CC BY
204
Лугин А.Н. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРИЧИН ИЗМЕНЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ РЕЗИСТОРОВ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ГЕРМЕТИЗАЦИИ В МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКИХ КОРПУСАХ
Тонкопленочные резисторы (ТПР) и наборы резисторов из них нашли широкое применение в сложной радиоэлектронной аппаратуре благодаря сочетанию в них передового уровня конструктивно-
технологического исполнения полупроводниковых микросхем и высокого уровня электрических параметров проволочных и фольговых резисторов. Поэтому конструктивно ТПР с высокими электрическими и эксплуатационными характеристиками выполняются, как правило, в корпусах для полупроводниковых микросхем и, в первую очередь, в металлостеклянных и металлокерамических корпусах различных модификаций. Однако проектирование ТПР с уровнем допускаемого отклонения сопротивления от номинального значения ±(0,01^0,001)% и ТКС до ±1-10-6 1/°С в наиболее применяемых для элементной базы высокой надежности металлокерамических корпусах выявило проблемы, связанные с герметизацией этих корпусов. Наиболее распространенными методами герметизации таких корпусов является герметизация пайкой или шовной роликовой сваркой. Применение герметизации пайкой для прецизионных ТПР невозможно из-за несовместимости высокого нагрева изделия при проведении этой технологической операции с условием сохранения электрических характеристик резисторов, т.к. высокая температура влияет на сопротивление и ТКС резистивного элемента.
Герметизация шовной роликовой сваркой лишена такого недостатка. Но и здесь были выявлены отклоне-
ния сопротивления и ТКС резистора после ее проведения.
В связи с этим и была поставлена задача исследования процесса герметизации шовной роликовой сварки, выявления причины ее воздействия на электрические параметры ТПР и выработка мер их исключения
или уменьшения.
В процессе многочисленных экспериментов было установлено, что основной причиной изменения параметров резистора является появление механических напряжений диэлектрической подложки с резистивными элементами и их проявлении в действии тензоэффекта. Анализ технической литературы показал, что в результате термомеханических процессов в зоне сварки протекают сопутствующие процессы: появляются
остаточные напряжения и деформации, происходят структурные изменения в околошовной зоне; изменяется объем металла при нагреве и охлаждении [1]. Не вдаваясь в физику процессов, связанных со структурой металла и неплоскостностью установки корпуса при сварке, можно рассмотреть схему появления механических напряжений, приводящих к короблению металлокерамического корпуса при его герметизации шовной роликовой сваркой (рис. 1).
5 2 5
в)
Рис. 1. Упрощенная схема шовной роликовой сварки металлокерамического корпуса (а, б) и схема появления механических напряжений в подложке с ТПР (в). Здесь: 1- основание корпуса; 2- крышка корпу-
са; 3- роликовые электроды шовной сварки; 4-ободок основания; 5- подложка с ТПР; 6- клеевой слой. и-напряжение источника питания установки шовной сварки
Как отмечается в специальной литературе, процесс нагрева свариваемых деталей довольно сложный и поддается аналитическому решению лишь с большими допущениями. Поэтому, предварительно рассмотрев схему сварки можно отметить, что термомеханические напряжения создаются в основном из-за температурных деформаций за счет:
расплавления и последующего отверждения металла в зоне сварки; остывания металла в зоне сварки;
нагрева и остывания крышки от разогрева от зоны сварки; нагрева и остывания крышки от разогрева током сварки.
При этом механические деформации в процессе сварки от одной сварной точки к другой могут увеличиваться за счет цикличности нагрева между импульсами сварного тока, что ведет к появлению различия деформаций в начале и к концу сварки и дополнительному короблению в перпендикулярном направлении.
Деформированная от нагрева во время действия сварочного импульса крышка, охлаждаясь от момента отверждения металла в зоне сварки, воздействует силой Р через ободок на боковые стенки основания с моментом М=Р'Л, где Л- высота корпуса. При этом изгибается монтажная площадка основания совместно с приклеенной к ней подложкой с ТПР и тем самым изменяется, вследствие тезоэффекта, электрическое сопротивление ТПР. Если учесть, что сварной шов для изделий составляет 0,2-0,25 мм [2] и температура плавления материала крышки НК29 составляет около 1450 °С, то при ТКЛР этого материала 5^10-6 1/°С [2] деформация только от зоны остывания материала крышки в зоне сварки достигнет 1,5 мкм.
Если предположить, что порядок деформации подложки с ТПР соизмерим с деформацией крышки, то, как показали эксперименты, при этом можно ожидать изменение сопротивления на величину около 0,005%.
Необходимо отметить, что появляющиеся существенные деформации могут стать причиной отрыва металлического ободка от керамического основания как в процессе сварки, так и в процессе дальнейшей эксплуатации, и привести к отказу изделия.
Таким образом, причиной изменения сопротивления ТПР при герметизации металлокерамических корпусов можно считать появляющиеся термомеханические напряжения, величину которых и меры по их снижению следует уточнить дальнейшими исследованиями.
ЛИТЕРАТУРА
1. Гуляев А.И. Технология и оборудование контактной сварки. Москва-«Машиностроение».-1985.-254 с.
2. УФ0.487.005 ТУ. Корпуса металлокерамические для микросхем.
