Способ герметизации электронного устройства

(54) СПОСОБ ГЕРМЕТИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОННОГО УСТРОЙСТВА(57) Изобретение относится к радиоэлектронике, вчастности к герметизации кварцевых резонаторов,Цель изобретения - упрощение и удешевлениеспособа герметизации электронных устройств. Го -ставленная цель достигается тем, что поверхностипо торцу крышки механически шлифуют до образования микрорельефа глубиной неровностей профиля до 5 + 2 мкм, наносят трафаретной печатьюслой пасты, состоящей из порошка стекла С 65-1 с удельной поверхностью 5000 см /г и органической связкой 3%-ного раствора этипцеллюпозы в терненсоле. В муфельной печи осуществляют термообработку при 560 й 10 С в течение 15 ч для выгорания органической связки и оплавления стекпопорошка до образования слоя легкоплавкого стекла толщиной 10 - 20 мкм. Детали резонатора укладывают в сепаратор и помещают в вакуумную камеру, нагревают до 530+ 10 С и подают давление сжатия на корпус, равное 1,5+ 0,5 Мпа, в течение 15 мин. Способ позволяет в 2 раза снизить себестоимость кварцевых резонаторов. ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ ЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР)г) ОПИСАНИЕк авторскому св 1 О 1627612 (13) АИзобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано при герметизации электронных устройств, интегральных схем, полупроводниковых приборов, кварцевых резонаторов,Целью изобретения является упрощение и удешевление способа герметизации электронных устройств, преимущественно кварцевых резонаторов.Сущность изобретения заключается в том, что для герметизации электронного устройства создают микрорельеф на соединяемых поверхностях крышки и основания корпуса механической обработкой с высотой неровностей профиля 0,02-7 мкм, наносят на соединяемые поверхности стеклопорошок с удельной поверхностью 3000 - 10000 см/г в виде пасты, оплавляют при 450 - 600 С в течение 0,25-2 ч до получения слоев легкоплавкого стекла, толщину т (мкм) которого выбирают иэ соотношения 50-100, где В (мкм) - ширина соедиВняемых поверхностей, монтируют электронное устройство на основание корпуса, разогревают основание и крышку в вакууме до 200-500 С и герметично соединяют при приложении давления сжатия корпуса 0,5-2,0 МПа в течение 5-30 мин,Экспериментально установлено, что возможно получить герметичное вакуумплотное соединение крышки и основания корпуса, изготовленных из стандартных ситалповых подложек с глубиной неровностей профиля поверхности 0,02 мкм,Установлено такжечто механическую обработку поверхности одной или обеих деталей можно ограничить шлифованием, при котором глубина неровностей микрорельефа достигает 5 - 7 мкм,Этим значительно уменьшаются длительность, трудоемкость, сложность, а следовательно, и стоимость работ по сравнению с обязательной полировкой поверхностей обеих соединяемых поверхностей.При более глубокой шлифовке деталей когда глубина неровностей микрорельефа достигает более 7-10 мкм, в диэлектриках возникают трещины, идущие вглубь материала. Это приводит к разгерметизации соединения деталей корпуса.Кроме того, с ростом глубины неровностей микрорельефа увеличиваются площади отдельных кристаллитов с хаотической ориентацией граней, Это обстоятельство приводит к росту недопустимых знакопеременных остаточных напряжений в стеклоспае, плохой смачиваемости поверхностей и, таким образом, к ненадежности герметизации корпуса,Экспериментально установлено, что оплавпение стеклопасты следует вести в диапазоне температур +450-600 С в течение 0,25-2,0 ч, Выбор температуры сплавпения стеклопасты зависит в основном от значения температуры деформации стекла конкретной марки. Температуру и время оплавлениястеклопасты в указанном диапазоне экспериментально подбирают в зависимости от времени еыгорания органической связки, степени помола стеклопорошка, микрорельефа поверхности и толщины слоев стекла. Снижение (менее 0,25 ч) времени сплавления и температуры ниже 450 С при водит к плохому выгоранию связки, плохомусмачиванию поверхности диэлектрика, к образованию крупноблочных центров кристаллизации стекла. В конечном итоге приводит к снижению качества стеклоспая 20 при герметизации корпусов. Увеличениевремени (более 2 ч) и температуры оплавления выше 600 С приводит к упетучиванию ряда фракций, образованию микротрещин, рекристаппизации стекла и переходу его в другую модификацию с потерей основных исходных гараметров легкоплавкого стекла.Оппавпение стекпопары в указанныхдиапазонах времени и температур дает 30 хорошую смачиваемость стеклом соединяемых поверхностей с образованием монолитных слоев стекла, имеющих глянцевую, ровную, бездефектную поверхность.Экспериментально установлено, что 35 при увеличении глубины неровностей микрорельефа поверхности и при уменьшении толщины припоечного стекла до десятков микрон и менее для получения качественно герметичного соединения деталей корпуса 40 еобходи",о иметь стекпопорошки с удельной поверхностью 3000 - 10000 см /г. Чем тоньше слои припоечного стекла, тем мельче должен быть стекпопорошок, т,е, иметь большую гранупометрическую удельную по верхность.