Источник: Источник:Innovative Materials Engineering Laboratory, National Institute for Materials Science, Sengen 1-2-1, Tsukuba, Ibaraki 305-0047, Japan.
http://iopscience.iop.org/1468-6996/7/7/A23/pdf
2.1 Аппарат
Рабочий стол с металлической подложкой, размещенные на ней системы двигателей. Вольфрамовые иглы, как зонды (именуемые в дальнейшем зонд) расположенные вертикально над рабочим столом. Два микроскопа направлены на кончик зонда и его окрестности с разных сторон на горизонтальной плоскости. Зонды и микроскопы являются фиксированными, а рабочий стол перемещается на разных этапах. В этом документе, однако, мы описываем процесс, как если бы процесс находился в движении. Фотографии с микроскопов выводятся на монитор и записывается на видеоплеер через ПЗУ на микроскопах.
Электропитание постоянного тока (Max-электроника, RHV) применяется для создание напряжения между зондом и подложкой. Максимальное выходное напряжение 10 кВ и максимальный выходной ток ограничивается сопротивлением 1 мА. Трубка из нержавеющей стали с внутренним диаметром 8 мм, расположены концентрически вокруг зонда и инертный газ подается через трубку. Аппарат находится в комнате, где влажность и температура составляет 5-15% и 18-20 C, соответственно. Подробная информация о пакете аппарата описаны в работе [1,2], за исключением инертных газов и механизмов. Аппарат был использован для проведения экспериментов в данном исследовании.
2.2. Сварка данным методом
Контактная сварка аналогична точечной сварки. Частицы придерживался на кончике зонда размещенные на металлической подложке с высоким напряжением 4кВ или более, применительно к соединению, которое подводиться на очень низком давлении и связывается с частицами. Частицы, таким образом, привариваются к подложке. Ток намного меньше, и напряжение, намного выше, чем в месте сварки. Контактное давление должно быть очень низким, чтобы поддерживаться сопротивлением между зондом и подложкой выше 100 кО. Опять же, в отличие от точечной сварки, заготовки прессуют электродом, и давление должно быть сохранено при нагреве. Наш метод, следовательно, называется контактная сварка.
2.3. Оценка сварки
Оценить сварку на прочность сложно, потому что частицы очень малы. Косвенные оценки шва осуществляются. Наконечник зонда привязан к началу частицы, которая приваривается к подложке, используя небольшое количество клея (Toagosei Лтд, GL-10). Сварной шов расколот, поднимаем зонд со сломанной поверхности, и наблюдаем его(шов) с помощью сканирующего электронного микроскопа.
Зонд с вольфрамовой иглой (АПЛ Инк, W26-05-01 х 1-1/2). Диаметр и радиус точки зонда 660 и 2 мкм, соответственно. Частицы золота сфера 60-80 мкм в диаметре. Подложки тонкой пластины золота 300 мкм в толщину, связанных с клейкой агента 1.5 мм толщиной медной пластины. Сопротивление между медной пластиной и золотой пластиной меньше, чем 1 Q/cm2, так как высокое давления применяется во время присоединения.
3 Результаты и их обсуждение
3.1. Контактной сварки
Золотые частицы приваривается к подложке контактной сваркой. Зонд находится над частицамы и движется вниз до касания с частицей. Питания, установлено 10 кВ, включается и выключается после установленного времени. Вспышку яркого белого света видно сразу же после включения, но ничего больше не видно в ходе процесса. Видео демонстрирует, что вспышки генерируется в точке контакта между частицей и зондом. Рис. 1 показан кадр из видео. Вспышки объясняются искровым разрядом вызывающего разрушение тонкой пленки оксида на зонде. Без вспышки наблюдается контакт между частицей и подложкой. Голубой свет виден вокруг зонда на рис. 1.
Рис. 1. Яркий свет, полученный в ходе работы контактной сварки.
Это связано с отражением обычном освещении, потому что это наблюдается перед включением.
Рис. 2 показывает вид сверху частиц сваренные контактной сваркой. Сварочное время 2 с. Нестабильная оценка шва недалеко от центра частицы, след слияния местной плавки вызванной искровым разрядом. За исключением этого следа, никакого другого изменения, вызванного контактом сварки не наблюдается на частице или подложке.
3.2. Оценка контактной сварки
Контактная сварка была проведена в разные периоды времени сварки от 0,5 до 10 секунд, после чего частицы были выделены по методу, описанному в разделе 2.3. Рис. 3 показывает, SEM фотографии подложек после того как они были удалены.
Рис. 3. Следы частиц золота, сваренные контактной сварки. Золотые частицы сняли после того, как они вступили при контактной сварки в прочное соединение, с времием сварки: (а) 0,5 с, (б) 1 с
Белые нерегулярные знаки раздробленной поверхности. При сварке с временем 0,5 с, белое пятно в основном в пределах 5-мкм круг. Область не увеличивается, даже если время сварки продлить до 10 С. Любое различие в форме, таким образом, может быть из-за неровностей частиц и подложки. Многочисленные трещины формируются на подложке, когда золотая пластина прижимается с медной пластиной в процессе присоединения. Можно сделать вывод, что совместные силы не зависит от времени сварки. Прочность на растяжение золота около 108 МПа [1,4]. Предполагая, что площадь контакта круга 5 мкм в диаметре, переломная нагрузка на сварной участке, по оценкам, около 2,6 х 10_3N. Это значение 50000 раз больше, чем вес 80-мкм золота частицы.