Технологии изготовления кремниевых полупроводниковых приборов

Общие сведения

Описание технологии изготовления кремниевых полупроводниковых приборов - как дискретных схем (полупроводниковых схем, содержащих только один активный прибор, например, транзистор), так и интегральных микросхем (соединенных между собой матриц активных и пассивных элементов на одной полупроводниковой подложке, способных выполнять, по крайней мере, функцию одной электронной схемы) - включает многочисленные высокотехнологические процессы и операции. Цель данной статьи состоит в общем описании и объяснении основных технологических этапов изготовления кремниевых полупроводниковых приборов и соответствующих вопросов охраны окружающей среды, здоровья и безопасности (EHS).Изготовление интегральных схем (IC) представляет собой цепь технологических процессов, которые могут повторяться много раз. В самых популярных IC применяется 6 и более масок для формирования рисунков, чаще всего от 10 до 24. Изготовление микросхемы начинается с кремниевой пластины, имеющей сверхвысокую чистоту и диаметр от 4 до 12 дюймов. Высокочистый кремний является почти изолятором, но определенные примеси, которые называются легирующими добавками и добавляются в количестве от 10 до 100 частей на миллион, делают кремний способным проводить электричество.

Интегральная схема может содержать миллионы транзисторов (а также диодов, резисторов и конденсаторов) из легированного кремния, соединенных между собой по соответствующей схеме, которые образуют логическую ячейку вычислительной машины, ячейку памяти или схему другого типа. Сотни микросхем могут быть изготовлены на одной пластине.Для всех кремниевых полупроводниковых приборов существует шесть основных технологических процессов: окисление, литография, травление, легирование, химическое парофазное осаждение и металлизация. Затем следуют процессы сборки, испытания, маркировки, упаковки и отгрузки.

Окисление

Обычно первый этап изготовления полупроводниковых приборов включает окисление внешней поверхности пластины, которое позволяет получить тонкую пленку (около одного микрона) диоксида кремния . Эта пленка защищает поверхность кремния от проникновения посторонних химических веществ и служит маской для последующего процесса диффузии. Возможность создавать ("выращивать") на кремнии химически устойчивую защитную пленку диоксида кремния делает кремниевые пластины наиболее широко применяемыми полупроводниковыми подложками.

Окисление, обычно называемое термическим окислением, представляет собой процесс, который выполняют в высокотемпературных диффузионных печах. Защитная пленка диоксида кремния выращивается в атмосфере, содержащей либо кислород (сухое окисление), либо кислород в смеси с водяным паром (жидкостное окисление). Температура в печах поддерживается в диапазоне от 800 до . Также могут добавляться хлористые соединения в виде хлористого водорода (HCl) для контроля нежелательных примесей. На современных предприятиях наблюдается тенденция к применению вертикальных печей окисления. Вертикальные печи лучше соответствуют требованиям строгого контроля загрязнений, большему размеру пластин и делают возможной более равномерную технологическую обработку. Они также позволяют экономить драгоценное место чистых помещений.

Сухое окисление

Кремниевые пластины, подвергаемые окислению, сначала очищаются с помощью детергента и водного раствора, растворителей с ксилолом, изопропиловым спиртом или других. Очищенные пластины высушиваются и загружаются в кварцевый держатель для пластин, который называется лодочкой. Затем они помещаются в кварцевую трубу или ячейку диффузионной печи с операторского конца (загрузочный конец). Через входной конец трубы (источник) подается высокочистый кислород или смесь кислорода и азота. Поток "сухого" кислорода контролируется в кварцевой трубе и обеспечивает избыток кислорода для выращивания диоксида кремния на поверхности кремниевой пластины. Основная химическая реакция следующая:

Si + ->

Жидкостное окисление

Наиболее распространенные способы введения водяного пара, когда вода является окислителем, следующие: пирофорное окисление, под высоким давлением, барботерное и импульсное. Основные химические реакции имеют следующий вид:

Пирофорное окисление и под высоким давлением:

 Si + 2 + 2-> + 2

Барботерное и импульсное окисление:

Si + 2 -> + 2

Пирофорное окисление включает введение и горение смеси газа-окислителя кислорода и газообразного водорода. Такие системы обычно называются горящими водородными системами или горелками. Водяной пар образуется, когда необходимое количество водорода и кислорода вводится на входе трубы и вступает в реакцию. Данная смесь должна строго контролироваться, чтобы обеспечивалось надлежащее горение и предотвращалось накопление взрывоопасного газообразного водорода.

