja
Publication of NL8801638A publication Critical patent/NL8801638A/nl

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C45/00Amorphous alloys
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C15/00Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by etching
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C19/00Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by mechanical means
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C27/00Joining pieces of glass to pieces of other inorganic material; Joining glass to glass other than by fusing
    • C03C27/06Joining glass to glass by processes other than fusing
    • C03C27/08Joining glass to glass by processes other than fusing with the aid of intervening metal

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Description

N.V. PHILIPS' GLOEILAMPENFABRIEKEN te EINDHOVEN "Werkwijze voor het aan elkaar bevestigen van twee lichamen." 0e uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het aan elkaar verbinden van twee lichamen, waarbij beide lichamen worden voorzien van een dunne laag, waarna beide dunne lagen door vers-polijsten worden geactiveerd en vervolgens door mechanisch aansprengen (wringing in contact) aan elkaar worden verbonden.
Een dergelijke werkwijze is bekend uit de Europese octrooiaanvrage EP 137537. In de daarin beschreven werkwijze worden bijvoorbeeld glazen optische componenten voorzien van dichroltische lagen, zoals oxiden, sulfiden of fluoriden, welke lagen vervolgens worden vers-gepolijst. Door het vers-polijsten wordt het oppervlak geactiveerd, waardoor na het in contact brengen van de vers-gepolijste oppervlakken deze oppervlakken aansprengen. Hierbij ontstaan tussen beide oppervlakken Van der Waals-bindingen.
Een bezwaar van de bekende werkwijze is dat de hechtkracht tussen de beide oppervlakken voor sommige toepassingen te gering is. De Van der Waals-bindingen zijn relatief zwak en veroorzaken een hechtkracht
O
van ca. 10 N/cm . Deze hechtkracht blijkt te kunnen worden verbeterd door de combinatie na het aansprengen uit te stoken bij een temperatuur van 900-1000°C. Voor veel toepassingen is dit echter bezwaarlijk.
De uitvinding beoogt ondermeer een werkwijze te verschaffen zoals in de aanhef is beschreven waarbij de hechtkracht sterk is vergroot en een temperatuurbehandeling van maximaal 480°C nodig is.
Aan deze opgave wordt volgens de uitvinding voldaan door een werkwijze zoals in de aanhef is beschreven, welke werkwijze verder is gekenmerkt doordat de dunne lagen metaallagen zijn uit onderling van elkaar verschillende metalen, waarbij de lagen na het aansprengen aan een behandeling van verhoogde temperatuur worden onderworpen en de metalen een amorfe legering vormen. Metalen die bij relatief lage temperatuur tot een amorfe legering gecombineerd kunnen worden, hebben >een negatieve mengwarmte (d.w.z. er komt warmte vrij). De betreffende metaalatomen verschillen sterk in grootte, zodat de kleine metaalatomen het rooster van de grote metaalatomen indiffunderen. Met dergelijke beweeglijke atomen kan een amorfe legering gemakkelijk vervormen, zodat spanningen, die bij het verbinden van twee materialen die sterk in uitzettingscoëfficiënt verschillen kunnen optreden, worden opgevangen. De verbinding wordt tot stand gebracht door de twee lagen, waarvan de ene het immobiele (grote) metaalatoom en de andere het mobiele (kleine) metaalatoom bevat te laten aansprengen. Het effectieve contactoppervlak, veroorzaakt door Van der Waals-krachten, is voldoende om de diffusie bij relatief lage temperatuur te doen plaatsvinden, mits de menging inderdaad leidt tot verlaging van de vrije energie. De materialen van de te verbinden lichamen kunnen isolatoren, geleiders