SU743815A1 - Method of hypersonic microwelding and soldering - Google Patents
Method of hypersonic microwelding and soldering Download PDFInfo
- Publication number
- SU743815A1 SU743815A1 SU762340510A SU2340510A SU743815A1 SU 743815 A1 SU743815 A1 SU 743815A1 SU 762340510 A SU762340510 A SU 762340510A SU 2340510 A SU2340510 A SU 2340510A SU 743815 A1 SU743815 A1 SU 743815A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- waves
- hypersonic
- micro
- zone
- acoustic waves
- Prior art date
Links
Landscapes
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
- Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)
Description
1one
Изобретение относитс к электронной технике и может быть использовано при конструировании высокопроизводительных и эффективных электроакустических устройств дл микросварки и пайки, например при сборке полупроводниковых приборов и интегральных схем.The invention relates to electronic engineering and can be used in the design of high-performance and efficient electro-acoustic devices for micro-welding and soldering, for example when assembling semiconductor devices and integrated circuits.
Известен способ гиперзвуковой сварки и пайки путем наложени статического давлени на соедин емые элементы 1.The known method of hypersonic welding and soldering by imposing static pressure on the connected elements 1.
Однако возбуждение волн Лэмба на подложке с условием соблюдени местоположени пучности сто чей волны в середине зоны сварки св зано с определенными трудност ми , так как дл этого необходимо выполнение услови , где К - 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 возбуждени акустических волн дл микросварки обладает существенным недостатком: процесс соединени элементов при микросварке приводит к нарушению резонансного режима. При этом измен ютс параметры процесса микросварки, что ведет к снижению стабильности процесса и снижению качества микросварных соединений.However, the excitation of Lamb waves on the substrate with the condition of observing the location of the antinode of the standing wave in the middle of the welding zone is associated with certain difficulties, since this requires the condition where K is the Lamb wavelength in the substrate, d is the thickness of the substrate. This condition is especially difficult to handle when working in the range of hypersonic frequencies, where the wavelength is small. In addition, the resonant method of excitation of acoustic waves for micro-welding has a significant drawback: the process of connecting elements during micro-welding leads to a disturbance of the resonant mode. At the same time, the parameters of the micro-welding process change, which leads to a decrease in process stability and a decrease in the quality of the micro-welded joints.
Цель изобретени - повышение качества и надежности микросварных соединений.The purpose of the invention is to improve the quality and reliability of micro-welded joints.
Поставленна цель достигаетс тем, что в зоне соединени коптактнруемых элементов возбуждают поверхностные акустические волны ультра- и гинерзвуковой частоты , длина которых не превышает суммарной толщины соедин емых элементов. Дл повышени качества микросварных соединений в зоне соединени возбуладают различные сочетани акустических волн Рэле , Лэмба, Л ва, Сезава и Стонли или электроакустические волны Гул ева-Блюстейна .This goal is achieved by the fact that, in the zone of the connection of the coptable elements, surface acoustic waves of ultrasonic and gyrosonic frequencies are excited, the length of which does not exceed the total thickness of the connected elements. In order to improve the quality of the micro-welded joints, various combinations of the Relé, Lamb, La Wa, Sesava and Stonley acoustic waves or the Gouluba-Blustein electroacoustic waves are excited in the joint zone.
15 На фиг. 1 показана схема, иллюстрирующа предлагаемый способ, с пьезоэлектрическим кристаллом; на фиг. 2 - то же, с СВЧ-резонатором. Схемы содержат вывод 1, подложку 2,15 In FIG. 1 is a diagram illustrating the proposed method with a piezoelectric crystal; in fig. 2 - the same, with a microwave resonator. The diagrams contain pin 1, substrate 2,
20 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 св зи.20 aluminum film 3, piezoelectric crystal 4, piezoelectric film 5, metal electrodes 6, generator 7, microwave resonator 8, ferromagnetic film 9, waveguide 10 and communication hole 11.
