Спосіб з’єднання біметалевого блока для термоізоляції елементів мікроелектроніки

Реферат: Спосіб з'єднання біметалевого блока для термоізоляції елементів мікроелектроніки, при якому на поверхню сталевої труби напилюють шар-демпфер з технічного алюмінію, на який наносять прошарок-активатор адгезії з рідкого галію і з'єднують з деталлю з алюмінієвого сплаву. З використанням експериментального обладнання для нагрівання одночасно з'єднують і металеві деталі блока і закріплюють впаюванням всередині блока елементи мікроелектроніки. UA 69145 U (12) UA 69145 U UA 69145 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до способу дифузійного з'єднання деталей біметалевого блока для термоізоляції елементів мікроелектроніки через шар-демпфер та шар-активатор, при якому елементи мікроелектроніки із зовнішньою ізоляцією із діелектрика одночасно впаюються всередині блока при нагріванні пропусканням струму низької напруги. Відомий спосіб з'єднання біметалевого блока - дифузійне зварювання, оснований на використанні процесу дифузії без оплавлення деталей [1], який застосовують для з'єднання різнорідних матеріалів. Деталі розміщають у вакуумну камеру, заповнюють інертним або відновлювальним газом, нагрівають і здавлюють питомим тиском. Відбувається очищення поверхонь, що з'єднуються від забруднення та оксидних плівок, а безперервний тиск зминає всі виступи та нерівності гарячого металу, чим забезпечує необхідне прилягання по всій поверхні. Процеси очищення, підгону поверхонь і дифузія йдуть досить повільно, тому потрібно чимало часу для завершення процесу зварювання, що негативно впливає на якість матеріалів і не дозволяє впаювати електроніку. Також відомий спосіб з'єднання деталей біметалевого блока - холодне зварювання зрушенням [2]. Деталі без нагріву стискаються і зсуваються в плоскості розділу, з одночасним прикладенням нормальних і тангенціальних навантажень. В результаті зсуву на площинах руйнуються плівки оксидів, утворюються чисті площини та відбувається з'єднання металу. До недоліків цього твердо-фазного способу з'єднання металів слід віднести необхідність фрезерування невеликої конусності поверхонь, що дає несуцільність прилягання та малу міцність "проти зсуву". Відомий спосіб з'єднання деталей біметалевого блока із застосуванням металевих клеїв [3]. Клей змочує поверхню металів та розчинює оксидні плівки. Склеювання різко зростає з підвищенням температури, а при зниженні температури клей твердіє із збільшенням об'єму. Останнє дозволяє склеювати циліндричні деталі біметалевого блока та інші поверхні, що сполучаються, навіть якщо вони не повністю змочуються клеєм. Проблематично те, що при повторному нагріванні вже сформованого з'єднання до температури плавлення рідкого компонента, клей знову стає пастоподібним і деталі роз'єднуються. Близькою до попереднього способу є пайка дифузійно-твердіючими припоями [4-7]. На поверхні наносять припій, отриманий змішуванням галію з порошками тугоплавких металів при нагріванні до температури пайки та розміщують в вакуумній печі в інертному газі. Довготривале нагрівання всього блока призводить до підвищення швидкості реактивної дифузії галію в матеріали, що може спричинити розтріскування деталей біметалевого блока. Ще одним відомим способом з'єднання деталей біметалевого блока є контактне зварювання опором [8], при якому деталі спочатку стискають зусиллям, що забезпечує утворення фізичного контакту зварюваних поверхонь, а потім пропускають зварювальний струм. Після розігріву місця зварювання відбувається осад та утворюється з'єднання в твердій фазі. Недоліком є відсутність суцільності прилягання площин для з'єднання. Найбільш близьким до корисної моделі за технічною суттю є спосіб з'єднання - пайки у твердій фазі з додаванням тиску [9]. Процес з'єднання зумовлено дією трьох основних параметрів: температури, тиску і часу витримки. До недоліків такого способу з'єднання різнорідних матеріалів належить утворення проміжних евтектичних та інтерметалідних структурних складових, що погіршують властивості матеріалів в зоні зварювання. Для усунення подібних небажаних явищ застосовують проміжні матеріали-активатори та матеріали-демпфери [10,11]. Матеріали-демпфери знижують термічні напруження, що виникають при твердофазній пайці матеріалів із різними коефіцієнтами термічного розширення. Матеріали-активатори призначені для видалення окислів із зони контакту і активації масообміну дифузійно-інертних матеріалів. Задачею, на розв'язання якої спрямована корисна модель (спосіб) є з'єднання циліндричних деталей біметалевого блока термоізоляції мікроелектроніки з одночасним закріпленням всередині біметалевого блока елементів мікроелектроніки. Суть запропонованого способу в наступному. Для з'єднання деталей біметалевого блока для термоізоляції мікроелектроніки на поверхню сталевої труби напилюють шар-демпфер з технічного алюмінію, на який наносять прошарок-активатор адгезії з рідкого галію, з'єднують з деталлю з алюмінієвого сплаву, вміщують