Окисление под высоким давлением (HiPox) технически называется системой пиросинтеза воды; водяной пар при этом образуется посредством реакции сверхчистого водорода и кислорода. Затем пар откачивается в камеру высокого давления, в которой создается давление в 10 атмосфер, что ускоряет процесс жидкостного окисления. В качестве источника пара также может применяться деионизованная вода.

При барботерном окислении деионизованная вода подается в контейнер, который называется барботер. В нем поддерживается постоянная температура воды ниже точки кипения () с помощью нагревательной сетки. Газообразный азот или кислород подается на вход барботера, насыщается водяным паром, когда он поднимается через воду, и выпускается через выход в диффузионную печь. Барботерные системы чаще всего применяются в качестве систем окисления.

При импульсном окислении деионизованная вода непрерывно стекает на поверхность подогреваемого дна кварцевого контейнера. Происходит интенсивное испарение воды при попадании на горячую поверхность. Газообразный азот или кислород течет над испаряющейся водой и переносит водяной пар в диффузионную печь.

Рис. 1. Технологическая схема изготовления n-р-n-эпитаксиально-планарного кремниевого транзистора: а - исходная эпитаксиальая структура, б - структура с защитной оксидной пленкой, в - фотолитография и диффузия базы, г - окисление, фотолитография и диффузия эмиттера, д - формирование металлических контактов; 1 - эпитаксиальный слой, 2 - кремниевая пластина, 3 - защитная пленка оксида кремния, 4 - р-область базы. 5 - n -область эмиттера, 6 - металлические контакты .

Рис 2. Зависимость толщины x₀ оксида от времени окисления t при постоянных температуре и давлении газообразного окислителя.

Пайка

Герметизацию пайкой применяют в стеклянных (микросхемы серии К106 и др.) и керамических (микросхемы серии ТСМ) корпусах с плоскими планарными выводами (рис. 1.1, г, д). В первом случае стеклянное основание получают в форме (прессование стеклянного порошка с последующим оплавлением) одновременно с системой выводов и коваровой рамкой. Во втором случае вначале изготавливают керамическое основание с пазами под выводы, а затем выполняют пайку стеклом коваровых выводов и рамки. В обоих случаях для облегчения изготовления основания корпуса плоские выводы объединены в общую систему с помощью технологической рамки. Впоследствии после выполнения внутреннего монтажа (перед электрическим контролем) технологическая рамка отрезается штампом, разобщая выводы микросхемы.

Золотое покрытие на коваровой рамке позволяет получать надежное паяное соединение с крышкой корпуса (никель, никелированная медь и др.). С этой целью на коваровую рамку укладывают рамку из припоя ПОС-61 толщиной 0,15 - 0,2 мм, устанавливают крышку, и корпус с микросхемой помещают на нагреватель, снабженный вибратором (50 Гц). Наличие бортика по контуру рамки исключает проникновение припоя внутрь корпуса.

Для пайки корпусов применяют автоматические и полуавтоматические установки. На установке АГМП-1 (автомат герметизации микросхем пайкой) пайку выполняют в среде инертного газа. Корпуса устанавливают в кассеты, обеспечивающие регулируемое усилие прижима на крышку корпуса в пределах 3 -10 г. Кассеты, содержащие по 10 корпусов каждая, помещают в магазин (емкость магазина 20 кассет). Расплавление рамки припоя осуществляется импульсным нагревом в диапазоне регулируемых температур (150 - 450) ± 3° С. Во избежание термоудара изделие подвергают предварительному нагреву в пределах (100 - 200) ± 10° С. Время пайки (регулируемое) 5 -15 с с дискретностью 1 с. Вибрация может быть наложена со смещением по времени от начала пайки на 2 -12с. Расход инертного газа давлением 1,5-2 ат. составляет 0,5 м³ /ч. Производительность установки 450 корпусов в час.

