Другие журналы

научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана

НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Издатель ФГБОУ ВПО "МГТУ им. Н.Э. Баумана". Эл № ФС 77 - 48211.  ISSN 1994-0408

Оценка механических напряжений в соединенных при повышенной температуре кремнии и стекле

# 12, декабрь 2014
DOI: 10.7463/1214.0745310
Файл статьи: SE-BMSTU...o965.pdf (519.77Кб)
автор: Синев Л. С.

УДК 621.3.049.77::621.3.082.61::536.413.2

Россия,  Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова

При электростатическом соединении, также известном как анодная посадка, кремний соединяется со стеклом посредством приложения внешней разности потенциалов и одновременного нагрева до температур 200…450 °С. После соединения детали, охлаждаясь до рабочей температуры, взаимно деформируются. Вследствие разности значений коэффициентов теплового линейного расширения стекла и кремния образуются механические напряжения, также называемые коэффициентными. Целью данной работы является определение технологических и конструктивных решений для обеспечения соединения с минимальными коэффициентными напряжениями.
Нелинейная зависимость коэффициентов теплового линейного расширения материалов соединяемых деталей от температуры затрудняет минимизацию коэффициентных напряжений при помощи выбора материалов по справочным данным о средних значениях коэффициентов теплового линейного расширения в температурном диапазоне. Для оценки возможностей по снижению механических напряжений, вызванных разницей тепловых свойств соединяемых материалов, в работе использовали две модели представления сборки: два тонких соединённых слоя и многослойный композиционный материал.
Исходя из свойств двух марок соединяемых стёкол (ЛК5, Borofloat 33) и кремния, на основании описанных моделей рассчитаны значения коэффициентных напряжений при температуре Tw в деталях, соединённых при нескольких разных фиксированных температурах Tb. Показано наличие зависимости коэффициентных напряжений на поверхности кремния от соотношения толщин соединённых кремния и стела. На основании полученных оценок сделан вывод, что, варьируя толщину стекла, можно получить нулевые напряжения на некоторой глубине кремния или же иметь на этой глубине напряжения заданной величины. Приведены способы применения моделей оценки для оптимизации режима проведения электростатического соединения пластин кремния и стекла с целью минимизации влияния коэффициентных напряжений в диапазоне рабочих температур получаемого прибора.

