Анализ влияния пространственного распределения заряда на электроадгезионные силы
- д-р техн. наук профессор Санкт-Петербургский горный университет
Аннотация
Разработаны модельные представления о физико-химических процессах при использовании электроадгезионного способа соединения материалов. Рассмотрена кинетика на-копления заряда в приэлектродной области диэлектрика. Рассчитана толщина области локализации заряда, напряженности электрических полей и значения пондеромоторных давлений, обеспечивающих соединение материалов. Показано, что для достижения необходимого пондеромоторного давления, составляющего единицы-десятки мегапаскалей, в типичных случаях требуется несколько десятков минут. Появление больших тянущих полей в процессе получения электроадгезионного соединения становится возможным благодаря миграционной поляризации диэлектрика, развивающейся под действием приложенного к нему электрического напряжения. Это приводит к накоплению слоя отрицательного заряда малой толщины у анода. Приложенное напряжение распределяется не по всей толщине диэлектрика, а фактически оказывается приложенным к тонкому слою объемного заряда у анода. Возникающие при этом сильные электрические поля приводят к соединению контактирующих материалов. Разработана физико-математическая модель, позволяющая оценить силовые характеристики неоднородного электрического поля. Рассмотрены зависимости параметров электроадгезионного контакта от времени. Получены выражения, позволяющие обоснованно выбирать время формирования электроадгезионного контакта, рассчитаны напряженности электростати-ческих полей и сил в динамике. Исследование влияния дискретности распределения заряда на напряженность электростатического поля на небольших расстояниях до заряженной плоскости показало значительные отличия результатов выполненного и традиционного расчетов.
Литература
- Влияние постоянного электрического поля на процессы осаждения тонких металлических пленок платины методом ионно-плазменного распыления / В.П.Афанасьев, Д.А.Чигирев, Н.С.Пщелко, Н.П.Сидорова // Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2010. Вып.6. С.59-65.
- Дерягин Б.В. Адгезия твердых тел / Б.В.Дерягин, Н.А.Кротова, В.П.Смилга. М.: Наука, 1973. 280 с.
- Нагорный В.С. Анализ динамики процесса формирования электроадгезионного контакта / В.С.Нагорный, Н.С.Пщелко, Н.П.Сидорова // Научно-технические ведомости СПбГПУ. 2009. № 6. С.166-170.
- Пщелко Н.С. Использование электрического поля для повышения адгезии электропроводящих пленок к диэлектрическим подложкам при вакуумном нанесении // Вакуумная техника и технология. 2010. № 1. С.31-36.
- Пщелко Н.С. Неразрушающий контроль прочности электроадгезионных соединений проводник – ионный диэлектрик // Записки Горного института. 2011. Т.189. С.264-268.
- Пщелко Н.С. Использование силового действия электрического поля для временного и постоянного соединения материалов / Н.С.Пщелко, А.С.Полль, Д.О.Репетух // Записки Горного института. 2012. Т.196. С.356-360.
- Пщелко Н.С. Влияние дискретности распределения заряда на силовые характеристики электрического поля в электроадгезионных технологиях / Н.С.Пщелко, Н.П.Сидорова, Д.А.Чигирев // Записки Горного института. 2012. Т.196. С.361-367.
- Low temperature wafer anodic bonding / J.Wei, H.Xie, M.L.Nai, C.K.Wong, L.C.Lee // J.Micromech. Microeng. 2003. Vol.13. P.217-222.
- Optical sensors for vapors, liquids, and biological molecules based on porous silicon technology / L.De Stefano, L.Moretti, A.Lamberti, O.Longo, M.Rocchia, A.M.Rossi, P.Arcari, I.Rendina // IEEE Transaction on Nanotechnology. 2004. Vol.3(1). P.49-54.
- Pshchelko N.S. Electrochemical Properties of a Polypyrrole-Polyimide Composite / N.S.Pshchelko, K.L.Levin // Polymer Science. Ser.A. 2011. Vol.53. N 6. P.510-520.
- Pshchelko N.S. Modeling of physical and chemical processes of anodic bonding technology / N.S.Pshchelko, M.P.Sevryugina // Advanced Materials Research. 2014. Vol.1040. P.513-518.
- Pshchelko N.S. Interlayer Polarization of Ionic Dielectrics at Anodic Bonding Process with a Conductor Surface // Non-ferrous metals. 2006. N 4. P.27-31.