Пайка припоями выполняется при температурах 170--350 °С. Перед пайкой изделие облуживают расплавленным припоем или помещают его между соединяемыми деталями в виде прокладок, таблеток, колец и др. Далее корпуса герметизируют,применяя различные способы нагрева, необходимые для оплавления припоя. При кондуктивном методе нагрева детали корпуса ИМС с прокладкой припоя между ними, предварительно обработанной раствором или расплавом флюса (канифоли), зажимают с небольшим усилием между двумя нагревательными плитами. Недостаток этого метода -- значительный нагрев основания корпуса, на котором расположена ИМС, а также необходимость применения флюса, остатки которого трудно полностью удалить, и они могут попасть внутрь корпуса.

При обдуве струей горячего газа (азота или аргона) корпуса со стороны крышки применение флюса исключается, так как пайка проводится в инертной атмосфере.

Конвективный нагрев применяют при крупносерийном и массовом производстве. Собранные детали корпусов сжимают и фиксируют на все время пайки, которую провопят в конвейерных печах с защитной средой. Скорость движения конвейера температурный режим печи (подъем температуры до заданной, выдержка и охлаждение) обеспечивают оптимальный цикл пайки.

Этот метод пайки достаточно прост и доступен, однако из-за высокой теплопроводности припоя необходимо нагревать весь корпус. Кроме того, прочность паяного шва обычно ниже прочности соединяемых материалов (меди, никеля и особенно ковара). Пайку стеклом применяют не только для контакта кристаллов с корпусами и крепления внешних выводов к керамическим основаниям, но и для соединения керамических крышек с основаниями. Это значительно упрощает конструкцию корпусов и сборку ИМС. При такой пайке в качестве припоев используют низкотемпературные стекла.

Пайку перемычек к контактным площадкам можно осуществлять с дозированием припоя в процессе пайки или с предварительным лужением контактных площадок. Последний способ является более прогрессивным, так как предполагается нанесение припоя высокопроизводительным методом погружения. Такой способ используют, например, в тонкопленочных гибридных схемах серии К217 (медные луженые контакты), а также в толстопленочных гибридных схемах серий К202,

К204 (серебряные луженые контакты) и некоторых других. Особенностью лужения тонкопленочных контактов является опасность их ослабления из-за растворения (диффузии) материала пленки в припой. Поэтому для лужения золотых и серебряных контактов применяют припой ПОС-61, модифицированный золотом или серебром (3%). Температура плавления этих припоев 190° С. Чтобы после облуживания и пайки избежать промывки микросхем, используют пассивные флюсы марок Ф1111 или ПлП. Пайку можно осуществлять с помощью микропаяльников с косвенным импульсным нагревом (время импульса до 2 с), с автоматическим регулированием режима нагрева по температуре, для чего в конструкции паяльника предусмотрена термопара. Другой способ - пайка сдвоенным электродом, при котором тепло выделяется за счет прохождения тока через участок припоя, расположенный под зазором сдвоенного электрода.

Физическая сущность процесса пайки.

Пайкой называется технологический процесс соединения металлических за- готовок без их расплавления посредством введения между ними расплавленного промежуточного металла-припоя. Припой имеет температуру плавления более низкую, чем температура соединяемых металлов, и заполняет зазор между соединяемыми поверхностями за счет действия капиллярных сил. При охлаждении припой кристаллизуется и образует прочную связь между заготовками. В процессе пайки наряду с нагревом необходимо удаление окисных пленок с поверхности паяемых металлов.

Образование соединения без расплавления кромок обеспечивает возможность распая, т. е. разъединения паяемых заготовок без нарушения исходных размеров и формы элементов конструкции.