of halfgeleiders zijn. Afhankelijk van het materiaal van de te verbinden lichamen kunnen de dunne metaallagen op de gebruikelijke wijzen worden aangebracht, zoals door middel van opdampen of sputteren, hetzij galvanisch of electroless. Tevoren worden de te verbinden oppervlakken van de beide lichamen met behulp van een bulkafnemende polijstbehandeling (mirror polishing) vlak en glad gemaakt. Bij een dergelijke polijstbehandeling wordt tenminste 10 pm materiaal weggenomen. Het vers- polijsten van de aangebrachte dunne metaallagen geschiedt bijvoorbeeld met een suspensie van Si02-deeltjes (diameter bijvoorbeeld 30 nm) in een NaOH-oplossing (pH tussen 10 en 11). Het polijsten vindt plaats door zowel chemische als mechanische werking van de polijstsuspensie. Daarbij wordt nagenoeg geen materiaal weggenomen, maar het oppervlak wordt wel bindingsgeactiveerd, Nadat de te verbinden oppervlakken grondig zijn gereinigd, vindt het aansprengen plaats bij kamertemperatuur onder atmosferische omstandigheden. De hierna volgende temperatuurbehandeling vindt eveneens plaats onder atmosferische omstandigheden. Door deze . . . . o werkwijze ontstaat een hechtkracht van minimaal 3500 N/cm .
Een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding is daardoor gekenmerkt dat het ene metaal gekozen wordt uit de groep gevormd door groep IV B (Ti, Zr en Hf) van het Periodiek Systeem en het andere metaal gekozen wordt uit de groep gevormd door de overgangsmetalen uit de groepen V B, VI B, VII B, VIII en I B, in het bijzonder die uit de 3d-reeks. uit twee metalen kan een amorfe legering ontstaan wanneer de atomaire volumina van de metaalatomen onderling sterk in grootte verschillen, waarbij het kleinste atoom in de matrix van de grote atomen diffundeert. Een dergelijk verschijnsel blijkt op te treden wanneer de verhouding van de atomaire volumina van de beide metalen ca. 2 of meer bedraagt. Een praktisch voorbeeld is de combinatie Zr-Cr, waarbij Zr (een element uit groep IV B) een atomair volume heeft van 14,0 cm3/mol en Cr (een element uit groep VI B) een atomair volume heeft van 7,3 q tam /mol. De verhouding van de atomaire volumina bedraagt hierbij 1,9.
Een andere uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding is daardoor gekenmerkt dat het ene metaal een zeldzame aardmetaal en het andere metaal een overgangsmetaal is. De zeldzame aardmetalen worden gekenmerkt door grote atomaire volumina, in tegenstelling tot de atomaire volumina van de overgangsmetalen. Een praktisch voorbeeld is de combinatie La-Au, waarbij Ia een atomair volume q heeft van 22,5 cm-/mol en Au een atomair volume heeft van 10,2 q cm /mol. De verhouding van de atomaire volumina bedraagt hierbij 2,2.
Voor sommige metalen die onvoldoende hechten op het gekozen substraat kan het noodzakelijk zijn een dunne hechtlaag aan te brengen tussen substraat en de metaallaag. Zeer geschikt is hiervoor een Cr-laag van maximaal 20 nm dik.
Een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding is daardoor gekenmerkt, dat metaallagen met een dikte van ca. 50 nm worden aangebracht. Deze dikte is voldoende om de amorfe legering te kunnen vormen en de binding tot stand te brengen. Bij het daaropvolgend vers-polijsten vindt een dikte-afname plaats van circa 10 nm.
Een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding is daardoor gekenmerkt dat de temperatuurbehandeling bij ten hoogste 480°C plaatsvindt. De temperatuurbehandeling dient plaats te vinden beneden de kristallisatie-temperatuur van de gevormde legering. Het vormen van intermetallische verbindingen dient voorkomen te worden vanwege het brosse karakter ervan. Vaak zal bij een temperatuur van 100°C reeds een amorfe legering gevormd worden. Een dergelijke werkwijze kan met voordeel worden toegepast bij het verbinden van siliciumplakken, waarop zich Ï.C.'s bevinden, met een ander substraat. Dergelijke I.C.'s verdragen slecht hogere temperaturen dan circa 480°C vanwëge de aanwezige aluminium geleiders.