25 Возбуждение поверхностных акустических волн гиперзвуковых частот в зоне присоединени вывода 1, наиример, к алюминиевой пленке 3 на подложке 2 нроисходит с помощью пьезоэлектрического эпитаксн30 ального преобразовател , представл ющего25 The excitation of surface acoustic waves of hypersonic frequencies in the zone of attachment of pin 1, naimer, to aluminum film 3 on substrate 2, is produced using a piezoelectric epitaxial transducer, representing
собой тонкий слой пьезоэлектрического кристаллического вещества с большим сопротивлением , образованный на провод щей подложке 2. Упптакснальным преобразователем может быть преобразователь в виде единого монокристалла провод щего сульфида кадми с образованной на нем пленкой сульфида кадми с большим сопротивлением . 1У1еталлические электроды b служат дл подведени к преобразователю возбуждающего электрического напр жени с выхода генератора /. При подведении электрических колебаний гииерзвуковои частоты к преобразователю основна часть падени напр жени приходитс на пленку b с высоким сопротивлением. Механическое напр жение, пропорциопальное напр женности электрического пол , будет максимальным внутри пленки 5. 1аким образом, пленка b будет возбуждать акустические волны. Выполн ее достаточно тонкой (несколько микрон) и возбужда на резонансной моде сдвиговых колебаний, получают в зоне соединени вывода i и подложки 2 поверхностные акустические волны гиперзвуковои частоты.is a thin layer of a piezoelectric crystalline substance with high resistance, formed on conductive substrate 2. The upptax converter can be a converter in the form of a single single crystal of conducting cadmium sulfide with a high-resistance cadmium sulfide film formed on it. 1U1 metal electrodes b are used to connect the excitation electric voltage from the generator output to the transducer. When electrical oscillations of a hypersonic frequency are applied to the transducer, the main part of the voltage drop occurs on the film b with high resistance. The mechanical stress, proportional to the intensity of the electric field, will be maximum inside the film 5. Thus, the film b will excite acoustic waves. Performing it fairly thin (several microns) and exciting the shear-wave resonant mode, surface waves of hypersonic frequency are obtained in the zone where the output i connects to the substrate 2.
Рассмотренный преобразователь вл етс достаточно широкополосным и используетс при возоуждении поверхностных акустических волн шумового спектра частот.The considered transducer is rather wideband and is used in imitation of surface acoustic waves of the noise frequency spectrum.
Возможны следующие сочетани типов поверхностных акустических волн в соедин емых элементах.The following combinations of types of surface acoustic waves in connected elements are possible.
Волны Рэле , Лэмба и их сочетание в обоих соедин емых элементах или в одном из них. Данный случай возможен тогда, когда взаимное перекрытие элемептов соизмеримо с длиной волны. Волны Рэле и JiSMOa будут распростран тьс также в той части соедин емых элементов, где данные элементы не перекрываютс друг другом. iipH возоуждении воли Рэле в элементе длина волны должиа быть много меньше толщины данного элемента, последний рассматривают при этом как полуоесконечиое твердое тело. При возбуждении волн Лэмба длина волны должна быть соизмерилмой с ТОЛЩИНОЙ элемента, в данном случае соедин емый элемент можно рассматривать как пластипку.The waves of Rele, Lamb and their combination in both connected elements or in one of them. This case is possible when the mutual overlapping of the elements is comparable with the wavelength. The Rayle and JiSMOa waves will also propagate in that part of the connected elements where these elements do not overlap with each other. By ipH honoring the will of Rayle in the element, the wavelength should be much less than the thickness of this element, the latter being considered as a semi-infinite solid. When Lamb waves are excited, the wavelength should be commensurate with the THICKNESS of the element, in this case, the connected element can be considered as a plastic.