Качество паяного шва во многом зависит от прочности связи припоя с металлом основы. В результате смачивания твердой металлической поверхности между припоем и основным металлом возникает межатомная связь. Эта связь может образоваться при растворении металла основы в расплавленом припое с образованием жидкого раствора, распадающегося при последующей кристаллизации; за счет диффузии составляющих припой элементов в основной твердый металл с образованием твердого раствора; за счет реактивной диффузии между припоем и основным металлом с образованием на границе интерметаллических соединений; за счет бездиффузионной связи в результате межатомного взоимодействия.

Получение паяного соединения состоит из нескольких этапов: А) Предварительная подготовка паяемых соединений; Б) Нагрев соединяемых деталей до температуры ниже температуры плавления паяемых деталей; В) Удаление окисной плёнки с поверхностей паяемых металлов с помощью флюса; Г) Введение в зазор между паяемыми деталями жидкой полоски припоя;

Д) Взаимодействие между паяемыми деталями и припоем;

Е) Кристаллизация жидкой формы припоя, находящейся между спаевыми деталями;

Пайкой можно соединять любые металлы и их сплавы. В качестве припоя используются чистые металлы (они плавятся при строго фиксированной температуре) и их сплавы (они плавятся в определенном интервале температур).

Разница между температурами начала плавления и полного расплавления называется интервалом кристаллизации. При осуществлении процесса пайки необходимо выполнение температурного условия:

t1 > t2 > t3 > t4

где t1 - температура начала плавления материала детали

t2 - температура нагрева детали при пайке;

t3 - температура плавления припоя;

t4 - рабочая температура паянного соединения;

По особенностям процесса и технологии пайку можно разделить на капиллярную, диффузионную, контактно-реактивную, реактивно-флюсовую и пайкусварку.

Капиллярная пайка. Припой заполняет зазор между соединяемыми поверхностями и удерживается в нем за счет капиллярных сил. На рис.1 показана схема образования шва. Соединение образуется за счет растворения основы в жидком припое и последующей кристаллизации раствора. Капиллярную пайку используют в тех случаях, когда применяют соединение внахлестку. Однако капиллярное явление присуще всем видам пайки.

Диффузионная пайка. Соединение образуется за счет взаимной диффузии компонентов припоя и паяемых материалов, причем возможно образование в шве твердого раствора или тугоплавких интерметаллов. Для диффузионной пайки необходима продолжительная выдержка при температуре образования паяного шва и после завершения процесса при температуре ниже солидуса припоя.

Контактно-реактивная пайка. При пайке между соединяемыми металлами или соединяемыми металлами и прослойкой другого металла в результате контактного плавления образуется сплав, который заполняет зазор и при кристаллизации образует паяное соединение.

Реактивно-флюсовая пайка. Припой образуется за счет реакции вытеснения между основным металлом и флюсом. Например, при пайке алюминия с флюсом 3ZnCl2 + 2Al = 2AlCl3 + Zn восстановленный цинк является припоем.

Пайка-сварка. Паяное соединение образуется так же, как при сварке плавлением, но в качестве присадочного металла применяют припой.

Наибольшее применение получила капиллярная пайка и пайка-сварка.

Диффузионная пайка и контактно-реактивная более трудоемки, но обеспечивают высокое качество соединения и применяются, когда в процессе пайки необходимо обеспечить минимальные зазоры. Качество паяных соединений (прочность, герметичность, надежность и т. д.) зависит от правильного выбора основного металла, припоя, флюса, способа нагрева, величины зазоров, типа соединения.

Материалы для пайки.

Припой. Припои для пайки, заполняющие зазор в расплавленном состоянии между соединяемыми заготовками, должны отвечать следующим требованиям: 1) температура их плавления должна быть ниже температуры плавления паяемых материалов;

2) они должны хорошо смачивать паяемый материал и легко растекаться по его поверхности;

3) должны быть достаточно прочными и герметичными;

4) коэффициенты термического расширения припоя и паяемого материала не должны резко различаться;

5) иметь высокую электропроводность при паянии радиоэлектронных и токопроводящих изделий.

