Размерная обработка керамических подложек на электронно-лучевой установке "ЛУЧ" тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Чжо Янян

• Чжо Янян
• кандидат наук
• 2023

Оглавление диссертации кандидат наук Чжо Янян

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Современное состояние электронно-лучевой обработки и перспективы ее применения для обработки керамических материалов

1.1. Области применения электронно-лучевой обработки

1.1.1. Электронно-лучевая сварка

1.1.2. Электронно-лучевая плавка

1.1.3. Электронно-лучевая наплавка

1.1.4. Электронно-лучевая модификация поверхности

1.1.5. Электронно-лучевое осаждение тонкопленочных покрытий

1.1.6. Электронно-лучевая размерная и микроразмерная обработка

1.1.7. Электронно-лучевая литография

1.2. Размерная обработка диэлектрических материалов

1.2.1. Диэлектрические материалы в приборах и изделиях электронной техники

1.2.2. Методы размерной обработки керамических материалов

1.3. Электронно-лучевая размерная обработка керамических материалов

1.3.1. Особенности электронно-лучевой обработки

1.3.2. Особенности размерной электронно-лучевой обработки керамических материалов

1.3.3. Оборудование для электронно-лучевой обработки

1.3.4. Сравнительный анализ методов размерной обработки керамических материалов

1.4. Перспективы электронно-лучевой размерной обработки для LTCC

1.4.1. Преимущества и применение LTCC

1.4.2. Особенности технологии изготовления ЦГСС

1.5. Особенности и проблемы использования электронно-лучевой обработки в технологии обработки керамических материалов

Выводы по Главе

Глава 2. Теоретическое исследование взаимодействия сфокусированного электронного пучка с керамическими материалами

2.1. Теоретические зависимости процесса обработки керамики сфокусированным электронным лучом

2.1.1. Механизмы воздействия электронного луча на поверхность материала

2.1.2. Факторы, влияющие на тепловые воздействия при электронно-лучевой обработке керамики

2.2. Оценка технологических возможностей электронно-лучевой пушки ЭЛТА-60.15ДП для электронно-лучевой обработки керамики

2.3. Численное моделирование электронно-лучевой пушки ЭЛТА-60.15ДП

2.4. Тепловой баланс при обработке керамических материалов

2.5. Численное моделирование процесса электронно-лучевой обработки керамики

2.5.1. Модель электронного луча как теплового источника

2.5.2. Моделирование керамической подложки

2.5.3. Моделирование теплопередачи и граничные условия

2.6. Результаты численного моделирования

2.6.1. Температурное поле

2.6.2. Внутренние напряжения и температурные деформации

2.6.3. Влияние тока пучка и длительности импульса на диаметр и глубину

2.6.4. Рекомендации по обработке керамических материалов на основе численного моделирования

Выводы по Главе

Глава 3. Оборудование для размерной обработки керамических материалов

3.1. Установка электронно-лучевой обработки «ЛУЧ»

3.1.1. Вакуумная система установки электронно-лучевой обработки «ЛУЧ»

3.1.2. Рабочая камера установки электронно-лучевой обработки «ЛУЧ»

3.1.3. Электронно-лучевая пушка ЭЛТА-60.15ДП

3.1.4. Система управления установки электронно-лучевой обработки «ЛУЧ»

3.1.5. Анализ технологических возможностей установки электронно-лучевой обработки «ЛУЧ» для обработки керамических материалов

3.1.6. Последовательность действий при обработке керамических материалов на установке электронно-лучевой обработки «ЛУЧ»

3.2. Диаметр зоны обработки при различных параметрах электронного луча

3.2.1. Оценка диаметра зоны обработки сфокусированным электронным лучом

3.2.2. Диаметр зоны обработки расфокусированным электронным лучом

3.3. Определение фокусного расстояния и диаметра луча электронно-лучевой пушки ЭЛТА-60.15ДП на установке электронно-лучевой обработки «ЛУЧ»

3.3.1. Исследование зависимости фокусного расстояния от тока фокусировки

3.3.2. Анализ методов определения тока фокусировки и диаметра пучка

3.3.3. Реализация метода определения тока фокусировки и диаметра пучка на установке электронно-лучевой обработки «ЛУЧ»

Выводы по Главе

Глава 4. Экспериментальное исследование режимов размерной электроннолучевой обработки керамических материалов