Сочетание волн Рэле , Лэмба, Л ва и Сезава в зоне соединени . Данный случай возможен тогда, когда толщина вывода соизмерима с длиной волн, а толщина подложки и взаимное перекрытие вывода с подложкой много больше длины волн. Соедин емые элементы при этом можно рассматривать как слоистую среду, в которой могут распростран тьс волны, подобные волнам 1 ва, а также волнам Лэмба. Волны симметричного типа аналогичны в данном случае волнам Рэле , а волны антисимметричного типа вл ютс волнами Сезава ,The combination of the waves of Rele, Lamb, Lwa and Sesava in the junction zone. This case is possible when the output thickness is commensurate with the wavelength, and the thickness of the substrate and the mutual overlap of the output with the substrate are much greater than the wavelength. In this case, the elements to be joined can be considered as a layered medium in which waves similar to waves 1 W, as well as Lamb waves can propagate. The waves of the symmetric type are similar in this case to the Rayle waves, and the waves of the antisymmetric type are the Sesawa waves,
Возбуждение волн Стонли в зоне соединени . Данный случай возможен тогда, когда толщины соедин емых элементов и ИХ взаимное перекрытие по зоне контактаThe excitation of stonley waves in the junction zone. This case is possible when the thickness of the connected elements and their mutual overlap along the contact zone
много больше длины волны.much longer wavelength.
Электроакустические волны Гул еваБлюстейна в зоне соединени . Данный случай возможен тогда, когда материал хот бы одного из соедин емых элементов, иапример подложки, вл етс пьезоэлектрическим .Electroacoustic Gul Bubblestone waves in the junction zone. This case is possible when the material of at least one of the connected elements, and, for example, a substrate, is piezoelectric.
Преимущества поверхностных акустических волн гиперзвуковых частот заключаютс в том, что они интенсивно иоглощаютс материалом вывода и подложки, иоглощение гйперзвуковых поверхностных волн в металлическом, например алюминиевом, выводе происходит вследствие сильною рассе ни на границах кристаллитов. ИаThe advantages of surface acoustic waves of hypersonic frequencies are that they are intensively absorbed by the output and substrate material, and the absorption of hypersonic surface waves in metal, for example aluminum, occurs due to strong scattering at the boundaries of the crystallites. Oh
каждой границе кристаллита нроисходит отражение и преломление акустических волн, что обусловлено анизотропией материала . Кроме того, поверхностные волны гиперзвуковых частот сильпо поглощаютс At each boundary of the crystallite, reflection and refraction of acoustic waves occur, which is caused by the anisotropy of the material. In addition, the surface waves of hypersonic frequencies are strongly absorbed
тепловыми фопонами криста.члической решетки . Энерги поверхностных волн в данном случае расходуетс на активацию тонкого поверхностного сло соедин емых элементов и интенсифицирует процесс дйффузий без значительной внешней деформации соедин емых пзделйй.thermal phonons of the crista. lattice. The energy of the surface waves in this case is spent on the activation of a thin surface layer of the joining elements and intensifies the process of diffusion without significant external deformation of the jointed parts.
Возбуждение поверхностных акустических волн гиперзвуковых частот возможно также с помощью других типов пьезоэлектрических преобразователей на высокоомных сло х, например с диффузионным или обедненным слоем. В шумовом спектре частот особенно эффективно использование электроакустического преобразовател наThe excitation of surface acoustic waves of hypersonic frequencies is also possible with the help of other types of piezoelectric transducers on high-resistance layers, for example, with a diffusion or depleted layer. In the noise frequency spectrum, the use of an electroacoustic converter on
диффузионном слое CdS с расширенной полосой частот. Высокоомный диффузионный слой данного преобразовател образуетс путем напылени меди в вакууме па пластипку CdS, нагретую до нескольких сотенCdS diffusion layer with extended frequency band. The high resistance diffusion layer of this converter is formed by sputtering copper in vacuum on a CdS plastichku heated to several hundred
градусов.degrees
