книги из ГПНТБ / Моряков, О. С. Вакуумно-термические и термические процессы в полупроводниковом производстве учеб. пособие

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

Температуру отжига выбирают несколько выше точки начала рекристаллизации, которая для чистых металлов составляет около 40% от температуры плавления; сплавы имеют более высокую тем­ пературу рекристаллизации. Время отжига зависит от геометриче­ ских размеров деталей и обычно подбирается экспериментально.

Детали можно отжигать в вакууме или в водороде. Отжиг в ва­ кууме дает лучшие результаты, однако преимущественно использу­ ют водородный отжиг, как более удобный, экономичный и произво­ дительный.

При изготовлении полупроводниковых приборов детали из нике­ ля, ковара, бескислородной меди, низкоуглеродистой стали, сплава 47НД отжигают минимум два раза: заготовки перед механической обработкой и готовые детали. Цель первого отжига — снятие внутренних напряжений в металле, а второго — обезгаживание и отпуск (после обработки давлением). При холодной штамповке прибегают также к межоперационным отжигам для повышения пла­ стичности. В табл. 12 приведены режимы водородного отжига ме­ таллов и сплавов. Крупные детали отжигают обычно в камерных (колпаковых) водородных, а мелкие — в трубчатых печах. Предва­ рительно детали должны быть обязательно обезжирены.

Отожженные детали должны храниться в эксикаторах, заварен­ ных полиэтиленовых пакетах или специальных шкафах, заполнен­ ных чистым сухим азотом. Работать с ними разрешается только в резиновых перчатках или напальчниках.

Для повышения смачиваемости припоем коваровые детали обычно меднят в цианистом электролите (толщина покрытия долж­ на быть равна 3—6 мкм); металлизированную керамику никели­ руют, а иногда также меднят. Так как перед пайкой керамические детали проходят термическую обработку (вжигание металлиза­ ции), они, как правило, не требуют дополнительной очистки. Одна­ ко, если к ним прикасались, то непосредственно перед пайкой такие детали следует обезжирить.

123

§ 43.| Термическое оборудование для отжига деталей

Рассмотрим конструкцию колпаковой и трубчатой печей, пред­ назначенных для отжига металлических деталей.

К о л п а к о в а я печь ЦЭП-240А, служащая как для отжига, так и для пайки металлических и керамических деталей, имеет две части: собственно печь (рис. 71) и пульт управления. Печь состоит из корпуса 3, колпаков 1, систем электрооборудования, охлаждения и подачи газов.

Рис. 71. Колпаковая печь ЦЭП-240А:

1 — колпаки, 2 —грузы, 3 —корпус, 4 — силовой трансформатор, 5 — захваты, 6 — переключатель

На сварном металлическом корпусе — основании печи распола­ гаются два колпака, уплотненные резиновой прокладкой и захвата­ ми. Поднимаются и опускаются колпаки вручную; для облегчения подъема они сбалансированы грузами 2. Каждый колпак (рис. 72) имеет водяную рубашку 5, через которую пропускают водопровод­ ную воду. В верхней части колпака имеется люк смотрового окна. Наблюдают за проводимым процессом с помощью зеркала 3, ук­ репленного над люком. Внутри колпака установлен экран 6, кото­ рый имеет отверстие напротив смотрового окна. Снизу (через осно-

124

ванне) в колпак пропущены четыре изолированных токоввода и термопара 9.

Двухсекционный нагреватель 1 состоит из набора 36-ти дугооб­ разных молибденовых элементов, соединенных для придания жест­ кости вверху молибденовой проволокой через керамические изоля­ торы, разделяющие одну секцию от другой. Рабочим пространством 8 колпака является внутренняя часть нагревателя. Колпак крепится

отжиг или пайку, вновь печь продувают азотом, прекращая подачу водорода. Факел у затвора при этом гаснет. Трубопроводы для по­ дачи воды и газа проходят через стойку колпака.

Печь действует периодически: процесс проводят попеременно, то в одном, то в другом колпаке.

Система электрооборудования состоит из силового трансформа­ тора мощностью 20 кВА, автотрансформатора, электродвигателя, привода автотрансформатора, переключателя, контрольных прибо­ ров (амперметров, вольтметров и милливольтметра), аппаратуры сигнализации и управления. Силовой трансформатор (см. рис. 71) предназначен для питания нагревателей. Подключают питание к тому или другому колпаку переключателем. Автотрансформатор служит для регулирования напряжения на первичной обмотке сило­

125

вого трансформатора. Температуру в рабочих камерах измеряют термопарами и милливольтметром, переключаемым на одну из них.

Пульт управления представляет собой металлический шкаф, на передней панели которого расположены контрольные приборы и сиг­ нальные лампы, а внутри — автотрансформатор и элементы элект­ рической схемы.

Техническая характеристика колпаковой печи ЦЭП-240А приве­ дена ниже.

чена для отжига металлических деталей, а также тонкой проволоки на металлической катушке или ленты, свернутой в рулон. Достоин­ ством данной печи является непрерывность рабочего цикла, поэто-

3 4 5 6 7 8

Рис. 73. Трубчатая водородная печь:

/ и Р — входной и выходной люки, 2 —запальник, 3 —

125

ют и извлекают спаянные ножки, которые укладывают в специаль­ ную тару.

Показанная на рис. 76 графитовая кассета для пайки баллонов состоит из основания 3, к которому привернут корпус 2. Сверху кас-

Рис, 75. Распределение температуры по длине печи при пайке ножек:

а — кривая режима пайки, 6 —план печи

сета закрывается крышкой 1. Основание имеет упор для короткой тонкой трубки. В корпус кассеты закладывают колпак баллона, за­ тем в него укладывают керамический изолятор, в отверстия изоля­ тора вставляют трубки с кольцами припоя, которые размещают по периметру колпака и вокруг тру­

129