SU1648910A1

SU1648910A1 - Method for connecting components

Info

Publication number: SU1648910A1
Application number: SU894632384A
Authority: SU
Inventors: Алексей Иванович Лизин; Валентин Романович Соколовский; Владимир Михайлович Стучебников
Priority date: 1989-01-05
Filing date: 1989-01-05
Publication date: 1991-05-15

Abstract

Изобретение относитс к электронике и может быть использовано в технологии сборки и монтажа деталей микроэлектронных датчиков С целью расширени технологических возможностей нанос т по крайней мере на одну из соедин емых поверхностей деталей стеклопорошок, максимальный размер частиц которого не превышает высоту неравностей соедин емых поверхностей деталей, привод т в контакт детали и впаивают в электрическом поле. Соедин емые детали не об зательно должны содержать стекл нные элементы, кроме того, чистота соедин емых деталей может соответствовать Rz 0,7 мкм. in СThe invention relates to electronics and can be used in the technology of assembling and assembling microelectronic sensor parts. In order to expand technological capabilities, a glass powder whose maximum particle size does not exceed the height of the inequalities of the connected surfaces of parts is applied to at least one of the joined surfaces of parts. in contact details and soldered in an electric field. The parts to be connected need not necessarily contain glass elements, in addition, the purity of the parts to be connected may correspond to Rz 0.7 µm. in С

Description

Изобретение относитс к электронике и может быть использовано в технологии сборки и монтаже деталей микроэлектронных датчиков.The invention relates to electronics and can be used in the technology of assembly and installation of microelectronic sensor parts.

Цель изобретени - расширение технологических возможностей.The purpose of the invention is the expansion of technological capabilities.

На шлифованные или полированные соедин емые поверхности деталей нанос т, например, центрифугированием слой стек- лопорошка, а его уплотнение и спекание ведут одновременно с электростатической посадкой, причем максимальный размер стеклочастиц не превышает Rz соедин емых поверхностей.Grinded or polished interconnecting surfaces of parts are applied, for example, by centrifugation, a layer of glass powder, and its compaction and sintering are carried out simultaneously with electrostatic fit, with the maximum size of glass particles not exceeding Rz of the surfaces being joined.

Стекл нна прослойка служит дл непосредственного соединени деталей, процесс соединени начинает осуществл тьс через точечные контакты. Дл увеличени количество контактов соедин емых поверхностей в зазор между поверхност ми помещают стеклочастицы, которые сравнимы по диаметру с величиной Rz, т.е. часть этих частиц попадает между выпуклост ми поверхности и тем самым количество контактов увеличиваетс Кроме того, часть зазора.за- полн етс стеклом, т е. величина воздушного зазора уменьшаетс , что позвол ет увеличить рассто ние между соедин емыми поверхност ми, сохранив услови анодной посадки, одним из которых вл етс определенна величина напр женности электрического пол в воздушном зазоре. Эта величина определ етс подаваемым посто нным напр жением и суммарным рассто нием между частицами порошка Равенство этого рассто ни величине зазора полученного без порошка, но при высоком классе чистоты , вл етс условием, из которого можноThe glass interlayer serves to directly join parts, the process of connection begins through point contacts. To increase the number of contacts of the joining surfaces, glass particles are placed in the gap between the surfaces, which are comparable in diameter with Rz, i.e. some of these particles fall between the surface protuberances and thereby the number of contacts increases. In addition, some of the gap. is filled with glass, i.e. the air gap size decreases, which allows to increase the distance between the surfaces being joined. one of which is the determined value of the intensity of the electric field in the air gap. This value is determined by the applied constant voltage and the total distance between the powder particles. The equality of this distance to the gap size obtained without powder, but with a high purity class, is a condition from which

ОABOUT

NN

00 О00 Oh

рассчитать новое значение Rz (большее, чем в известном способе). Подаваемое посто нное напр жение обеспечивает не только прижим соедин емых поверхностей друг к другу, но и уплотнение порошка, которое интенсифицируетс при повышении температуры . Без совмещени анодной посадки с уплотнением и спеканием прослойки из стеклопорошка не удаетс увеличить количество контактов в соединении и тем самым расширить возможности анодной посадки на более грубые поверхности.calculate the new value of Rz (greater than in the known method). The applied constant voltage provides not only the clamping of the connected surfaces to each other, but also the compaction of the powder, which intensifies with increasing temperature. Without combining anodic fit with compaction and sintering of a layer of glass powder, it is not possible to increase the number of contacts in the joint and thereby expand the possibilities of anodic fit to rougher surfaces.

Возможность достижени положительного эффекта доказываетс следующими расчетом и примерами.The possibility of achieving a positive effect is proved by the following calculation and examples.

Оценим новое значение RZ из услови сохранени величины воздушного зазора (между соедин емыми поверхност ми при расположении между ними стеклопорошка) таким же, как и в известном способе (без стеклопорошка при высоком классе чисто- ты).Let us estimate the new RZ value from the condition of preserving the size of the air gap (between the connected surfaces at the location of the glass powder between them) the same as in the known method (without the glass powder with a high purity grade).