Использование более мелкодисперсных порошков с удельной поверхностью более 10000 см г, во-первых, экономически2не оправдано (излишняя трудоемкость при 50 помоле), во-вторых, приводит к образованию мелких воздушных пузырьков при оппавлении пасты из сгекпопорашка, что снижает надежность гермегичного соединения деталей корпуса.55 При удельной поверхности порошканиже 3000 см /г (наличие крупных гранул)гпри оплавлении тонких слоев пасты образуются возвышения (неровности) в виде центров кристаллизации, происходит нарушение целостности остекпованной поверх1627012 ности в виде сетки микротрещин, в особеннпсти, когда имеет место сильно шероховатый микрорельеф на соединяемых поверхностях,Установлена зависимость с (мкм) - толщины слоев припоечных стекол - от В - ширины соединяемых поверхностей, ЗначеВ (мкмждния отношений -- лежат в пределахс (мкм )50 - 100, Чем меньше В, тем тоньше должен быть слой припоечного стекла и меньше высота неровностей микрорельефа соединяемых поверхностей.Учитывая это обстоятельство, при Вмин=0,25 мм толщина слоя стекла должна быть не менее 5 мкм,Максимальное значение с = 60 мкм выбирают при наибольших В =3 мм. Дальнейшее увеличение с приводит к выдавливанию излишков стекла внутрь герметизируемого обьема, что может привести к нежелательному изменению параметров устройства, возможно возникновение микротрещин в спае и нарушение герметичности при тврмоциклировании.Значение сжимающего давления в основном зависит от температуры герметизации и времени приложения давления,При снижении температуры до 400 С следует увеличить давление до 1,5-2,0 МПа, а время выдержки до 20-30 мин,При температуре ниже 400 С чрезмерно увеличивается вязкость припоечного стекла, ухудшается смачиваемость соединяемых поверхностей. Поэтому требуются большие сжимающие давления, которые способны разрушить детали корпуса,При увеличении температуры до 470 С давление следует снизить до 5,0 МПа, а время до 5-10 мин, так как вязкость стекла резко падаег и герметичное соединение наступает скорееПример конкретного выполн е н и я. Герметизация кварцевого резонатора, Основание корпуса выполняли из ситалла СТс размерами 9 х 9 х 0,6 мм. На стандартную полированную пластину ситалла с высотой неровностей профиля поФормула изобретения СПОСОБ ГЕРМЕТИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОННОГО УСТРОЙСТВА, преимущественно кварцевых резонаторов, включающий создание микрорельефа на соединяемых поверхностях диэлектрических оснований и крышки корпуса механической обработкой, нанесение на соединяемые поверхности стеклопорошка и оплавление до получения слоев легкоплавкого стекла,верхности 0,02-0,05 мкм наносили методомтермического испарения в вакууме алюминиевые токоведущие дорожки и контактныеплощадки, На основании горизонтально с5 помощью ультразвуковой сварки монтировали кварцевый пьезоэлемент, выполненный в виде круглой пластины ф 6 мм итолщиной 50-150 мкм,Крышку иэ стекла С 52-1 изготавливали10 горячим прессованием. Внешний диаметркрышки ф 9 мм, внутренний И 7,4 мм, высоты 1,2 мм.Поверхности по торцу крышки шириной В - 0,8 мм механически шлифовали до15 образования микрорельефа с глубинойнеровностей профиля до 5+2 мкм, На обработанные поверхности с помощью сетчатого трафарета наносили слой пасты,состоящей из порошка припоечного стекла20 С 65-1, имеющего удельную поверхность5000 см /г, и органической связи - 37 ь-ногограствора этилцеллюлозы в терпинеоле.После подсушивания пасты при температуре 100 С в течение 15 - 30 мин крышку25 помещали в муфельную печь. в которой притемпературе 560 10 С в течение полуторачасов происходило выгорание органическойсвязки и оплавление стеклопорошка до образования слоя легкоплавкого стекла тол 30 щиной 10 - 20 мкм,Далее детали резонатора укладывалистолбиком в специальный сепаратор и помещали в вакуумную камеру, которую откачивали до давления 10 -10 Па, Затем35 детали нагревали до 430+10 С, подавалидавление сжатия на корпусы 1,5+0,5 МПа втечение 15 мин. После охлаждения резонаторов до комнатной температуры их извлекали из камеры,40 Использование данного способа позволило более чем в 2 раза снизить себестоимость кварцевых резонаторов.С 56) Конюхов Г И., Коноплев Ю.Н, Диффузионная сварка в электронике, М.: Энергия,45 1974.Авторское свидетельство СССРМ 1236963. кл. Н 01 Л 5/00, 1986.монтаж электронного устройства на основании корпуса, разогрев основания и крышки в вакууме до 200 - 500 С и герметичное соединение при сжатии корпуса в течение 5- 30 мин, отличающийся тем, что, 55 с целью упрощения и удешевления способа, микрорельеф на соединяемых поверхностях основания и крышки создают с высотой микронеровностей 0,02 - 7,0 мкм, нанесение стеклопорошка с удельной поверхностью 3000 - 10000 см 2/г осуществля1627012 Составитель Е, ПановТехред М.Моргентал Корректор С, Патрушева Редактор А. Хмелинина Тираж Подписное НПО "Поиск" Роспатента113035, Москва. Ж, Раушская наб., 4/5 Заказ 323 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 101. ют в виде пасты, оплавление которой ведутпри температуре 450 - 600 С в течение 0,25- 2,0 ч, толщину с (мкм) образующего слоявыбирают из соотношения50В/1100,где В - ширина соединяемых поверхностей,а давление при сжатии корпуса устанавливают равным 0,5 - 2,0 МПа.