4.1. Электронно-лучевая обработка спеченной керамики

4.1.1. Количество импульсов

4.1.2. Ток обработки

4.1.3. Состояние фокуса пучка

4.1.4. Длительность импульса

4.1.5. Длительность паузы

4.1.6. Разброс диаметра отверстий

4.2 Электронно-лучевая обработка сырой LTCC

4.2.1. Прямая электронно-лучевой обработки сырой LTCC

4.2.2. Электронно-лучевая обработка сырой LTCC с защитным покрытием из алюминиевой фольги

4.2.3. Электронно-лучевая обработка сырой LTCC с защитной пластиной из нержавеющей стали

4.3. Рекомендации по повышению качества электронно-лучевой обработки керамических материалов с использованием мощной электронно-лучевой пушки ЭЛТА-60.15ДП

4.3.1. Общие рекомендации по повышению качества электроннолучевой обработки керамических материалов

4.3.2. Рекомендации по повышению качества электронно-лучевой обработки спеченной керамики типа ВК-94

4.3.3. Рекомендации по повышению качества электронно-лучевой обработки сырой LTCC типа KEKO SK-47

4.4. Базовый технологический процесс электронно-лучевой обработки керамических материалов на установке «ЛУЧ» с использованием мощной электронно-лучевой пушки ЭЛТА-60.15ДП

Выводы по Главе

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ

HTCC - High Temperature Co-Fired Ceramic (высокотемпературная керамика совместного обжига);

LTCC - Low Temperature Co-Fired Ceramic (низкотемпературная керамика совместного обжига);

КПД - коэффициент полезного действия;

ЭЛ - электронный луч;

ЭЛИ - электронно-лучевое испарение;

ЭЛН - электронно-лучевая наплавка;

ЭЛО - электронно-лучевая обработка;

ЭЛП - электронно-лучевая пушка;

ЭЛС - электронно-лучевая сварка;

ЭЛУ - электронно-лучевая установка;

ЭОС - электронно-оптическая система.

ВВЕДЕНИЕ

Керамика используется во многих областях промышленности благодаря своим отличительным механическим и физическим свойствам, прежде всего таким как высокая термостойкость, высокая твердость и химическая стабильность [1, 2]. Электроизоляционная керамика является материалом для огромного количества изделий различных форм и размеров. [3, 4]. В областях радиоэлектроники и электротехники керамика используется для изоляторов, подложек, высокочастотных конденсаторов, установочных деталей, корпусов и др. [5].

В электронной промышленности керамика часто используется в качестве основания печатных плат. Во многих случаях такие печатные платы имеют нестандартную форму и содержат большое количество отверстий, различного назначения, например, для межсоединений между электронными компонентами, вентиляции электронных компонентов для предотвращения негативных последствий из-за несбалансированного давления воздуха во время процесса инкапсуляции, улучшения теплоотдачи керамической подложки для рассеивания тепла, выделяемого электронными компонентами, для обеспечения стабильности и надежности компонентов [5].

С развитием современных систем связи, позиционирования, навигации и телекоммуникаций возрастающие требования к материалам, технологии, компактности и надежности изделий электронной техники приводят к необходимости поиска новых путей разработки и производства радиоэлектронной аппаратуры различного назначения [6]. Одним из способов является повышение плотности и интеграции печатных плат [7]. Однако характеристики диэлектриков (ХРС, FR1, FR2, FR4, СЕМ-1), традиционно используемых для изготовления таких печатных плат, невысоки (диэлектрическая проницаемость от 2,2 до 5,4, тангенс угла потерь от 0,015 до 0,035, коэффициент теплового расширения от 12 до 18 ррт/°С, теплопроводность от 0,3 до 0,4 Вт/м-К и коррозионную стойкость),

особенно в микроволновом диапазоне [6]. Другим способом является использование технологии низкотемпературной керамики совместного обжига (ЬТСС) [8]. Преимуществами этой технологии являются возможность использования хороших проводников (Ag, Аи) и лучшие диэлектрические свойства керамического материала: диэлектрическая проницаемость от 6 до 12, тангенс угла диэлектрических потерь от 0,001 до 0,0001 в СВЧ диапазоне длин волн. Это позволяет изготавливать компоненты с низкими электрическими и диэлектрическими потерями [9].