De uitvinding wordt toegelicht aan de hand van de volgende uitvoeringsvoorbeelden.
Hitvoer ingsvoorbeeld 1
Twee substraten van kwartsglas met een diameter van 30 mm en een dikte van 3 mm worden vlak en glad gemaakt door middel van een bulkafnemende polijstbehandeling. Hierbij wordt circa 10 pm materiaal weggenomen. Na reiniging en drogen van de substraten op de gebruikelijke wijze wordt een substraat door middel van sputteren voorzien van een 50 nm dikke zirkoonlaag. Het andere substraat wordt door middel van sputteren voorzien van een 50 nm dikke chroomlaag. Vervolgens worden beide metaallagen vers-gepolijst met behulp van Syton polijstmiddel.
Syton is een handelsmerk van Monsanto en bevat een suspensie van Si02-deeltjes met bijvoorbeeld een gemiddelde diameter van 30 nm in een NaOH-oplossing. Bij deze vers-polijst stap wordt circa 10 nm van de metaallaag weggenomen. Hierna worden de te verbinden oppervlakken als volgt gereinigd: - 10 minuten in een ultrasoon bad van 1,1,1-trichloorethaan - 10 minuten in een ultrasoon bad van "super quality" water "Super quality" water staat ook bekend als Electronic Grade Ultra Pure Water (klasse E-I) in een voorgestelde ASTM-norm. Bijzondere kenmerken van dit water zijn o.a. een elektrische weerstand > 18 MQcm; maximaal 2 deeltjes > 1 pm per ml; een metaalionen-concentratie < 1 ppb en max. 1 micro-organisme per ml.
- 15 minuten in een mengsel van 3 volumedelen 96% H2SO4 en 1 volumedeel 30% H202 bij 100°C
- 10 minuten in een mengsel van 1 volumedeel 25% ammonia en 1 volumedeel 30% H202 bij 48°C
- 1 minuut in 1% HF
- 15 minuten in 100% HN03 - 15 minuten in 65% HNO3 bij 70°C.
Tussen deze reinigingsstappen worden de oppervlakken gespoeld in "super quality" water. Vervolgens worden de gereinigde oppervlakken gedurende 1,5 minuut zacht-gepolijst met slechts "super quality" water als medium. Tenslotte worden de oppervlakken gedroogd met behulp van spinnen.
Zo snel mogelijk worden de beide gepolijste oppervlakken aangesprengd, dat wil zeggen verbonden door middel van Van der Waals-krachten. Deze binding wordt geïntensiveerd door interdiffusie van beide metalen door middel van een temperatuurbehandeling van 380°G gedurende een half uur in lucht. Na afkoeling wordt de heehtkracht tussen de kwartsglazen substraten bepaald. Daartoe worden twee stalen stiften in de centra van beide niet-gemetalliseerde oppervlakken van de substraten gelijmd, zodanig dat de hartlijnen van de stiften samenvallen. Als lijm wordt een twee-componenten epoxylijm gebruikt, waarvan bekend is dat deze een treksterkte heeft van 3500 N/cm. De substraten met de stiften worden in een trekbank geklemd en vervolgens op trek belast. De breuk blijkt plaats te vinden in de lijmlaag, waaruit volgt dat de hechtkracht tussen de beide metaallagen groter is dan 3500 N/cm2.
Uitvoeringsvoorbeeld 2:
Uitvoeringsvoorbeeld 1 wordt herhaald, echter nu wordt het ene substraat voorzien van een 50 nm dikke lanthaanlaag en het andere substraat van een 50 nm dikke goudlaag. Ook in dit geval blijkt bij de trekproef de breuk in de lijmlaag op te treden, waaruit volgt dat de
O
hechtkracht tussen de beide metaallagen groter xs dan 3500 N/cm.
Verqeliikinqsvoorbeeid:
Uitvoeringsvoorbeeld 1 wordt herhaald, echter er vindt na het aansprengen geen temperatuurbehandeling bij 380°C plaats. Bij de trekproef vindt een lossing plaats op het grensvlak van de beide metaallagen bij een waarde van circa 10 N/cm2.