в середину сталевої труби мікроелектроніку з полімерною зовнішньою обмоткою, яка прилягає до внутрішньої поверхні сталевої труби, а потім нагрівають зібрані елементи пропусканням струму низької напруги, в процесі чого елементи мікроелектроніки закріплюють впаюванням всередині біметалевого блока. Новизна запропонованого способу полягає в комбінуванні способів з'єднання деталей біметалевого блока через шар-демпфер та шар-активатор, використанні експериментального обладнання для активації дифузії нагріванням струмом низької напруги, при якому реалізується 1 UA 69145 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 ідея одночасного закріплення впаюванням всередині біметалевого блока елементів мікроелектроніки, зовнішня обмотка яких виконується з полімеру. Аналіз опублікованих і запатентованих відомих методів з'єднання різнорідних металів у твердій фазі дозволяє зробити висновок про відсутність в них всієї сукупності ознак (технологічних особливостей, застосованого обладнання), схожих на суттєві відмінні ознаки запропонованого способу і призначити заявлене рішення таким, що відповідає критерію "новизна". Запропонований спосіб здійснюють наступним чином. Для з'єднання деталей біметалевого блока для термоізоляції мікроелектроніки на поверхню сталевої труби напилюють шардемпфер з технічного алюмінію. Процес напилювання здійснюють газодинамічним методом при температурі 150-200 °C. Прошарок-активатор адгезії з рідкого галію на поверхню сталевої труби наносять товщиною 0,05-0,15мм та з'єднують з деталлю з алюмінієвого сплаву. Збирання і фіксацію деталей біметалевого блока з герметизацією опресуванням проводять за допомогою преса на додатковому оснащенні та видаляють ґрат галію з торців. Далі, всередину сталевої труби вміщують мікроелектроніку з полімерною зовнішньою обмоткою, яка прилягає до внутрішньої поверхні сталевої труби. Зібрані елементи біметалевого блока нагрівають до 140 °C при пропусканні струму низької напруги з використанням експериментальної установки трансформаторного типу. Процес нагрівання контролюють в контактному та радіометричному режимі. Для контактного методу застосовують серійну термопару з комунікаційним контролером для запису температурної епюри. Для фіксування радіометричних термограм розподілу температурних полів у безконтактному режимі застосовують тепловізир. Перевагою і відмінністю запропонованого способу з'єднання деталей біметалевого блока для термоізоляції мікроелектроніки від склеювання та пайки є те, що відбувається не тільки процес адгезії (злипання, склеювання), а й об'ємна реактивна дифузія з формуванням інтерметалідного шару з температурою плавлення 550 °C, що виключає можливість розпаювання. Даний метод дифузійного з'єднання біметалічного блока дозволяє отримувати якісні з'єднання без оплавлення і викривлення деталей. Рекомендується для з'єднання поверхонь циліндричних, замкнутих та таких, що сполучаються. Джерела використаної інформації. 1. http://www.autowelding.ru/index/0-39. 2. Баранов И.Б. Холодная сварка пластичных металлов // Машиностроение.-1969. - Изд. 3.280с. 3. http://www.svarka-lib.com/map/92/140.html. 4. Патент 2053063, Российская Федерация. Per. № 5054997/08. Способ пайки деталей диффузионно-твердеющими припоями / Мельников Г.С., Лапин А.А., Тихомирова О.И. - Опубл. 27.01.1996. 5. Темных В.И., Казаков В.В., Митяев А.Е. Формирование композиционных структур припоев на основе галлия // Технология машиностроения.-2006.- №9. -С. 46-50. 6. А. с. № 346060. Способ изготовления галлиевых припоев / Андреева Л. И., Маркин Г. С, Южин А. С. - Опубл. 28.07.1972. 7. Патент 2100164, Российская Федерация. Per. № 96105975/02. Композиционный припой для низкотемпературной пайки / Иванов Г.П., Худошин А. А. - Опубл. 27.12.1998. 8.http://www.autowelding.ru/publ/professionalno_o_pajke/klassiflkacija_sposobov_pajki/ pajka_ehlektrosoprotivleniem/ 29-1-0-414. 9. Габ И.И. Пайка в твердой фазе с приложением давления. // Неорганическое материаловедение. Энцикл. Изд. под ред. Г.Г. Гнесина, В.В. Скорохода. - Наукова Думка. – К.: 2008. - Т.2. - книга 2. - С. 15-23. 10. Патент 2259265, Российская Федерация. Per. № 2004109829/02. Способ диффузионной сварки / Милявский Д.К. - Опубл. 27.08.2005. 11. Патент 2101146, Российская Федерация. Per. № 96119402/01. Способ пайки алюминия с жаропрочными сталями и сплавами / В.Н. Семенов. Опубл. 10.01.1998. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 55 60 Спосіб з'єднання біметалевого блока для термоізоляції елементів мікроелектроніки, при якому на поверхню сталевої труби напилюють шар-демпфер з технічного алюмінію, на який наносять прошарок-активатор адгезії з рідкого галію і з'єднують з деталлю з алюмінієвого сплаву, який відрізняється тим, що з використанням експериментального обладнання для нагрівання одночасно з'єднують і металеві деталі блока і закріплюють впаюванням всередині блока елементи мікроелектроніки. 2 UA 69145 U Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3