Можно использовать дл возбуждени гиперзвуковых поверхностных волн также СЬЧ-резонаторы с помещенными в пучности их электрического или магнитного пол тонкими пьезоэлектрическими или магнитострикдйонными иленками. Возбуждение поверхностных акустических волн гиперзвуковых частот можно осуществл ть с помощью пр моугольного СВЧ-резонатора 8, используемого совместно с топкопленочным ферромагнитным преобразователем. В данном случае ферромагнитна пленка 5, совершающа сдвиговые колебани и возбуждающа поверхностные акустические волны гиперзвуковой частоты в зоне соединени вывода 1 с подложкой 2, помещаетс на боковой стенке пр моугольного резонатора 8, т. е. в пучности магнитного нол резонатора . Магнитное поле при этом ориентировано в плоскости пленки 9. Пленка 9 предварительно намагничиваетс сильным магнитным полем, обычно направленным нерпендикул рно ее плоскости. При возбуждении в резонаторе 8 с помощью волновода 10 через отверстие св зи 11 СВЧ-пол колебани намагниченности возбуждают деформацию в ферромагнитной пленке и в соедин емых элементах распростран ютс новерхностные акустические волны.SNCH resonators with thin piezoelectric or magnetostricded diodes placed at the antinodes of their electric or magnetic field can also be used to excite hypersonic surface waves. The excitation of surface acoustic waves of hypersonic frequencies can be carried out using a rectangular microwave resonator 8 used in conjunction with a topfilm ferromagnetic transducer. In this case, a ferromagnetic film 5, which performs shear oscillations and excites surface acoustic waves of hypersonic frequency in the zone of connection of pin 1 with substrate 2, is placed on the side wall of the rectangular resonator 8, i.e. in the antinodes of the magnetic zero of the resonator. In this case, the magnetic field is oriented in the plane of the film 9. The film 9 is preliminarily magnetized by a strong magnetic field, usually directed perpendicular to its plane. When excited in the resonator 8 by means of the waveguide 10 through the communication hole 11 of the microwave field, oscillations of the magnetization excite deformation in the ferromagnetic film and surface acoustic waves propagate in the connected elements.
В данном случае св зь между электрическими параметрами СВЧ-резонатора и акустическими параметрами магнитострикциониого преобразовател определ етс выражениемIn this case, the relationship between the electrical parameters of the microwave resonator and the acoustic parameters of the magnetostriction transducer is determined by the expression
2а62a6
С.WITH.
} а2 h a2 h
где AS - длина поперечных волн в преобразователе;where AS is the length of the transverse waves in the transducer;
Cs - скорость распространени поперечных волн в пленке;Cs is the speed of propagation of transverse waves in the film;
С - скорость электромагнитных воЛн;C is the speed of electromagnetic waves;
а, Ъ - соответственно длина и ширина СВЧ-резонатора.a, b are the length and width of the microwave resonator, respectively.
Настройка резонатора производилс изменением одного из размеров а или Ь.The resonator was tuned by changing one of the dimensions a or b.
Коэффициент полезного действи i данного электроакустического преобразовател определ етс выражениемThe efficiency factor i of this electroacoustic converter is determined by the expression
S-C,-QS-C, -Q
КTO
где К, - коэффициент магнитомеханической св зи пленки;where K, is the magnetomechanical bond coefficient of the film;
5 - нлощадь пленки;5 - square film;
Q - добротность СВЧ-резонатора;Q is the Q-factor of the microwave resonator;
со - кругова частота;ω is the circular frequency;
V - часть объема резонатора, занимаема пленкой.V - part of the cavity volume occupied by the film.
Например, при микросварке выводов интегральной схемы с лепестками нерфорированной алюминиевой ленты толщиной 30 мкм с помощью волн Рэле частотой 20 МГц качество микросварных соедннепий повыщаетс на 30-40%,воспроизводимость качества увеличиваетс в 1,5 раза.For example, when micro-welding the leads of an integrated circuit with petals of a non-perforated aluminum tape with a thickness of 30 µm using 20 MHz Rele waves, the quality of micro-welded compounds increases by 30-40%, the reproducibility of quality increases 1.5 times.
При возбуждении волн Рэле , Л ва и Сезава частотой 100 МГц качество мнкросварных соединений новышаетс на 45- 50%, а воснронзводимость качества возрастает в 1,4 раза.With the excitation of the Rele, LVA, and Sesawa waves with a frequency of 100 MHz, the quality of the welded joints is increased by 45-50%, and the reproducibility of the quality increases 1.4 times.
