Файл: Моряков, О. С. Вакуумно-термические и термические процессы в полупроводниковом производстве учеб. пособие.pdf

Т а б л и ц а И

§41. Металлизация керамических деталей

Впроизводстве полупроводниковых приборов из керамики (миналунда М-7, форстерита КВФ-4, алюмооксидной 22ХС, оксибериллиевой брокерит-9 и стеатита) изготовляют изоляторы, кристаллодержатели и термокомпенсаторы.

Для соединения с металлом необходимо керамику предвари­ тельно металлизировать, т. е. создать на поверхности детали проч­ ное металлическое покрытие, хорошо смачиваемое припоем. После

этого процесс пайки керамики с металлом мало отличается от про­ цесса пайки металла с металлом. Процесс металлизации состоит из нанесения и вжигания покрытия.

Существует несколько составов для металлизации керамических деталей. В полупроводниковом производстве для металлизации ке­ рамики обычно применяют молибдено-марганцевую пасту, для при­ готовления которой смешивают 90% молибдена и 10% марганца с раствором нитроцеллюлозы в изоамилацетате.

Поверхности, подлежащие металлизации, должны быть ровны­ ми, соответствовать 7—8-му классам чистоты и быть очищенными от жировых и других загрязнений. Обрабатывают поверхности шли­ фовкой алмазными кругами на универсальном оборудовании. Что­ бы избежать микротрещин, керамику шлифуют при обильном ох­ лаждении.

В зависимости от размеров и конфигурации деталей, а также сложности рисунка металлизации покрытие наносят различными методами: намазкой, пульверизацией (распылением), наклейкой металлизационной пленки и шелкографией.

Намазку — наиболее простой, но наименее производительный ме­ тод выполняют кисточкой или прокатыванием деталей между вал­ ками, смоченными металлизирующей пастой.

117

Пульверизацию обычно используют при нанесении пасты на крупногабаритные детали или групповой металлизации через спе­

циальные маски.

К наклейке прибегают, когда рисунок покрытия сложен, а плос­ кости металлизации расположены в различных уровнях. В этих случаях используют металлизирующую пленку, из которой штам­ пуют соответствующие заготовки и, смазав керамику клеем, наклеивают их на деталь.

Наиболее совершенным методом металлизации является шелкография, основанная на нанесении металлизирующей пасты на ке­ рамическую деталь продавливанием через сетчатый трафарет.

Для металлизации керамики К.ВФ-4 (форстерита) применяют довольно простой солевой способ нанесения металлизирующей пас­ ты: детали окунают в специальный раствор и высушивают. Этот способ особенно удобен при металлизации труднодоступных мест, например стенок тонких отверстий. С поверхностей, не нуждаю­ щихся в металлизации, слой удаляют (после вжигания) шли­ фовкой.

Толщина металлизационного слоя до вжигания обычно состав­ ляет 30—40 мкм. После вжигания она уменьшается примерно на­ половину, вследствие спекания и диффузии металла в керамику.

Вжигание выполняют при температуре около 1400° С в атмосфе­ ре водорода в толкательной электропечи СКВ-7032 (рис. 69), на сварном столе 12 которой расположены две нагревательные каме­ ры 3. В тумбах 13 стола смонтирована система электрооборудования и приводы 15, 16 и 19 механизма толкания, а на лицевой панели 14 расположены контрольные приборы и приборы автоматической сис­ темы регулирования температуры.

Собственно печь состоит из нагревательных и загрузочных ка­ мер, электрооборудования, газовых и водяных коммуникаций.

Нагревательная камера 3 представляет собой сварной корпус с металлической крышкой, герметично привинченной через асбесто­ вую прокладку. В центре камеры расположена алундовая труба 5 (рабочий канал), на которую снаружи намотана спираль из молиб­ деновой проволоки диаметром 1,5 мм, защищенная обмазкой из ог­ неупорной глины. Труба располагается на двух опорах; простран­ ство вокруг нее заполнено высокоглиноземистой шамотной засып­ кой 8. Внутри камера выложена легковесным шамотом 6. Герметич­ но заделанная термопара 7 введена непосредственно в рабочий ка­ нал. Питание нагревателя осуществляется через клеммники 4, рас­ положенные на торцевой стенке камеры.

Загрузочный 1 и разгрузочный 11 шлюзы имеют одинаковое уст­ ройство, за исключением того, что первый не имеет предохранитель­ ного клапана, а второй —толкающего устройства. Шлюзы состоят из двух частей: нижней и верхней камер, изолируемых друг от дру­ га крышкой с резиновой прокладкой.

Лодочки с деталями, подлежащими металлизации, подают в печь через нижнюю камеру, для чего открывают дверцу 18 и уста­ навливают их на подвижный столик. В это время нижняя камера от-

118

делена от верхней. Закрыв дверцу 18, продувают нижнюю камеру азотом и после удаления воздуха столик с лодочкой при помощи ру­ коятки 17 ручного привода 1 поднимают на уровень рабочего кана­ ла, а затем специальным штоком 19 толкающего устройства подают

лодочку в печь.

Предохранительный клапан 10 в верхней части (снаружи) раз­ грузочного шлюза предназначен для защиты печи при аварийном взрыве гремучей смеси, которая может образоваться, если в водо­ род попадет воздух. Верхняя камера шлюза соединена с нагрева­ тельной камерой печи через переходную трубу 2.

