Файл: Минскер Ф.Е. Сборка полупроводниковых приборов учеб. пособие.pdf

Наибольшее применение в электронной технике находят антикоррозийные бескислотные флюсы для пайки мягкими при­ поями, представляющие собой различные органические соедине­ ния (канифоль, жиры, масла). Наиболее широкое распростра­ нение имеет канифоль как в твердом состоянии, так и в виде спиртового или скипидарного растворов. Остатки канифольного флюса не поглощают влаги и не вызывают коррозии места пай­ ки. Канифоль относится к слабоактивным флюсам, поэтому при ее применении паяемое соединение при пайке должно тщательно обезжириваться. Наиболее часто применяют флюсы на основе канифоли марок КЭ, ТС-21, ЛТИ-120, ЛМ-1, КС.

Кроме канифольных флюсов, большое распространение имеют флюсы на основе хлористого цинка и бесканифольиый флюс.

Химический состав и основные свойства флюсов приведены в табл. 3.

§ 6. Сварка

Сваркой называют процесс соединения двух материалов в результате взаимодействия атомов этих материалов без участия третьего (припоя).

27

Поверхностные атомы металла имеют свободные ненасыщен­ ные связи, которые захватывают всякий атом, приблизившийся на расстояние действия сил межатомного взаимодействия. Сбли­ зив поверхности двух металлов па расстояние действия сил межатомного взаимодействия, получим по поверхности сопри­ косновения сращивание двух металлов в одно монолитное целое с прочностью соединения, равной прочности металла.

Способы сварки можно классифицировать по разным приз­ накам, например, по виду энергии, используемой при сварке, по состоянию свариваемых металлов, по наличию или отсутствию сжимающего усилия.

Основным показателем, определяющим технологию процесса, является состояние металла в процессе сварки.

На рис. 19 приведена классификация основных способов сварки по состоянию металла в процессе сварки.

Одним из видов сварки без применения нагрева является холодная сварка. Соединение металлов при таком способе проис­ ходит в твердом состоянии вследствие образования металличес­ ких связей на свариваемых поверхностях при их совместном деформировании.

Если рассмотреть идеальный случай, то при сближении иде­ ально гладких и идеально чистых поверхностей между ними возникают межатомные силы взаимодействия, т. е. образуется прочное соединение. Однако в реальных условиях все металли­ ческие поверхности имеют неровности и покрыты окислами, пленками газов и жидкостей. Это значительно меняет картину взаимодействия поверхностей при их сближении. При сближении таких поверхностен вначале возникает контакт в отдельных наи­ более высоких точках (выступах). Для получения контакта по всей поверхности необходимо произвести деформирование участ­ ков, уже вступивших в контакт. Чем больше должна быть пло­ щадь контакта между сжимаемыми поверхностями, тем, очевид­ но, больше нужно деформировать неровности и тем больше должна быть сжимающая сила.

Пластическая деформация металла является необходимым условием для выполнения холодной сварки. Деформация долж­ на быть не ниже определенного значения, характерного для дан­ ного металла. Усилие для создания такой деформации зависит от многих обстоятельств и может меняться в широких пределах. Поэтому не всегда легко определить усилие, необходимое для холодной сварки, и обычно задается не усилие осадки, а величи­ на деформации.

Значительные трудности возникают при проведении сварки из-за наличия на поверхности металлов окисных и органических пленок. Окисные пленки должны быть удалены с поверхности металла путем химического травления в специальных травителях, а органические пленки— путем механической очистки. Но при этом возникают новые окисные пленки, которые препятст­ вуют холодной сварке. Чистые (ювенильные) поверхности, спо-

29

собпые к холодной сварке, получают при совместном деформи­ ровании свариваемых поверхностен. При таком деформировании тесно сжатые свариваемые поверхности не подвергаются дейст­ вию кислорода воздуха, поэтому новых окисных пленок не образуется, а имеющиеся окисные пленки вследствие увеличе­ ния ' площади контакта разрушаются, что дает возможность вступить во взаимодействие ювенильным поверхностям, способ­ ным к сварке.

На рис. 20 показана схема холодной сварки. Ширина и дна-

сварка относится к группе сварки давлением.

По форме выполняемых соединений различают три вида элек­ трической контактной сварки: стыковую, точечную и шовную

(рис. 21).

