Spindt型場發(fā)射陣列陰極的焊接技術(shù)研究.pdf

1、Spindt型陰極是十分理想的電子源，它所制造的真空微電子器件兼有固體器件和電真空器件的特點，是一種工作在場致發(fā)射下的冷陰極，可實現(xiàn)瞬時啟動，其具有抗輻射、大功率、體積小和集成化等優(yōu)點。但該陰極不能直接應(yīng)用于實際中，由于陰極本身很脆，遭到外界摩擦膨脹后容易破壞，并且無法通電。因此，需要在硅片焊接鉬片，鉬具有熱膨脹系數(shù)低，熱傳導(dǎo)率高，電阻率低，耐高溫，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點。其一方面可起到保護(hù)硅片的作用,便于陰極的固定；另一方面陰極需要外部電

2、路供電，以實現(xiàn)陰極發(fā)射電子的功能。由于焊料易使硅片撕裂，所以采用在硅片上鍍一層鉬保護(hù)層，起到阻隔釬料的作用。利用仿真軟件模擬分析與試驗相結(jié)合的方法，研究釬焊工藝參數(shù)降溫速度、釬焊溫度、施加壓力、釬料層厚度和鉬層厚度對釬焊的影響，利用金相顯微鏡、掃描電子顯微鏡和能譜分析儀對接頭進(jìn)行檢測。最后還對部分式樣進(jìn)行了熱疲勞試驗。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴利用ANSYS軟件模擬仿真釬焊，研究降溫速度、釬焊溫度、施加壓力和釬料層厚度對釬焊的影

3、響。由模擬分析得：最大等效應(yīng)力先隨著降溫速度的增大而增大，當(dāng)達(dá)到某一值時，其最大等效應(yīng)力隨之減低，當(dāng)降溫速度超過25℃/min時，其最大等效應(yīng)力水平很低；隨著釬焊溫度的升高，其最大等效應(yīng)力隨之減小，當(dāng)達(dá)到850℃附近時，釬焊最大等效應(yīng)力又隨著釬焊溫度的升高而增大；在焊接件上施加壓力時其最大等效應(yīng)力值最小，隨著施加壓力的增大，其應(yīng)力也隨之變大；隨著釬料厚度的增大，其最大等效應(yīng)力也隨著增大。⑵顯微結(jié)構(gòu)分析表明，在硅上鍍一層鉬，可以有效的改善

4、接頭的質(zhì)量。母材、鍍層和釬料均會發(fā)生一定程度的擴(kuò)散，當(dāng)釬料擴(kuò)散到鍍層時，結(jié)合良好；當(dāng)釬料擴(kuò)散至母材硅時，結(jié)合很差。所以希望在保證鍍鉬層結(jié)合良好的情況下，盡可能的增加鍍層鉬的厚度。⑶對釬焊接頭的熱疲勞試驗表明：在0到400的溫度范圍內(nèi)施加熱循環(huán)，循環(huán)次數(shù)為20次后，由掃描電子顯微鏡可以看出，鍍層與基體和焊縫結(jié)合良好。通過軟件仿真與實驗驗證，釬焊接頭檢測結(jié)果與仿真模擬結(jié)果吻合。證明了本方案的可行性，促進(jìn)了有限元法在釬焊中的應(yīng)用，為硅釬焊提供