Глава 4

МОНТАЖНАЯ МИКРОСВАРКА

4.1. История сварки

Сварка - технологический процесс соединения деталей в результате действия межатомных сил, которые образуются при местном сплавлении и совместном пластическом деформировании свариваемых поверхностей. Микросварка (microwelding) — набор способов межсоединений с очень малой зоной сплавления или без расплавления, так чтобы сварной шов был соизмерим с микроскопическими размерами соединяемых деталей: выводов кристаллов микросхем с внешними выводами корпусов, выводов микросхем с контактными площадками на монтажных подложках. На рис. 4.1 показан пример таких межсоединений, чтобы представить место микросварки в современной электронике.

Рис. 4.1. Иллюстрация микроскопических размеров межсоединений кристаллов микросхем с подложкой

Сварка используется человечеством с VII...VIII века до нашей эры в виде кузнечной сварки, при которой соединяемые поверхности (в основном — стали) разогревались в кузнечном горне и затем сковывались. Деформации свариваемых поверхностей при ковке раздвигают поверхностные пленки и освобождают их от окисных пленок для сварного соединения. Таким образом, например, изготавливалась булатная сталь, — тонкие стальные полосы сковывались в форму меча и затем закаливались по режимам, секрет которых утерян.

Для цветных металлов издревле использовалась литейная сварка. До конца XIX века ничего нового в технологии сварки не появлялось. В 1802 г. наш физик-экспериментатор Петров, соединив последовательно в большую батарею десятки гальванических элементов, получил мощный энергетический источник, от которого получил устойчивый электрический разряд, названный им вольтовой дугой (в честь популярного тогда ученого — Вольта). В дуговом разряде плавились металлы. В 1882 г. Бенардос и в 1890 г. Славянов предложили использовать электрическую дугу для сплавления металлов — соединения сваркой. С начала XX века электрическая сварка стала ведущим способом соединения сталей.

В 1903 г. француз Фуше запатентовал в Германии газовую сварку.

Во второй половине XX века для сварки стали использовать и другие виды энергии: плазму, электронный, фотонный и лазерный лучи, взрыв, ультразвук и др. Теперь разновидностей сварок так много, что потребовалась их классификация:

• сварка плавлением: дуговая, плазменная, электрошлаковая, газовая, лучевая и др.;

• сварка давлением (деформационная сварка): горновая, холодная, ультразвуковая, трением, взрывом и др.;

По видам энергии, используемой для нагрева свариваемых поверхностей, различают:

• электрическую: дуговая, контактная, электрошлаковая, плазменная, индукционная и др.;

• механическую: трением, холодная, ультразвуковая и др.;

• химическую: газовая, термитная;

• лучевую: фотонная, электронная, лазерная.

Особый вид сварки — диффузионная сварка (холодная сварка), основанная на способности физически чистых поверхностей к «сцеплению» благодаря атомным связям. Для этого требуется некоторое сжимающее усилие, достаточное (за счет деформации) для сближения поверхностей на расстояние радиуса действия межатомных сил. Диффузионный процесс особенно полно протекает в вакууме при температуре ниже температуры плавления наиболее легкоплавкого из соединяемых материалов, то есть в твердом их состоянии.