Толкающие механизмы приводятся в действие от привода, сос­ тоящего из электродвигателя 15, червячного редуктора 16, клино­ ременной передачи, распределительной коробки и двух ходовых винтов. Ходовые винты через специальную гайку перемещают шток 19 толкающего устройства, который движет лодочку в загрузочную камеру. Когда гайка доходит до упора, она отключается от винта, и подача прекращается. Возвращают шток в исходное положение вручную.

Печь имеет по две отдельные газовые и водяные системы для канедой нагревательной камеры.

В конструкции печи предусмотрен подвод воздуха и азота, а также два способа подачи водорода в рабочий канал: прямотоком (в направлении движения лодочек) и противотоком (против дви­ жения лодочек). Измеряют расход газов ротаметрами. Если необ­ ходимо, печь может работать на формиргазе (смеси водорода с азотом). При загрузке и выгрузке лодочек нижние полости шлюзов продуваются азотом автоматически. Азот и водород подают для продувки и в корпус нагревательной камеры. Выходящий водород сжигают на выходе из водяных затворов.

Водяная система предназначена для охлаждения холодильника проточной водопроводной водой.

§ 42. Подготовка деталей к пайке

Поверхность металлических деталей, подлежащих пайке, обычно бывает загрязнена и, кроме того, покрыта окисной пленкой. Чтобы удалить загрязнения и окислы детали обезжиривают, травят и от­ жигают, т. е. перед пайкой металлические детали должны пройти химическую и термическую обработку.

Обезжиривают детали в органических растворителях, например в четыреххлористом углероде или трихлорэтилене. Пары этих ве­ ществ ядовиты и работу с ними, а также с различными кислотами необходимо выполнять в резиновых перчатках в специальных хими­ ческих шкафах, подключенных к вытяжной вентиляции (рис. 70, а).

Для интенсификации процесса обезжиривание проводят в кипя­ щем четыреххлористом углероде. Перфорированный ковш с деталя­ ми последовательно погружают в ряд бачков с растворителем для промывки. Затем детали высушивают в сушильном шкафу (рис. 70,6).

120

Заготовки припоя (кольца, диски, пластины) перед пайкой также обезжиривают, травят в растворе соляной кислоты в течение 1—2 мин, а затем промывают проточной водопроводной водой и сушат.

В последнее время все чаще для интенсификации процесса очи­ стки используют ультразвуковые (акустические) колебания часто­ той свыше 15 кГц. Ультразвуковая очистка сводится к механическо­ му воздействию на поверхность детали кавитационных пузырьков, что способствует растворению и удалению загрязнений.

Источниками ультразвука являются пьезоэлектрические и магнитострикционные излучатели, действие которых основано на том, что размеры тел, выполненных из некоторых материалов (кварца, никеля, титаната бария), могут изменяться под действием электри­ ческого или магнитного поля. Когда магнитное поле изменяется с определенной частотой, с такой же частотой изменяются размеры тела, находящегося в этом поле, возбуждая акустические колебания.

П ь е з о э л е к т р и ч е с к и е и з л у ч а т е л и выполняют из квар­ ца или титаната бария, а магнитострикционные — из никеля, не­ ржавеющей стали, пермаллоя или пермендюра. Для питания уль­ тразвуковых излучателей требуется специальный генератор.

Кварцевые излучатели просты по конструкции и могут генериро­ вать колебания большой частоты. Однако отдаваемая ими мощ­ ность невелика. Кроме того, стоимость кристаллов кварца доволь­ но высока, так как они встречаются редко. Интенсивность ультра­ звуковых колебаний в жидкости, создаваемых кварцевым излучателем, может составлять несколько десятков ватт на квад­ ратный сантиметр; в импульсном режиме она возрастает до нескольких сотен ватт.

Ма г н и т о с т р и к ц и о н н ы е и з л у ч а т е л и представляют собой набор изолированных друг от друга металлических пластин с обмоткой, по которой пропускают переменный ток. Интенсивность магнитострикционного генератора достигает нескольких десятков ватт на один квадратный сантиметр при к.п.д. = 50—60%.

На рис. 70, в показана ультразвуковая установка УЗУ-0,1, кото­ рая состоит из генератора и ультразвуковой ванны, изготовленной из нержавеющей стали и имеющей два отсека: промывочный и уль­ тразвуковой. Промывочный отсек предназначен для предваритель­ ной обработки деталей в растворителях без воздействия ультра­ звуковых колебаний. В ультразвуковом отсеке детали промывают, используя органические растворители, кислоты, щелочи, горячую или холодную воду. В дно ванны этого отсека вмонтирован пьезоэлект­ рический преобразователь. Снаружи ванна закрыта металлическим кожухом, на лицевой стороне которого расположены ручки сливных кранов. Генератор колебаний выполнен в виде отдельного блока.

Перед пайкой со стеклом, керамикой или металлом металличе­ ские детали отжигают. Отжиг кроме удаления окислов необходим для обезгаживания металла, которое происходит вследствие диф­ фузии растворенных газов, а также для снятия внутренних напря­ жений в деталях.

122