Припои классифицируют по следующим признакам:

А) Химическому составу;

Б) Температуре плавления;

В) Технологическим свойствам;

По химическому составу припои делятся на свинцово-оловянные, серебряные, медно-фосфорные, цинковые, титановые и др.

Все припои по температуре плавления подразделяют на низкотемпературные (tпл<500оС), или мягкие припои, и высокотемпературные (tпл>500оС), или твердые припои. Припои изготовляют в виде прутков, проволок, листов, полос, спиралей, колец, дисков, зерен и т. д., укладываемых в место соединения.

К низкотемпературным, или мягким припоям относятся оловянно-свинцовые, на основе висмута, индия, кадмия, цинка, олова, свинца. К высокотемпературным или твердым припоям относятся медные, медно-свинцовые, медно-никелевые, с благородными металлами (серебром, золотом, платиной).

По техническим свойствам делятся на самофлюсующиеся (частично удаляют окислы с поверхности металла) и композиционные (состоят из тугоплавких и легкоплавких порошков, позволяющих производить пайку с большими зазорами между деталями).

Изделия из алюминия и его сплавов паяют с припоями на алюминевой основе с кремнием, медью, оловом и другими металлами. Магний и его сплавы паяют с припоями на основе магния с добавками алюминия, меди, марганца и цинка. Изделия из коррозионно-стойких сталей и жаропрочных сплавов, работающих при высоких температурах(>500оС), паяют с припоями на основе железа, марганца, никеля, кобальта, титана, циркония, гафния, ниобия и палладия.

Паяльные флюсы. Эти флюсы применяют для очистки поверхности паяемого металла, а также для снижения поверхностного натяжения и улучшения растекания и смачиваемости жидкого припоя.

Флюс (кроме реактивно-флюсовой пайки) не должен химически взаимодействовать с припоем. Температура плавления флюса должна быть ниже температуры плавления припоя. Флюс в расплавленном и газообразном состояниях должен способствовать смачиванию поверхности основного металла расплавленным припоем. Флюсы могут быть твердые, пастообразные, жидкие и газообразные.

Флюсы классифицируют по признакам:

- Температурному интервалу пайки на низкотемпературные (t<4500C) и высокотемпературные (t>4500C);

- Природе растворителя на водные и неводные;

- Природе активатора на канифольные, галогенидные, фтороборатные, анилиновые, кислотные и т.д.;

- По агрегатному состоянию на твердые, жидкие и пастообразные

Наиболее распространенными паяльными флюсами являются бура

(Na2B4O7) и борная кислота (H3BO3), хлористый цинк (ZnCl2), фтористый калий (KF) и другие галоидные соли щелочных металлов.

Способы пайки.

Способы пайки классифицируют в зависимости от используемых источников нагрева. Наиболее распространены в промышленности пайка в печах, индукционная, сопротивлением, погружением, радиационная, горелками, экзофлюсовая, паяльниками, электронагревательными металлами и блоками. Пайка в печах. Нагревают соединяемые заготовки в специальных печах :электросопротивления, с индукционным нагревом, газопламенных и газовых.

Припой заранее закладывают в шов собранного изделия, на место пайки наносят флюс и затем помещают в печь, где это изделие нагревают до температуры пайки. Припой расплавляется и заполняет зазоры между соединяемыми заготовками. Процесс пайки продолжается несколько часов.

Этот способ обеспечивает равномерный нагрев соединяемых деталей без заметной их деформации. Крупные детали паяют в камерных печах с неподвижным подом; большую партию мелких деталей - в печах с сетчатым конвейером или роликовым подом.

Пайка в печах позволяет механизировать паяльные работы и обеспечивает стабильное качество изделий и высокую производительность труда.

Индукционная пайка. Паяемый участок нагревают в катушке-индукторе.

Через индуктор пропускают т. в. ч., в результате чего место пайки нагревается до необходимой температуры. Для предохранения от окисления изделие нагревают в вакууме или в защитной среде с применением флюсов. Индуктор выполнен в виде петли или спирали из красной меди. Формы и размеры индуктора зависят от конструкции паяемого изделия. Различают две разновидности пайки с индукционным нагревом: стационарную и с относительным перемещением индуктора или детали.