Стеклошарики диаметром D при заполнении зазора располагаютс на среднем рассто нии 0,2 D друг от друга. Если в среднем от поверхности до поверхности помещаетс М шариков (случайной упаковки) то суммарный зазор между ними равен М 0,20 и в свою очередь он должен быть равен KiRzcrap, где Rzcrap - значение высоты неровностей в известном способе, a Ki - коэффициент , значение которого лежит в пределах 1 Ki 2. Величина рассто ни между поверхност ми KiR2HOB составл ет MD + М 0,2D 1,2 MD. Поскольку диаметр стеклочастиц выбран меньше RZHOB, то среднее его значение можно записать в виде D KaRzHoe, где К2 1 (например, ,2, если средний размер стеклошариков приблизительно равен среднему арифметическому отклонению неровностей Ra). Определим количество стеклошариков (совпадающее с количеством слагаемых зазора): МК2 Rzciap 0,2 KiRzcrap.Glass bead diameter D when filling the gap is located at an average distance of 0.2 D from each other. If, on average, M balls (random packing) are placed from the surface to the surface, then the total gap between them is M 0.20 and in turn it should be equal to KiRzcrap, where Rzcrap is the height of irregularities in the known method, and Ki is the coefficient, value which is in the range of 1 Ki 2. The distance between the surfaces of KiR2HOB is MD + M 0.2 D 1.2 MD. Since the diameter of the glass particles is chosen smaller than RZHOB, its average value can be written as D KaRzHoe, where K2 1 (for example,, 2, if the average size of glass beads is approximately equal to the arithmetic average deviation of the irregularities Ra). Determine the number of glass beads (coinciding with the number of components of the gap): MK2 Rzciap 0,2 KiRzcrap.

откуда М 5 -IT-. Подставим это значение в выражение дл нового зазора KiRZHoB 1,25тД Ка R гстар, Откуда .RZHOB 6 R гстарЭта часть расчета показывает, что высота неровностей может быть увеличенной в 6 раз.whence m 5 -it-. We substitute this value into the expression for the new gap KiRZHoB 1.25 tD Ka R gstar, From .RZHOB 6 R gstar This part of the calculation shows that the height of the irregularities can be increased 6 times.

Проверкой можно установить, что, если средний диаметр частиц равен среднему арифметическому отклонению неровностей Ra(D 0,2RZ), то при толщине сло порошка в 10 стеклочастиц суммарный зазор составит такую же величину, как и в известномBy checking it is possible to establish that if the average particle diameter is equal to the arithmetic average deviation of the irregularities Ra (D 0,2 RZ), then with a thickness of the powder layer of 10 glass particles the total gap will be the same as in the known

СПОСОбе (2RzcTap):10 0,2(6НгстаР) 0, 2.METHOD (2RzcTap): 10 0.2 (6NGSTAR) 0, 2.

Возможность увеличени Rz в 6 раз означает , что соедин емые поверхности могут быть более грубыми, их Rz может составл ть 0,6 мкм. Така шероховатость может быть обеспечена достаточно простым процессомThe possibility of increasing Rz by 6 times means that the surfaces to be joined may be rougher, their Rz may be 0.6 µm. Such roughness can be provided by a fairly simple process.

-толстопленочной технологией, т.е. вжига- нием пасты, основой которой вл ютс стеклочастицы субмикронных размеров (с оплавлением этих частиц).- thick film technology, i.e. burning the paste, which is based on glass particles of submicron size (with melting of these particles).

0 Изобретение по сн етс следующими конкретными примерами.0 The invention is illustrated by the following specific examples.

П р и м е р 1. Соединение кремниевого с кремниевым элементом.PRI me R 1. The connection of silicon with silicon element.

Два кремниевых элемента, поверхностьTwo silicon cells, surface

5 которых соответствует R2 0,1-0,2 мкм. покрывают суспензией стеклопорошка методом центрифугировани . Состав порошка, мас.%: оксид кремни (IV) 68,8; оксид бора (III) 25,8; оксид алюмини (III) 1.3; оксид на0 три (I) 2,4; оксид лити (I) 0,5. Дисперсность порошка 50-100 нм. Высушенные при 150°С элементы привод т в соприкосновение и нагревают до 450°С с одновременной подачей напр жени до 800 В, выдерживают его при5 of which corresponds to R2 0.1-0.2 microns. sprinkled with glass powder suspension by centrifuging. Powder composition, wt.%: Silicon oxide (IV) 68.8; boron (III) oxide 25.8; aluminum oxide (III) 1.3; three oxide (I) 2,4; lithium oxide (I) 0.5. The dispersion of the powder is 50-100 nm. The elements dried at 150 ° C are brought into contact and heated to 450 ° C with simultaneous supply of voltage up to 800 V, maintained at

5 достижении 450°С. Измен ют пол рность напр жени на противоположную и выдерживают еще 10 мин. Получают готовое соединение после отжига без подачи напр жени при 250°С в течение 30 мин.5 reaching 450 ° C. The polarity of the voltage is reversed and held for another 10 minutes. The finished compound is obtained after annealing without applying voltage at 250 ° C for 30 minutes.

