1.1. Классификация видов сварок

Наибольшее распространение имеет классификация видов сварок по методам их осуществления и видам энергии, используемой для нагрева свариваемых поверхностей.

Сварка плавлением:

дуговая, плазменная, электрошлаковая, газовая, лучевая и др;

сварка давлением (деформационная сварка):

горновая, холодная, ультразвуковая, трением, взрывом и др;

электрическая:

дуговая, контактная, электрошлаковая, плазменная, индукционная и др.;

механическая:

холодная, ультразвуковая и др.;

химическая:

газовая, термитная;

лучевая:

фотонная, электронная, лазерная.

Особый вид – диффузионная сварка (холодная сварка), основанная на способности физически чистых поверхностей к «сцеплению» благодаря атомным связям. Для этого требуется сжимающее усилие, достаточное 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.

1.2. Микросварка в производстве изделий электроники

У современных изделий электроники размеры монтажных элементов настолько малы, что образование зоны плавления, какая наблюдается в конструкционной сварке, привело бы к их разрушению.

Первое отличие монтажной микросварки от других методов соединений (в первую очередь от конструкционной сварки) состоит в том, что микросварку проводят методами квазисплавления, когда соединение металлов проходит без образования большого литого ядра, преимущественно за счет процессов термодиффузии, для того чтобы предотвратить разрушение монтажных элементов.

Второе принципиальное отличие состоит в необходимости предотвращения нагрева электронных компонентов, особенно микросхем. Это тем более важно в связи с увеличением количества выводов микросхем и соответствующего уменьшения их размеров, так что зона нагрева при пайке и сварке находится в непосредственной близости к корпусу высокоинтегрированного компонента.

Третья особенность микросварки состоит в ее преимуществе перед пайкой: микросварка позволяет монтировать компоненты с очень малым зазором.

Шаг выводов микросхем порядка 0,4 мм сегодня становится обычным, а завтра ожидается 0,1 мм. Зазор между такими выводами становится настолько малым (100–150) мкм, что при обычной пайке он может быть залит припоем, что приведет к короткому замыканию.

В микроэлектронике такие зазоры обычное явление, и этим обусловлено широкое использование в микроэлектронном производстве методов микросварки.

Зависимость режимов пайки от теплофизических характеристик и конструкции соединяемых элементов делает ее технологию неустойчивой (плохо управляемой), а значит и менее надежной.

Повсеместное распространение методов микросварки в производстве электроники затруднено из-за присущих ей серьезных недостатков, которые заставляют совершенствовать технологию пайки, а сварку применять в исключительных случаях. Самый существенный недостаток микросварки состоит в затруднительности ремонта сварного соединения. Его можно только разрушить, в то время как демонтаж пайки выполняется повторным нагревом. Сварку нельзя использовать для присоединения компонентов с лужеными выводами или легкоплавкими покрытиями под пайку: слой полуды будет расплавлен раньше основного металла, под действием электро- и термодинамических сил в зоне сварки произойдет разбрызгивание припоя и загрязнение сварного шва продуктами его сгорания.

Преимущества монтажной микросварки состоит в том, что она создает не разрушающиеся при высокой температуре соединения. В конструкциях бортовой аппаратуры такие требования возникают при создании микросборок и гибридных интегральных микросхем, и удовлетворить их может только микросварка. Освоение технологий chip on board СОВ – (англ) кристалл на плате и МСМ – (англ) многокристальные модули связано с использованием микросварки как основного метода формирования межсоединений между кристаллами микросхем и монтажной подложкой.