Пайка сопротивлением. Соединяемые заготовки нагревают теплотой, выделяющейся при прохождении электрического тока через паяемые детали и токопроводящие элементы. Соединяемые детали являются частью электрической цепи. Нагрев сопротивлением можно осуществлять на контактных сварочных машинах. С нагревом в контактных сварочных машинах паяют при изготовлении тонкостенных изделий из листового материала или при соединении тонкостенных элементов с толстостенными.

Пайка погружением. Эту пайку выполняют в ваннах с расплавленными солями или припоями. Соляная смесь обычно состоит из 55% KCl и 45% HCl.

Температура ванны 700-800оС. На паяемую поверхность, предварительно очищенную от грязи и жира, наносят флюс, между кромками или около места соединения размещают припой, затем детали скрепляют и погружают в ванну.

Соляная ванна предохраняет место пайки от окисления. Перед погружением в ванну с расплавленным припоем, покрытые флюсом детали нагревают до 550оС.

Поверхности, не подлежащие пайке, предохраняют от контакта с припоем специальной обмазкой из графита с добавками небольшого количества извести. Пайку погружением в расплавленный припой используют для стальных, медных и алюминиевых твердых сплавов, деталей сложных геометрических форм. На этот процесс расходуется большое количество припоев. Разновидностью пайки погружением является пайка бегущей волной припоя, когда расплавленный припой подается насосом и образует волну над уровнем расплава. Паяемая деталь перемещается в горизонтальном направлении. В момент касания ванны проходит пайка. Бегущей волной паяют в радиоэлектронной промышленности при производстве печатного радиомонтажа.

Пайка с радиационным нагревом. Пайку выполняют за слет излучения кварцевых ламп, расфокусированного электронного луча или мощного светового потока от квантового генератора (лазера).

Конструкцию, подлежащую пайке, помещают в специальный контейнер, в котором создают вакуум. После вакуумирования контейнер заполняют аргоном и помещают в приспособление, с двух его сторон устанавливают для обогрева кварцевые лампы. После окончания нагрева кварцевые лампы отводят, а приспособление вместе с деталями охлаждают. При применении лазерного нагрева сосредоточенная в узком пучке тепловая энергия обеспечивает испарение и распыление окисной пленки с поверхности основного металла и припоя, что позволяет получать спаи в атмосфере воздуха без применения искусственных газовых сред. При радиационном способе пайки лучистая энергия превращается в тепловую непосредственно в материале припоя и паяемых деталей. Этот способ пайки непродолжителен. Экзофлюсовая пайка. В основном этим способом паяют коррозионно-стойкие стали. На очищенное место соединения наносят тонкий порошкообразный слой флюса. Соединяемые поверхности совмещают, на противоположные стороны заготовок укладывают экзотермическую смесь. Смесь состоит из разных компонентов, которые укладывают в форме пасты или брикетов толщиной в несколько миллиметров. Собранную конструкцию устанавливают в приспособлении и помещают в специальную печь, в которой происходит зажигание экзотермической смеси при 500oC.

В результате экзотермических реакций смеси температура на поверхности металла повышается и происходит расплавление припоя. Этим методом паяют соединения внахлестку и готовые блоки конструкций небольших размеров.

Газопламенная пайка. Паяемые заготовки нагревают и расплавляют припой газосварочными и плазменными горелками. Газовые горелки обладают наибольшей универсальностью. В качестве горючих газов используют ацетилен, природные газы, водород, пары керосина и т.п.

При использовании газового пламени припой можно заранее помещать у места пайки или вводить в процессе пайки вручную. На место пайки предварительно наносят флюс в виде жидкой пасты, разведенной водой или спиртом; конец прутка или припоя также покрывают флюсом.