Claims (5)

1. Werkwijze voor het aan elkaar verbinden van twee lichamen, waarbij beide lichamen worden voorzien van een dunne laag, waarna beide dunne lagen door vers-polijsten worden geactiveerd en vervolgens door mechanisch aansprengen aan elkaar worden verbonden, met het kenmerk, dat de dunne lagen metaallagen zijn uit onderling van elkaar verschillende metalen, waarbij de lagen na het aansprengen aan een behandeling van verhoogde temperatuur worden onderworpen en de metalen een amorfe legering vormen.
2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het ene metaal gekozen wordt uit de groep gevormd door groep IV B (Ti, Zr en Hf) en het andere metaal gekozen wordt uit de groep gevormd door de overgangsmetalen uit de groepen V B, VI B, VII B, VIII en I B van het Periodiek Systeem.
3. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het ene metaal een zeldzame aardmetaal en het andere metaal een overgangsmetaal is.
4. Werkwijze volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat metaallaagen met een dikte van circa 50 nm worden aangebracht.
5. Werkwijze volgens conclusie 1, 2, 3 of 4, met hét kenmerk, dat de temperatuurbehandeling bij ten hoogste 480° C plaatsvindt.
NL8801638A 1988-06-28 1988-06-28 Werkwijze voor het aan elkaar bevestigen van twee lichamen. NL8801638A (nl)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL8801638A NL8801638A (nl) 1988-06-28 1988-06-28 Werkwijze voor het aan elkaar bevestigen van twee lichamen.
US07/368,442 US4948029A (en) 1988-06-28 1989-06-19 Method of bonding two bodies
DE89201644T DE68906089T2 (de) 1988-06-28 1989-06-22 Verfahren zum aneinander Befestigen zweier Körper.
EP89201644A EP0349065B1 (en) 1988-06-28 1989-06-22 Method of bonding two bodies
JP1162814A JP2573359B2 (ja) 1988-06-28 1989-06-27 2つの物体の結合方法

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL8801638A NL8801638A (nl) 1988-06-28 1988-06-28 Werkwijze voor het aan elkaar bevestigen van twee lichamen.
NL8801638 1988-06-28

Publications (1)

Publication Number Publication Date
NL8801638A true NL8801638A (nl) 1990-01-16

Family

ID=19852537

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NL8801638A NL8801638A (nl) 1988-06-28 1988-06-28 Werkwijze voor het aan elkaar bevestigen van twee lichamen.

Country Status (5)

Country Link
US (1) US4948029A (nl)
EP (1) EP0349065B1 (nl)
JP (1) JP2573359B2 (nl)
DE (1) DE68906089T2 (nl)
NL (1) NL8801638A (nl)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL9200515A (nl) * 1992-03-20 1993-10-18 Philips Nv Elektrische machine, werkwijze voor het aan elkaar bevestigen van een zacht-magnetisch lichaam en een hard-magnetisch lichaam en werkwijze voor het aan elkaar bevestigen van twee hard-magnetische lichamen.
US5735446A (en) * 1995-07-05 1998-04-07 Ford Global Technologies, Inc. Friction welding non-metallics to metallics
US5879206A (en) * 1997-11-05 1999-03-09 Ford Global Technologies, Inc. Terminal connector capable of attachment to a metallic surface
US6019272A (en) * 1997-11-12 2000-02-01 Ford Global Technologies, Inc. Method for attaching a terminal connector to a metallic surface
US6036081A (en) * 1997-12-24 2000-03-14 Wyman Gordon Fabrication of metallic articles using precursor sheets
US20080308610A1 (en) * 2007-06-15 2008-12-18 United Technologies Corporation Hollow structures formed with friction stir welding
SG186759A1 (en) * 2012-01-23 2013-02-28 Ev Group E Thallner Gmbh Method and device for permanent bonding of wafers, as well as cutting tool

