SU1669020A1

SU1669020A1 - Method of joining of printed circuit boards

Info

Publication number: SU1669020A1
Application number: SU874330486A
Authority: SU
Inventors: Евгений Петрович Паринов
Original assignee: Организация П/Я В-8466
Priority date: 1987-11-23
Filing date: 1987-11-23
Publication date: 1991-08-07

Abstract

Изобретение относитс к электронной технике и может быть использовано при создании гибридных и вакуумных интегральных схем, а также при производстве микроэлектронной аппаратуры. Цель изобретени - повышение технологичности процесса, точности совмещени плат и герметичности их соединени - достигаетс за счет наложени плат одной на другую, совмещени их топологических структур посредством сопр жени углублений, выполненных в платах, с размещенными в них объемными элементами, прижима плат одной к другой с деформацией объемных элементов и взаимного неразъемного скреплени плат. 18 ил.The invention relates to electronic technology and can be used to create hybrid and vacuum integrated circuits, as well as in the manufacture of microelectronic equipment. The purpose of the invention is to improve the processability of the process, the accuracy of combining the boards and the tightness of their connection - is achieved by laying the cards one on another, combining their topological structures by matching the recesses made in the cards with the volumetric elements placed in them, pressing the cards one against the other. deformation of the volume elements and the mutual one-piece bonding of boards. 18 il.

Description

VV

fefe

Изобретение относитс к электронной технике и может быть использовано при создании гибридных и вакуумных интегральных схем, а также в производстве микроэлектронной аппаратуры.The invention relates to electronic engineering and can be used to create hybrid and vacuum integrated circuits, as well as in the manufacture of microelectronic equipment.

Цель изобретени - повышение технологичности процесса, точности совмещени плат и герметичности их соединени .The purpose of the invention is to improve the processability of the process, the accuracy of combining boards and the tightness of their connection.

Данный способ включает наложение плат одна на другую, совмещение их топологических структур посредством сопр жени углублений, выполненных в платах с размещенными в них объемными элементами , прижим плат одна к другой с деформацией объемных элементов и взаимное неразъемное скрепление плат.This method involves laying boards one on top of another, combining their topological structures by matching recesses made in the boards with three-dimensional elements placed in them, pressing the boards one against the other with the deformation of the three-dimensional elements and reciprocally bonding the boards.

На фиг.1 приведена иллюстраци способа неразъемного соединени двух пластин , между которыми образован особый (специальный) объем, на фиг 2-6 объемныйFigure 1 shows an illustration of a method of permanently connecting two plates, between which a special (special) volume is formed, in Fig. 2-6 a volume

элемент, варианты; на фиг. 7-18 соединительное устройство, варианты.element, options; in fig. 7-18 connecting device options.

Дл соединени по данному способу в пластинах 1 выполнены полости 2 симметричного поперечного сечени , в которых размещают объемные элементы 3 в форме тороидэ Элемент 3 имеет замкнутую в совмещаемых пластинах конфигурацию, адекватную замкнутой ф, ме полости 2. Материалы пластин 1 и элементов 3 выбраны взаимно диффундирующими, поэтому при замкнутой конфигурации полости 1 и элемента 3 образующийс диффузионный слой не только обеспечивает неразъемную фиксацию положени пластин 1, но и создает герметизацию специально сформированного внутреннего объема 4. Объемные элементы 3 размещают в полост х 1 таким образом, что их продольные оси симметрии 5 лежат в продольных плоскост х (поверхОFor the connection according to this method, the plates 1 have cavities 2 of symmetrical cross section, in which three-dimensional toroid-shaped elements 3 are placed. Element 3 has a closed configuration in matched plates, adequate to the closed ф, me cavity 2. The materials of the plates 1 and elements 3 are mutually diffusing therefore, with a closed configuration of cavity 1 and element 3, the resulting diffusion layer not only provides an integral fixation of the position of the plates 1, but also creates a seal for a specially formed internal volume 4. Volumetric elements 3 are placed in a cavity x 1 in such a way that their longitudinal axes of symmetry 5 lie in longitudinal planes (above

ON Ю ОON Yu O

ho Оho Oh

ност х) симметрии 6 совмещенных полостей 2.nost x) symmetry of 6 combined cavities 2.