Нагревают также паяльными лампами, которые по существу являются газовыми горелками, работающими на жидком топливе. Паяльные лампы используют для работы в полевых условиях или в ремонтных мастерских. Плазменной горелкой, обеспечивающей более высокую температуру нагрева, паяют тугоплавкие металлы - вольфрам, тантал, молибден, ниобий и т.п.

Пайка паяльниками. Основной металл нагревают и припой расплавляют за счет теплоты, аккумулированной в массе металла паяльника, который перед пайкой или в процессе ее подогревают. Для низкотемпературной пайки применяют паяльники с периодическим нагревом, с непрерывным нагревом, ультразвуковые и абразивные. Рабочую часть паяльника выполняют из красной меди. Паяльник с периодическим нагревом в процессе работы периодически подогревают от постороннего источника теплоты. Паяльники с постоянным нагревом делают электрическими. Нагревательный элемент состоит из нихромовой проволоки, намотанной на слой асбеста, слюды или на керамическую втулку, устанавливаемую на медный стержень паяльника. Паяльники с периодическим и непрерывным нагревом чаще используют для флюсовой пайки черных и цветных металлов мягкими припоями с температурой плавления ниже 300-350оС. Ультразвуковые паяльники применяют для бесфлюсовой низкотемпературной пайки на воздухе и для пайки алюминия легкоплавкими припоями. Окисные пленки разрушаются за счет колебаний ультразвуковой частоты.

Абразивные паяльники. Такими паяльниками можно паять алюминиевые сплавы без флюса. Окисная пленка удаляется в результате трения паяльника об обрабатываемую поверхность. Абразивный паяльник в отличие от электропаяльника имеет рабочий стержень, изготовленный прессованием из порошка припоя и измельченного асбеста.

Типы паяных соединений

Основными типами паяных соединений являются стыковые и внахлестку. Остальные разновидности соединений являются комбинациями перечисленных. Например, плоские элементы могут быть соединены внахлестку (рис. 3,а), ступенчатым (рис. 3,б), гребенчатым (рис. 3,в), косостыковым (рис 3,г), стыковым (рис.3,д) и тавровым (рис. 3,е) соединениями. [pic]

Стыковое соединение применяют в тех случаях, когда изделие работает не в жестких условиях и от него не требуется герметичности; соединение внахлестку - во всех остальных случаях, причем чем больше площадь перекрытия паяемых заготовок, тем выше будет прочность паяного шва. Криволинейные поверхности соединяют между собой и с плоскими поверхностями в сотовых конструкциях, в панелях с гофрированными проставками и т.п. Эти соединения используют в самолетостроении и для изготовления теплообменников.

К паянным соединениям в зависимости от назначения изделия, кроме общих требований, могут быть предъявлены и специальные по герметичности, электропроводности, коррозионной стойкости и т.п. Сборные части изделий перед пайкой должны быть прочно сое6динены между собой для предотвращения перекосов и относительных смещений. Способы соединения подбирают экспериментальным путем в зависимости от конструкции изделия.

Подготовка деталей к пайке

1. Механическая обработка (подгонка деталей друг к другу и создание шероховатости с помощью шкурки)

2. Обезжиривание поверхностей, подготавливаемых для пайки (едким натром (5-10 г/л), углекислым натрием (15-30г/л), тирнатрийфосфатом (30-60 г/л), эмульгатор ОП-7 (0,5 г/л)). Детали в растворе выдерживают при температуре 50-600С в течение 15-20 минут. После обработки щелочью детали последовательно промывают горячей и холодной водой, а затем сушат.

Структура паяного соединения(Рисунок 1.)

1 - прикристаллизационный слой переменного химического состава;

2 - диффузионная зона с переменным химическим составом;

3 - участок с изменяемой структурой и свойствами в результате локального нагрева

4 - зона изотермической кристаллизации.

Конструкционные параметры паяных соединений (рисунок 2.)

Используемая литература

1. Дальский А. М., Арутюнова И. А., Барсукова Т. М. Технология конструкционных материалов. Учебник для технических вузов. М., «Машиностроение», 1977.

2. http://www.svarkainfo.ru