0П р и м е р 2. Соединение металлического и стекл нного элементов.Composition 2. Connection of metallic and glass elements.

На поверхность металлического элемента (Rz 0,7 мкм) нанос т слой стеклопорошка методом трафаретной печати. СоставA layer of glass powder is applied on the surface of the metal element (Rz 0.7 µm) by screen printing. Composition

5 стеклопорошка, мас.% : оксид кремни (IV) 66,3; оксид бора (III) 20,9; оксид алюмини (II0 3,5; оксид кобальта (II) 0,5; оксид марганца (II) 0,6; оксид кали (I) 5.0; оксид натри (I) 3,0; оксид лити (I) 0,2. Дисперность порош0 ка 50-100 нм. Высушенные при 120°С элементы привод т в соприкосновение и нагревают до 400°С с одновременной подачей напр жени до 1000 В. Выдерживают его при достижении 400°С 5 мин. Получают5 glass powder, wt.%: Silicon oxide (IV) 66,3; boron (III) oxide 20.9; alumina (II0 3.5; cobalt (II) oxide 0.5; manganese (II) oxide 0.6; potassium oxide (I) 5.0; sodium oxide (I) 3.0; lithium oxide (I) 0.2 The dispersion of the powder is 50-100 nm. The elements dried at 120 ° C are brought into contact and heated to 400 ° C with a simultaneous supply of voltage up to 1000 V. They are kept at 400 ° C for 5 minutes.

5 готовое соединение после отжига без подачи напр жени при 220°С в течение 30 мин.5 the finished compound after annealing without applying voltage at 220 ° C for 30 minutes.

П р и м е р 3. Соединение полупроводникового и металлического элементов. НаPRI me R 3. Connection of semiconductor and metal elements. On

0 поверхность полупроводникового элемента методом центрифугировани нанос т слой стеклопорошка. Поверхность полупроводника соответствует Rz 0,2 мкм. Состав стекла мае. %: оксид кремни (IV) 80,5; оксид0 The surface of the semiconductor element is centrifuged and a layer of glass powder is applied. The semiconductor surface corresponds to Rz 0.2 μm. The composition of the glass is May. %: silica (IV) 80.5; oxide

5 бора(Ш) 12,0; оксид алюмини (111)2,0; оксид5 boron (III) 12.0; aluminum oxide (111) 2.0; oxide

кальци (II) 0,5; оксид кали (I) 1,0; оксид натри (I) - 4.0. Дисперсность стеклопорошка 50-200 нм. Этот же порошок нанос т методом трафаретной печати и вжигани при 650°С на поверхность металлическогоcalcium (II) 0.5; potassium oxide (I) 1.0; sodium oxide (I) - 4.0. The dispersion of glass powder 50-200 nm. The same powder is applied by screen printing and firing at 650 ° C on a metallic surface.

элемента, котора соответствует Rz 0,7 мкм. Высушенные при 150°С элементы привод т в соприкосновение и нагревают до 500°С с одновременной подачей напр жени до 400 В. Выдерживают его 15 мин при достижении 500°С. Получают готовое соединение после отжига без подачи напр жени при 250°С в течение 30 мин.element that corresponds to Rz 0.7 microns. Dried elements at 150 ° C are brought into contact and heated to 500 ° C while simultaneously applying voltage to 400 V. They are kept for 15 minutes at 500 ° C. The finished compound is obtained after annealing without applying voltage at 250 ° C for 30 minutes.

Примеры показывают, что различные детали (элементов датчиков) могут быть соединены методом анодной посадки через стеклопорошок. дисперсность которого ограничена значением Rz соедин емых поверхностей, что позвол ет соедин ть более грубые поверхности, соответствующие RZ 0,7 мкм, чем в известном способе соединени поверхностей, соответствующих Rz 0,05-0,1 мкм.The examples show that various parts (sensor elements) can be connected by anodic planting through glass powder. the dispersity of which is limited by the Rz value of the joining surfaces, which allows joining coarser surfaces corresponding to RZ 0.7 µm than in the known method of joining surfaces corresponding to Rz 0.05-0.1 µm.

00

Таким образом предлагаемый способ обладает широкими технологическими возможност ми, а соедин емые элементы не об зательно должны содержать стекл нные элементы, при этом чистота соедин емых поверхностей может соответствовать Rz 0,7 мкм.Thus, the proposed method has wide technological capabilities, and the elements to be connected do not necessarily contain glass elements, and the cleanliness of the surfaces to be joined can correspond to Rz 0.7 µm.

Claims

The invention of the method of joining parts by applying a glass powder to at least one of the joined surfaces of the parts, bringing them into contact and soldering in an electric field, characterized in that, in order to expand technological capabilities, a glass powder is applied, the maximum particle size of which is not exceeds the height of the irregularities of the joined surfaces of the parts.