Полости 2 могут быть выполнены пр моугольного поперечного сечени с глубиной , превышающей радиус, и шириной, меньшей диаметра объемного элемента 3 (фиг. 7). При размещении в смежных полост х 2 объемных элементов 3 автоматически совмещаютс положени продольной оси симметрии 5 каждого элемента 3 с продольной плоскостью симметрии 6 соответствующей полости 2, разделенной зазором 8. Воздействие давлени Р, ортогонального соедин емым плоскост м, и нагрева вызывает пластическую деформацию периферийных областей элементов 3, уменьшение величины зазора 8 и последующее образование диффузионных слоев в зонах сжати и контакта соответствующих материалов (фиг.8). Посредством соединительного устройства осуществлена неразъемна точна взаимна фиксаци пластин 1The cavities 2 can be made rectangular in cross section with a depth exceeding the radius and a width smaller than the diameter of the volume element 3 (Fig. 7). When placed in adjacent cavities 2 of volume elements 3, the positions of the longitudinal axis of symmetry 5 of each element 3 are automatically combined with the longitudinal plane of symmetry 6 of the corresponding cavity 2, separated by a gap 8. The effect of pressure P orthogonal to the connected planes and heating causes plastic deformation of the peripheral regions elements 3, reducing the size of the gap 8 and the subsequent formation of diffusion layers in the areas of compression and contact of the relevant materials (Fig.8). By means of a connecting device, one-piece precise interlocking of the plates 1 is carried out

Если при неизменности федыдущих соотношений изменить только глубину полостей 2 и выполнить ее меньшей радиуса элемента 3 (фиг.9), это приведет к тому, что элемент 3 под давлением Р будет дополнительно деформирован вдоль верхней и нижней образующихс (фиг.10). где дополнительно возникнут соответствующие диффузионные слои 7, кроме диффузионных слоев в окрестност х зазора 8.If, with the same ratios remaining unchanged, only the depth of cavities 2 is changed and performed less than the radius of element 3 (figure 9), this will result in element 3 under pressure P being further deformed along the upper and lower ones (figure 10). where, in addition, the corresponding diffusion layers 7 will arise, except for diffusion layers in the vicinity of gap 8.

Полости 2 V-образного поперечного сечени в каждой пластине (фиг.11) обеспечивают их совмещение и после воздействи нагрева и давлени Р точную неразъемную фиксацию посредством диффузионных слоев 7, образующихс в зонах пластической деформации объемного элемента 3 (фиг. 12), при этом величина зазора 8 может быть сведена к нулю.Cavity 2 of a V-shaped cross section in each plate (Fig. 11) ensures their combination and, after exposure to heat and pressure P, precise permanent fixation by means of diffusion layers 7 formed in zones of plastic deformation of volume element 3 (Fig. 12), while the value Gap 8 can be reduced to zero.

Комбинаци смежных полостей 2 различных по форме поперечных сечений, например (фиг.13) пр моугольного и V-образного, обеспечивает совмещение пластин 1 и их точную неразъемную фиксацию без зазора 8 посредством диффузионных слоев 7 (фиг.14), образующихс после воздействи нагрева и давлени Р.The combination of adjacent cavities 2 of different cross-sectional shapes, for example (Fig. 13), rectangular and V-shaped, ensures the alignment of the plates 1 and their exact non-detachable fixation without a gap 8 by means of diffusion layers 7 (Fig. 14) formed after heating and R. pressure

Полости 2 в соедин емых пластинах 1 могут быть выполнены также сквозными (фиг. 17 и 18). В этом случае этапы совмещени пластин и их фиксации аналогичны описанным на фиг. 7 и 8.The cavities 2 in the joined plates 1 can also be made through (Figs. 17 and 18). In this case, the steps of aligning the plates and fixing them are similar to those described in FIG. 7 and 8.

Предлагаемый способ можно примен ть также в случа х, если дл материала одной или обеих пластин трудно подобрать подход щий материал объемного элемента (по пластичности, диффузионной активности ). Тогда используют материал дополнительного тонкого сло 9(фиг.15), нанесенного на поверхности полостей 2 и прилежащих поверхностей. Слой 9 должен обладать хорошей адгезией с материалами обеих пластин 1 и диффузионной активностью по отношению к материалу элемента 3 и к материалам пластин 1 (фиг, 16).The proposed method can also be applied in cases where it is difficult for the material of one or both plates to select a suitable material for the bulk element (by ductility, diffusion activity). Then use the material of an additional thin layer 9 (Fig.15) deposited on the surface of the cavities 2 and adjacent surfaces. Layer 9 should have good adhesion with the materials of both plates 1 and diffusion activity with respect to the material of the element 3 and the materials of the plates 1 (FIG. 16).

Способ осуществл етс следующим образом ,The method is carried out as follows.

0 Очищают поверхности совмещаемых полостей 2 пластин 1 и объемных элементов 3 от загр знений и окислов, примен вначале химическую обработку (например, обезжиривание четыреххлористым углеро5 дом), а затем вакуумную очистку при одновременном нагреве соедин емых компонентов. Перед вакуумной очисткой соедин емые компоненты размещают в вакуумной сварочной камере. Нижнюю0 They clean the surfaces of the combined cavities 2 of the plates 1 and the volume elements 3 from soils and oxides, first applying chemical treatment (for example, degreasing with carbon tetrachloride), and then vacuum cleaning while heating the components to be combined. Before vacuum cleaning, the connected components are placed in a vacuum welding chamber. Bottom

