Спосіб зварювання в твердій фазі в електростатичному полі з’єднань кремній-скло-кремній

Спосіб зварювання в твердій фазі в електростатичному полі з'єднань кремній-скло-кремній зі зміною полярності в процесі зварювання, який відрізняється тим, що процес здійснюється за один цикл із забезпеченням рівноміцності обох 3 фер С.Э., Косогоров В.М. Состояние и перспективы диффузионной сварки в электростатическом поле (ДС в ЭСП) со сменой полярности многослойных структур "стекло-полупроводник" // Тезисы докладов тринадцатой всесоюзной научнотехнической конференции "Достижения и перспективы диффузионной сварки". - М., 1990. - С. 1718], суть якого полягає у наступному. Деталі із напівпровідника встановлюють у контакт з деталлю з боросилікатного скла та розміщують їх у зварювальній камері. Потім до деталі із напівпровідника прикладають позитивний потенціал, а до скляної деталі - негативний. Деталі нагрівають до температури зварювання, здійснюють ізотермічну витримку і прикладають електричну зварювальну напругу. Після зварювання деталі охолоджують і з вільної сторони скла механічною обробкою видаляють шар, перенасичений лужними елементами. Отримане з'єднання напівпровідник-скло складають з другою деталлю із напівпровідника, при цьому негативний потенціал залишають на склі, нагрівають до температури зварювання, здійснюють ізотермічну витримку і прикладають електричну зварювальну напругу. Після зварювання отримане багатошарове з'єднання охолоджують та виймають із камери. Недоліком такого способу є виготовлення вузла за два цикли, що, в свою чергу, є причиною високого проценту відбракування виробів при поетапному поліруванні скла, яке проводиться з метою видалення шару скла, збагаченого натрієм. Автори роботи [Шлифер С.Э., Косогоров В.М. Диффузионная сварка в электростатическом поле алюминия со стеклом // Автоматическая сварка. 1991- №9. - С. 51-53] запропонували спосіб захисту зворотної сторони скляної деталі від виходу лужних іонів. Спосіб здійснюється таким чином. Попередньо на поверхню лужного скла, що підлягає зварюванню після зварювання з металом першої поверхні, наносять захисний шар двооксиду кремнію. Скло розміщують між поверхнями металевих деталей, здавлюють їх, нагрівають до температури зварювання та прикладають до них постійну електричну напругу, полярність якої змінюють у процесі зварювання. Завдяки нанесенню захисного шару двооксиду кремнію запобігається вихід іонів натрію на поверхню скла та утворення на ньому шару гідроксиду натрію, який розтравлює зону з'єднання та знижує якість. Зварювання здійснюється за одну технологічну операцію, що дозволяє підвищити продуктивність процесу. Однак, як вказується в даній роботі, дана технологія має високу вартість. У роботі [Таиров В.Н., Озолс А.Р., Пщелко Н.С. Физические основы, расчет и применение необратимого электроадгезионного соединения твердых тел / Ин-т орган, синтеза АН Латв. ССР. Рига, 1989. - 61 с] при зварюванні пари віконне скло-алюмінієва фольга вказується на те, що при витримці вже отриманого з'єднання під напругою зворотної полярності при тій же температурі, міц 40600 4 ність з'єднання суттєво знижується в початковий момент часу. При значному часі витримки міцність для даної пари матеріалів знижується приблизно на 40%. На таке ж зниження міцності з'єднань при їх витримці під напругою зворотної полярності вказується і у роботі [Рассказов А.Н., Гордиенко М.М., Косогоров В.М. Технология электростатического соединения кремниевой мембраны с металлостеклянным корпусом // Достижения и перспективы развития диффузионной сварки. - МДНТП им. Ф.Э. Дзержинского, 1987.- С. 119-123]. В роботі також вказується на утворення лугу на катоді в результаті виділення на ньому лужних металів і їх реакції з вологою атмосфери. Мета корисної моделі - розробка технології зварювання в твердій фазі вузлів кремній-склокремній, що дозволяє забезпечити рівноміцність обох зварних з'єднань у вузлах. Дана мета досягається проведенням процесу зварювання з'єднань кремній-скло-кремній за один цикл за рахунок прикладення негативного потенціалу до скла з бокової поверхні за допомогою хомутового електрода та почергової подачі електричної зварювальної напруги на кожну із границь кремнійскло. Передумовою для цього є використання хомутових електродів автором роботи [Wallis G. and Pomerantz D.L Field Assisted Glass-Metal Sealing // Journal Applied Physics. - 1969. - Vol. 40, №10. - P. 3946-3949] для отримання зварних з'єднань трубчатих скляних деталей з металом. Отримання багатошарового з'єднання типу кремній-скло-кремній здійснюється за схемою, зображеною на фіг. Кремнієві мембрани 1 та З встановлюються у контакт зі скляною деталлю 2 та розмішуються в зварювальній камері. Потім до кремнієвих мембран підводяться електроди для прикладення позитивного потенціалу, а до бокової поверхні скляної деталі - хомутовий електрод для прикладення негативного потенціалу. Зібраний вузол нагрівається до температури зварювання і здійснюється ізотермічна витримка. Після неї подається зварювальна напруга на першу кремнієву мембрану і скло, проводиться зварювання першої границі кремній-скло, а потім позитивний потенціал перемикається на другу кремнієву мембрану і проводиться зварювання другої границі кремнійскло. Після зварювання отримане багатошарове з'єднання охолоджують та виймають із камери. Дана корисна модель дозволяє здійснювати зварювання в твердій фазі в електростатичному полі з'єднань кремній-скло-кремній за один цикл. Запропоновані температура зварювання Тзв = 673 К, час, протягом якого здійснюється дія електричної зварювальної напруги, tзв=60-1200с, jniк - пікове значення густини струму зварювання від 10 мкА/мм до 50 мкА/мм дозволяють досягти міцності обох зварних з'єднань кремній-скло не нижче 12 МПа із забезпеченням вакуумної щільності не гірше 1×10-10 л.мм.рт.ст.с-1. 5 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 40600 6 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601