Использование акустических волн Стоили частотой 1 М.Гц позвол ет повысить качество микросварных соеднненнй на 20-25%. Воснронзводнмость качества в этом случаеThe use of acoustic waves with a frequency of 1 MHz allows to improve the quality of micro-welded compounds by 20-25%. The quality of the quality in this case
увеличиваетс в 1,2 раза.increases by 1.2 times.
Возбуждение электроакустических волн Гул ева-Блюстеппа производитс при распространении в соедин емых элементах поверхностных акустических волн любого типа при условии, что материал хот бы одного нз соедин емых элементов, нанример нодложки, вл етс пьезоэлектриком. Исиользованне 1з качестве подложки арсеннда галли повышает в среднем качество соедипенни в 1,2-2,0 раза.The electroacoustic waves of the Gulva-Blusteppa are excited when they propagate surface-type waves of any type in connected elements, provided that at least one material of the connected elements, such as a nodlozhki, is a piezoelectric. Using the quality of a substrate as an arsennd of galli, on average, increases the quality of the compound by a factor of 1.2–2.0.
Форм у л а н 3 о б р е т е н н Form u lann 3 obretenn
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU762340510A SU743815A1 (en) | 1976-03-30 | 1976-03-30 | Method of hypersonic microwelding and soldering |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU762340510A SU743815A1 (en) | 1976-03-30 | 1976-03-30 | Method of hypersonic microwelding and soldering |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SU743815A1 true SU743815A1 (en) | 1980-06-30 |
Family
ID=20654380
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU762340510A SU743815A1 (en) | 1976-03-30 | 1976-03-30 | Method of hypersonic microwelding and soldering |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SU (1) | SU743815A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5660319A (en) * | 1995-01-17 | 1997-08-26 | Texas Instruments Incorporated | Ultrasonic bonding process |
-
1976
- 1976-03-30 SU SU762340510A patent/SU743815A1/en active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5660319A (en) * | 1995-01-17 | 1997-08-26 | Texas Instruments Incorporated | Ultrasonic bonding process |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9948275B2 (en) | Piezoelectric vibration element, piezoelectric vibrator, piezoelectric oscillator, and electronic device | |
US6437484B1 (en) | Piezoelectric resonator | |
US11764755B2 (en) | Elastic wave device, radio-frequency front-end circuit, and communication apparatus | |
JP2000332568A (en) | Bulk sound wave resonator filter having improved lateral mode suppression | |
JP2008042871A (en) | Piezoelectric thin film device | |
CN114824775B (en) | Multi-period acoustic excitation magnetoelectric antenna | |
US5436523A (en) | High frequency crystal resonator | |
JPH0213488B2 (en) | ||
JP2012507902A (en) | Cross-coupled filter elements in a resonant structure with bulk waves with multiple harmonic resonances | |
JP2000216632A (en) | Surface acoustic wave oscillator | |
US3924312A (en) | Method of manufacturing an electromechanical system having a high resonance frequency | |
US3521089A (en) | Piezoelectric feedthrough device | |
JPH09107264A (en) | Channel wave local confinement type piezoelectric oscillator and filter | |
SU743815A1 (en) | Method of hypersonic microwelding and soldering | |
Carr | The generation and propagation of acoustic surface waves at microwave frequencies | |
Toda | Narrowband impedance matching layer for high efficiency thickness mode ultrasonic transducers | |
US2773996A (en) | Transducer for producing sound at microwave frequencies | |
Ebata et al. | Metal‐migration of aluminum film on SAW resonator | |
Thomas et al. | High-Q and low TCF HBAR based on LiTaO 3 substrate | |
JP2640937B2 (en) | Overtone oscillation piezoelectric resonator with composite structure | |
Bassignot et al. | New radio-frequency resonators based on periodically poled lithium niobate thin film and ridge structures | |
JPH0450652Y2 (en) | ||
Kirchner | Deposited transducer technology for use with acousto-optic bulk wave devices | |
JPS60208110A (en) | Unidirectional surface acoustic wave transducer incorporating reflector | |
US3493899A (en) | Magnetostrictive transducer |