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2246506A1 (en) * 1973-10-09 1975-05-02 Podvigalkina Galina Joining of silicate glass lenses - by formation of silicate film on lens surface(s) then sintering together by IR radiation
DE2742921C2 (de) * 1977-09-23 1985-07-11 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Verfahren zum mittelbaren Verbinden zweier Teile durch Verschweißung zweier Metallauflagen
DE2742922C2 (de) * 1977-09-23 1984-03-08 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Verfahren zum mittelbaren Verbinden zweier Teile
US4452389A (en) * 1982-04-05 1984-06-05 The Bendix Corporation Method for welding with the help of ion implantation
US4564396A (en) * 1983-01-31 1986-01-14 California Institute Of Technology Formation of amorphous materials
NL8303109A (nl) * 1983-09-08 1985-04-01 Philips Nv Werkwijze voor het aan elkaar bevestigen van twee delen.
US4568014A (en) * 1983-09-29 1986-02-04 The United States Of America As Represented By The Secretary Of Interior Bonding of metallic glass to crystalline metal
US4640816A (en) * 1984-08-31 1987-02-03 California Institute Of Technology Metastable alloy materials produced by solid state reaction of compacted, mechanically deformed mixtures
JPS649465A (en) * 1987-07-02 1989-01-12 Ricoh Kk Triboelectrifying member

Also Published As

Publication number Publication date
DE68906089D1 (de) 1993-05-27
EP0349065A1 (en) 1990-01-03
JPH0252181A (ja) 1990-02-21
DE68906089T2 (de) 1993-10-21
US4948029A (en) 1990-08-14
JP2573359B2 (ja) 1997-01-22
EP0349065B1 (en) 1993-04-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Suga Room-temperature bonding on metals and ceramics
EP0786801B1 (fr) Procédé de transfert d&#39;une couche mince d&#39;un substrat initial sur un substrat final
US5427638A (en) Low temperature reaction bonding
US4257156A (en) Method for thermo-compression diffusion bonding each side of a substrateless semiconductor device wafer to respective structured copper strain buffers
US4247034A (en) Method of indirectly connecting two parts
US20060258054A1 (en) Method for producing free-standing carbon nanotube thermal pads
NL8801638A (nl) Werkwijze voor het aan elkaar bevestigen van twee lichamen.
JP2003523627A (ja) 低温結合方法および結合構成物
JPH0828317B2 (ja) 直接基板結合方法
US20070036496A1 (en) Bonding methods and optical assemblies
JPH025541A (ja) ボンディングツールの製造方法
US4096983A (en) Bonding copper leads to gold film coatings on alumina ceramic substrate
JPS60235773A (ja) セラミツクス体の結合方法
US5407506A (en) Reaction bonding through activation by ion bombardment
JP3124508B2 (ja) 窒化物表面の改質方法及びその方法により表面改質された窒化物
JPH0788963A (ja) 第1物体の第2物体への結合方法
US3703306A (en) Method of hermetically sealing silicon to a low expansion alloy
JPH0699317A (ja) 接合方法
JP2738063B2 (ja) 接合シリコン基板の製造方法
US6119921A (en) Bonding of aluminum oxide components to silicon substrates
JPH0413101A (ja) シンクロトロン放射光用反射ミラー
JPH04216649A (ja) 内部および吸着表面が多孔状である真空吸着器及びその製造方法
Xu et al. New Au-Al interconnect technology and its reliability by surface activated bonding
Suga Low temperature interconnect technology using surface activated bonding (SAB) method
JP3930566B2 (ja) 超塑性中間層を用いたチタン部材の接合方法

Legal Events

Date Code Title Description
A1B A search report has been drawn up
BV The patent application has lapsed