Список литературы
  1. Wallis G., Pomerantz D.I. Field Assisted Glass-Metal Sealing // Journal of Applied Physics. 1969. Vol. 40, no. 10. P. 3946–3949. DOI: 10.1063/1.1657121
  2. Wei J., Xie H., Nai M. L., Wong C.R., Lee L.C. Low temperature wafer anodic bonding // Journal of Micromechanics and Microengineering. 2003. V ol . 13, no . 2. P. 217 - 222. DOI: 10.1088/0960-1317/13/2/308
  3. Синев Л.С. Особенности применения электростатического соединения кремния со стеклом в микросистемной технике // Инженерный вестник. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2014. № 5. Режим доступа: http://engbul.bmstu.ru/doc/722572.html (дата обращения 20.08.2014).
  4. ОСТ 11 0041-85. Стекло электровакуумное. Термины и определения. Введ. 1986-01-01. М., 1985. 42 с.
  5. Мазурин О.В., Тотеш А.С., Стрельцина М.В., Швайко-Швайковская Т.П. Тепловое расширение стекла. Л .: Наука , Ленингр . отд - ние , 1969. 216  с .
  6. Zemen Y., Prewitz T., Geipel T. The impact of yield strength of the interconnector on the internal stress of the solar cell within a module // 5th World Conference on Photovoltaic Energy Conversion, Valencia, Spain, 2010. P. 4073 - 4078.
  7. Li L., Guo Y., Zheng D. Stress Analysis for Processed Silicon Wafers and Packaged Micro-devices // Micro- and Opto-Electronic Materials and Structures: Physics, Mechanics, Design, Reliability, Packaging / Suhir E., Lee Y. C., Wong C. P., eds. Springer US , 2007. P. B677–B709. DOI: 10.1007/0-387-32989-7_45
  8. Синев Л.С., Рябов В.Т. Согласование коэффициентов термического расширения при электростатическом соединении кремния со стеклом // Нано- и микросистемная техника. 2011. № 5 (130). С. 24-27.
  9. Кристенсен Р. Введение в механику композитов / пер. с англ. А.И. Бейля и Н.П. Жмудя; под ред. Ю.М. Тарнопольского. М.: Мир, 1982. 336 с .
  10. Jones R.M. Mechanics of composite materials. CRC Press, 1998. 538 p.
  11. Синев Л.С., Рябов В.Т. Расчет коэффициентных напряжений в соединениях кремния со стеклом // Нано- и микросистемная техника. 2014. № 9 (170). С . 32–37.
  12. Cozma A., Puers B. Characterization of the electrostatic bonding of silicon and Pyrex glass // Journal of Micromechanics and Microengineering. 1995. Vol . 5, no . 2 . P. 98 - 102. DOI: 10.1088/0960-1317/5/2/010
  13. Алфутов Н.А., Зиновьев П.А., Попов Б.Г. Расчет многослойных пластин и оболочек из композиционных материалов. М.: Машиностроение, 1984. 264 с.
  14. Васильев В.В. Механика конструкций из композиционных материалов. М.: Машиностроение, 1988. 272 с.
  15. Silicon (Si), lattice parameter, thermal expansion // Group IV Elements, IV-IV and III-V Compounds. Part b – Electronic, Transport, Optical and Other Properties / O. Madelung, U. Rössler, M. Schulz, eds. Springer Berlin Heidelberg , 2002. P. 1-17. (Ser. Landolt-Börnstein - Group III Condensed Matter; vol. 41A1b). DOI: 10.1007/10832182_445
  16. Bao M. Mechanics of Beam and Diaphragm Structures // Analysis and Design Principles of MEMS Devices. Amsterdam: Elsevier, 2005. P. 33 - 114. DOI: 10.1016/B978-044451616-9/50003-5
  17. Schott Borofloat 33. The versatile floated borosilicate glass - with an infinite number of applications // SCHOTT Technical Glass Solutions GmbH: company website. Available at: http://www.schott.com/borofloat/russian/download/borofloat_33_e.pdf, accessed 01.11.2014.
  18. LK5 glass type // Lytkarino Optical Glass Factory, JSC [ Лыткаринский завод оптического стекла ]: сайт компании . Режим доступа: http://lzos.ru/glass_pdf/LK5.pdf (дата обращения 09.10.2007).

Тематические рубрики:
Поделиться:
 
ПОИСК
 
elibrary crossref ulrichsweb neicon rusycon
 
ЮБИЛЕИ
ФОТОРЕПОРТАЖИ
 
СОБЫТИЯ
 
НОВОСТНАЯ ЛЕНТА
18.12.2017
С 21 по 24 ноября 2017г. в МГТУ им. Н.Э. Баумана прошла XII Всероссийская инновационная молодежная научно-инженерная выставка «Политехника», посвященная 170-летию со дня рождения Н.Е. Жуковского в рамках Всероссийского инновационного молодежного научно-инженерного форума «Политехника».

11.10.2017
XII Всероссийская инновационная молодежная научно-инженерная выставка «ПОЛИТЕХНИКА», посвященная 170-летию со дня рождения Н.Е. Жуковского 21–24 ноября 2017 года г. Москва

25.05.2017
C 15 по 17 мая 2017г. в МГТУ им. Н.Э. Баумана прошел III этап (Всероссийский) Всероссийской студенческой олимпиады по физике (в технических вузах).

25.04.2017
С 12 по 14 апреля в МГТУ им. Н.Э. Баумана прошел Всероссийский этап Всероссийской олимпиады по безопасности жизнедеятельности.

4.04.2017
С 14 по 16 марта 2017г. в МГТУ им. Н.Э. Баумана прошел III (Всероссийский) тур Всероссийской студенческой олимпиады по иностранному языку (английский в технических вузах).




Авторы
Пресс-релизы
Библиотека
Конференции
Выставки
О проекте
Rambler's Top100
Телефон: +7 (915) 336-07-65 (строго: среда; пятница c 11-00 до 17-00)
  RSS
© 2003-2018 «Наука и образование»
Перепечатка материалов журнала без согласования с редакцией запрещена
 Тел.: +7 (915) 336-07-65 (строго: среда; пятница c 11-00 до 17-00)