0 пластину 1 размещают в приспособлении дл установки деталей таким образом, что ее полости 2 обращены вверх, а поверхность , смежна с другой пластиной, расположена горизонтально. Объемные элементы0 plate 1 is placed in the device for mounting parts so that its cavities 2 are facing up, and the surface adjacent to the other plate is horizontal. Volume elements

5 3 размещают в соответствующих полост х данной пластины, например, с помощью микроманипул тора. Совмещают слепым способом верхнюю пластину 1 с нижней пластиной совмещением ее полостей и вы0 ступающими над поверхностью част ми объемных элементов 3 в следующей, например , последовательности. Взаимно ориентируют соедин емые пластины 1 по внешнему контуру и сближают их смежны5 ми поверхност ми. Задав угол взаимного наклона пластин в несколько градусов, совмещают полость 2 верхней пластины с частью объемного элемента 3, выступающей из полости нижней пластины. Измен в5 3 are placed in the corresponding cavities of this plate, for example, using a micromanipulator. Blindly combine the upper plate 1 with the lower plate by combining its cavities and parts of the volume elements 3 protruding above the surface in the following, for example, sequence. The joined plates 1 are mutually oriented along the external contour and bring them together by adjacent surfaces. Having set the angle of mutual inclination of the plates in several degrees, the cavity 2 of the upper plate is combined with a part of the volume element 3 projecting from the cavity of the lower plate. Change in

0 малом диапазоне положение верхней пластины вдоль продольной оси элемента 3, по которому произведено начальное совмещение пластин, провод т полное совмещение по всем элементам 3, о чем свидетельствует0 a small range, the position of the upper plate along the longitudinal axis of the element 3, on which the initial alignment of the plates is carried out, is carried out a complete alignment of all the elements 3, as indicated by

5 однородный зазор между смежными поверхност ми пластин и исчезновение при этом возможности их перемещений (колебаний) в плоскости. В сварочной камере создают вакуум пор дка 0,,7 от температуры плав0 лени самого легкоплавкого материала в системе (обычно это объемные элементы 3). При этом происходит вакуумна очистка контактирующих поверхностей пластин 1 и объемных элементов, Поддержива неиз5 менной температуру нагрева Тн, прикладывают сжимающее усилие Р, направленное ортогонально их смежным поверхност м. Благодар этому получают заданную величину зазора 8 между пластинами за счет пластической деформации объемных элементов 3. Величина этого зазора в случае использовани полостей 2 пр моугольного сечени зависит от соотношени диаметра элемента 3 и ширины-глубины полости 2, т.е. от соотношени площади сечени объ- емных элементов 50.э. и суммарной площади сечени соответствующих смежных полостей Sn, которые устанавливаютс путем несложного расчета и корректируютс экспериментально. При использовании по- лостей V-образного сечени пластины 1 мо- гутбыть соединены практически без зазора, что достигаетс при S0 э. Sn.5 a uniform gap between the adjacent surfaces of the plates and the disappearance of the possibility of their displacements (oscillations) in the plane. In the welding chamber, a vacuum of about 0, 7 is created on the melting temperature of the very low-melting material in the system (usually these are volumetric elements 3). When this happens, vacuum cleaning of the contacting surfaces of the plates 1 and volume elements, maintaining the heating temperature Tn, applies a compressive force P directed orthogonally to their adjacent surfaces. Thanks to this, a given gap 8 is obtained between the plates due to plastic deformation of the volume elements 3. Value In the case of using cavities 2 of a rectangular cross section, this gap depends on the ratio of the diameter of element 3 and the width-depth of cavity 2, i.e. on the ratio of the cross-sectional area of bulk elements 50.e. and the total cross-sectional area of the respective adjacent cavities Sn, which are determined by simple calculation and corrected experimentally. When using the cavities of the V-shaped section, the plate 1 can be connected with almost no gap, which is achieved at S0 e. Sn.

Claims

Temporary holding of the structure is made for a given P and T, during which the process of interdiffusion of the materials of the plates 1 and the bulk elements 3 occurs, as a result of which a one-piece exact connection of the components takes place. Turn off the heat and cool the product without relieving the pressure P from the plates being joined. The product is unloaded from the welding installation with the obtained permanent connection of its parts. The invention of the method of connecting printed circuit boards, including the imposition of boards on top of one another, the combination of their topological structures by interfacing dimples made in the boards, with three-dimensional elements placed in them, pressing the boards against one another with the deformation of three-dimensional elements, and the fact that, in order to improve the technological process, the accuracy of combining the boards and the tightness of their connection, the walls of the cavities in the boards and the connecting elements are made of mutually diffund materials, while the cavity is made in the form of closed grooves, and the volume elements - in the form of tori.

/

1

FIG. I

FIG 4

Fig.Z

5

Pig 9

Fie.6

at

Rig. ten

1 2 3 in

FIG. 13

1 2 9

7 7

Fig 18