2. Експериментальний процес
2.1 Затвердіння клейкої плівки
Було помічено, що безпосереднє створення вуглецевої плівки або склеювання з графітовим папером наSiC пластинипокритий клеєм призвело до кількох проблем:
1. В умовах вакууму клейка плівка наSiC пластиничерез значне виділення повітря, що призвело до пористості поверхні. Це перешкоджало правильному склеюванню клейових шарів після карбонізації.
2. Під час склеюваннявафельнийнеобхідно помістити на графітовий папір одним рухом. Якщо відбувається зміна положення, нерівномірний тиск може зменшити однорідність клею, негативно вплинувши на якість з’єднання.
3. Під час вакуумних операцій вихід повітря з клейового шару спричинив відшарування та утворення численних пустот у клейкій плівці, що призвело до дефектів з’єднання. Щоб вирішити ці проблеми, попередньо висушіть клей навафельнірекомендується склеювати поверхню за допомогою гарячої пластини після нанесення покриття.
2.2 Процес карбонізації
Процес створення карбонової плівки наНасіннєва пластина SiCі приклеювання його до графітового паперу вимагає карбонізації клейового шару при певній температурі для забезпечення щільного приклеювання. Неповна карбонізація клейового шару може призвести до його розкладання під час росту з виділенням домішок, які впливають на якість росту кристалів. Тому забезпечення повної карбонізації клейового шару має вирішальне значення для високої щільності склеювання. Це дослідження вивчає вплив температури на карбонізацію клею. Нанесли рівномірний шар фоторезистувафельнийповерхні та поміщають у трубчасту піч під вакуумом (<10 Па). Температуру підвищували до заданих рівнів (400 ℃, 500 ℃ і 600 ℃) і підтримували протягом 3-5 годин для досягнення карбонізації.
Експерименти вказані:
При 400 ℃ через 3 години клейка плівка не карбонізувалась і стала темно-червоною; через 4 години суттєвих змін не спостерігалося.
При 500 ℃ через 3 години плівка стала чорною, але все ще пропускала світло; без істотних змін через 4 години.
При 600 ℃ через 3 години плівка стала чорною без пропускання світла, що вказує на повну карбонізацію.
Таким чином, відповідна температура склеювання повинна бути ≥600 ℃.
2.3 Процес нанесення клею
Рівномірність клейкої плівки є критичним показником для оцінки процесу нанесення клею та забезпечення рівномірного клейового шару. У цьому розділі розглядається оптимальна швидкість віджимання та час нанесення покриття для різних товщин клейової плівки. Одноманітність
u товщини плівки визначається як відношення мінімальної товщини плівки Lmin до максимальної товщини плівки Lmax на корисній площі. Для вимірювання товщини плівки було вибрано п’ять точок на пластині та розраховано однорідність. На малюнку 4 показано точки вимірювання.
Для високої щільності з’єднання між пластиною SiC і графітовими компонентами бажана товщина клейової плівки становить 1-5 мкм. Була обрана товщина плівки 2 мкм, яка застосовна як для підготовки вугільної плівки, так і для процесів склеювання вафель/графітового паперу. Оптимальні параметри спін-коутингу для карбонізуючого клею становлять 15 с при 2500 об/хв, а для адгезиву для зв’язування – 15 с при 2000 об/хв.
2.4 Процес склеювання
Під час склеювання пластини SiC з графітом/графітовим папером дуже важливо повністю видалити повітря та органічні гази, що утворюються під час карбонізації, з шару склеювання. Неповне видалення газу призводить до утворення пустот, що призводить до нещільного зв’язувального шару. Повітря та органічні гази можна видаляти за допомогою механічного масляного насоса. Спочатку безперервна робота механічного насоса забезпечує досягнення межі вакуумної камери, дозволяючи повністю видалити повітря зі зв’язувального шару. Швидке підвищення температури може перешкодити своєчасному видаленню газу під час високотемпературної карбонізації, утворюючи порожнечі в сполучному шарі. Адгезивні властивості вказують на значне виділення газів при ≤120 ℃, стабілізуючись вище цієї температури.
Зовнішній тиск застосовується під час склеювання, щоб підвищити щільність клейкої плівки, сприяючи видаленню повітря та органічних газів, у результаті чого утворюється шар склеювання високої щільності.
Таким чином, була розроблена крива процесу з’єднання, показана на малюнку 5. Під певним тиском температура підвищується до температури виділення газів (~120 ℃) і підтримується до повного виділення газів. Потім температуру підвищують до температури карбонізації, яку підтримують протягом необхідного часу, після чого відбувається природне охолодження до кімнатної температури, скидання тиску та видалення скріпленої пластини.
Згідно з розділом 2.2, клейку плівку потрібно карбонізувати при 600 ℃ протягом більше 3 годин. Тому на кривій процесу склеювання T2 встановлено на 600 ℃, а t2 на 3 години. Оптимальні значення для кривої процесу з’єднання, визначені за допомогою ортогональних експериментів, що вивчають вплив тиску з’єднання, часу нагрівання першої стадії t1 і часу нагрівання другої стадії t2 на результати з’єднання, наведені в таблицях 2-4.
Зазначені результати:
При тиску склеювання 5 кН час нагрівання мав мінімальний вплив на склеювання.
При 10 кН площа порожнеч у зв’язуючому шарі зменшилася при тривалому нагріванні першої стадії.
При 15 кН подовження нагрівання першого ступеня значно зменшило порожнечі, зрештою їх усунувши.
Вплив часу нагрівання другої стадії на з’єднання не було очевидним у ортогональних тестах. Фіксуючи тиск з’єднання на рівні 15 кН і час нагрівання на першому етапі 90 хв, час нагріву на другому етапі 30, 60 і 90 хв призвели до щільних шарів з’єднання без пустот, що вказує на час нагріву другого етапу. невеликий вплив на склеювання.
Оптимальними значеннями для кривої процесу з’єднання є: тиск з’єднання 15 кН, час нагріву першого ступеня 90 хв, температура першого ступеня 120 ℃, час нагріву другого ступеня 30 хв, температура другого ступеня 600 ℃ і час витримки другого ступеня 3 години.
Час публікації: 11 червня 2024 р