При стыковой контактной сварке сопротивлением детали (рис. 21, а) устанавливают в медные водоохлаждаемые зажимы сварочной машины п сжимают. Затем включают электрический ток, с помощью которого нагреваются свариваемые детали.. Наиболее интенсивно детали разогреваются в месте их соприкос­ новения. По достижении определенной температуры, зависящей, в первую очередь, от вида свариваемого металла, и достаточном прогреве в глубину от свариваемых поверхностей повышается сжимающее усилие и выключается ток. Происходит совместная пластическая деформация и взаимная кристаллизация — сварка металлов.

Другим видом стыковой контактной электрической сварки является сварка оплавлением. От сварки сопротивлением она

30

отличается тем, что между деталями в начальный момент име­ ется зазор. Затем подается напряжение от источника тока и между деталями возникает определенная разность потенциалов. Детали сближают до соприкосновения, образуется электричес­ кий контакт и начинает протекать электрический ток. При отсут­ ствии сжимающего усилия число мест касаний деталей очень мало. Незначительны и поверхности мест касания деталей; поэтому в местах касания деталей создается исключительно вы­ сокая плотность тока, во много раз превосходящая плотность тока в местах касания при сварке сопротивлением. Выделяется большое количество тепла, под влиянием которого металл выс­ тупов практически мгновенно расплавляется, образуются мости­ ки жидкого металла. Металл растекается по свариваемым по-

Рнс. 21. Виды контактной сварки:

а — стыковая, б —точечная, в — роликовая

верхностям деталей и выбрасывается из зазора между сварива­ емыми деталями в виде брызг.

Под действием выделяемого в мостиках тепла нагреваются прилегающие участки свариваемых деталей. При достижении необходимой температуры на достаточную глубину от торцов деталей скорость их сближения резко увеличивается. Детали сжимаются значительной силой Р. Жидкий металл, находивший­ ся на торцах деталей, выдавливается наружу. Нагретые и пластичные слои металла сжимаются. В результате пластичес­ кой деформации и одновременно рекристаллизации происходит процесс взаимной кристаллизации — детали свариваются.

При точечной сварке (рис. 21, б) соединяемые детали соби­ рают внахлестку и зажимают между двумя медными электрода­ ми, подводящими ток к месту сварки и имеющими форму усечен­ ного конуса.

Сварочный ток, проходя через свариваемые детали (рис. 22), встречает на своем пути активные сопротивления:

переходные Rn' и Ru" (если электроды медные, то переходные, сопротивления меньше, чем сопротивление контактов Rк) ;

31

контактные RK (которые зависят от физических свойств ме­ талла и состояния контактируемых поверхностей).

Активные сопротивления в процессе нагрева и сваривания деталей весьма значительно изменяются.

Полезным для процесса сварки является тепло, выделяемое в основном металле, и тепло, освобождаемое на контакте между соединяемыми деталями. Тепло, выделяемое на контактах между электродами и основным металлом, в большинстве случаев является вредным для процесса сварки, так как подгорает по­ верхность изделия и ускоряется износ электрода.

называют также роликовой (рис. 21, в). При шовной сварке листы соединяются плотным швом.

Наиболее специфичными особен­ ностями процессов сварки, приме­ няемых при производстве полупро­ водниковых приборов, являются: ма­ лые толщины присоединяемых про­ водников (10—200 мкм); разнооб-' разие соединяемых материалов; вы­ сокое качество соединения. Темпера­ тура процесса сварки должна выби­ раться таким образом, чтобы сохра­ нить электрические свойства р-п-пе­ рехода. Наиболее распространенны­

ми видами сварки в полупроводниковой промышленности для присоединения выводов к кристаллам диодов, триодов, интег­ ральных схем являются термокомпрессионная, ультразвуковая, сварка давлением с косвенным импульсным нагревом и ультра­ звуковая с косвеннным импульсным нагревом.

Метод термокомпрессии можно охарактеризовать как сварку без расплавления свариваемых материалов, когда в результате нагрева и пластической деформации (по крайней мере одного из свариваемых материалов) поверхностные пленки разрушаются и образуется плотный контакт между деталями при сравнительно низких температурах.

Ультразвуковая сварка позволяет соединять однородные и разнородные металлы, имеющие различную толщину. Возможно соединение металлов с неметаллами, а также с металлами, по­ крытыми оксидными и лаковыми пленками. При ультразвуковой сварке, так же как и при термокомпрессии, соединение образу­ ется в твердой фазе без расплавления свариваемых компонентов.

Метод сварки давлением с импульсным косвенным нагревом является разновидностью термокомпрессионной сварки и заклю­ чается в том, что рабочий инструмент нагревается только в мо­ мент сварки, а выделение тепла сосредоточено в нижней, рабо-

32