Одним из наиболее существенных шагов на пути к 3D-интеграции является соединение слоев, поэтому особенно важно получать переходные отверстия в керамике с заданными параметрами. Сквозные отверстия базируются друг относительно друга в соответствии с принципиальной схемой и затем металлизируются, чтобы после спекания каждый слой был соединен между собой [10]. С развитием технологий LTCC-модули характеризуются возрастающей сложностью схемы и плотностью упаковки. Соответственно, количество слоев и межсоединений увеличивается, а размеры уменьшаются [11]. Улучшения технологии трафаретной печати и толстопленочных технологий пока еще позволяют продолжить увеличение плотности схем на базе LTCC, однако размер отверстий для межсоединений в многослойных LTCC является ограничивающим технологическим фактором [12]. Поэтому уменьшение размеров сквозных отверстий для дальнейшей миниатюризации схем является актуальной задачей.

В настоящее время для получения отверстий в керамических материалах применяют механическую или лазерную обработку [6, 10-14]. Из-за высокой хрупкости и твердости керамики зачастую трудно удовлетворить требования обработки традиционными методами. Например, при механической обработке керамики кромка инструмента изнашивается, что приводит к изменению геометрических размеров и образованию сколов [15, 16]. При лазерной обработке керамики наблюдается конусность отверстий и изменение состава материала в зоне возле отверстия, что значительно влияет на качество обработки [17, 18].

Альтернативным методом является электронно-лучевая обработка (ЭЛО), в большой степени избавленная от ограничений механической и лазерной обработки. Электронный луч используется как инструмент для технологической обработки уже много десятилетий [19]. При этом его применение в различных технологических процессах непрерывно развивается как в исследованиях, так и в промышленности - для сварки плавки, наплавки, нанесения пленок, модификации поверхности, и, в том числе, для размерной обработки [20, 21].

При этом в процессе ЭЛО диэлектриков существуют трудности из-за низкой тепло- и электропроводности материалов.

Низкие значения электропроводности и теплопроводности керамики являются факторами, оказывающими существенное влияние на ЭЛО [22]. Коэффициент теплопроводности керамики лежит в диапазоне от десятых долей до единиц Вт/м-К, а плотность энергии ЭЛ может достигать 109 Вт/см2. Это неизбежно приводит к резким перепадам температуры во время обработки либо сразу после нее, возникновению больших внутренних напряжений и образованию трещин [23].

Низкая электропроводность приводит к накоплению отрицательного заряда на поверхности обрабатываемой керамической заготовки. Взаимодействуя с этим зарядом, электроны в ЭЛ отталкиваются, теряют энергию, а сам ЭЛ теряет фокусировку, увеличивает диаметр в зоне обработки, изменяет форму сечения и отклоняется от заданной точки обработки. Это приводит к потере управления процессом ЭЛО [24].

Ряд российских ученых (Окс Е. М., Климов А. С., Медовник А. В., Гынгазов С. А. и др.) и научных коллективов из организаций (ТУСУР, ТПУ, ИСЭ СО РАН) и других стран (IBM, Hamilton Standard Division, США; Hitachi, Япония) исследовали процесс и возможности ЭЛО спеченной и HCC керамики, изучали механизм накопления поверхностного заряда [22-26, 55-58]. Однако в найденных в открытой печати научных работах не раскрыта комплексная взаимосвязь параметров ЭЛО с выходными характеристиками получаемых отверстий,

отсутствуют практические рекомендации по размерной ЭЛО керамических материалов.

Кроме того, в настоящее время нет серийно выпускаемых электроннолучевых пушек (ЭЛП) для размерной обработки керамических материалов. Используемые в работах ученых ЭЛП, как правило, являются исследовательскими. Как следствие, отсутствуют требования к ЭЛП и электронно-лучевым установкам (ЭЛУ) для размерной обработки керамических материалов. Вместе с тем на производственных предприятиях и в научно-исследовательских организациях, связанных с разработкой и выпуском изделий электронной техники с керамическими ПП, имеется большое ЭЛУ с мощными ЭЛП для электроннолучевой сварки, плавки, наплавки. Исследование процесса и выработка рекомендаций по обработке керамических материалов на ЭЛУ такого класса позволит существенно расширить их технологические возможности и сократить время разработки новых образцов изделий.

Поэтому целью работы является научно-обоснованный выбор режимов получения отверстий в керамических подложках с использованием мощных электронно-лучевых пушек.

Задачи, необходимые для достижения цели работы:

1) проведение обзора литературы для анализа и определения требований к размерной обработке керамических подложек электронным лучом;

2) теоретическое обоснование выбора режимов процесса ЭЛО, в том числе с использованием компьютерного моделирования, и выявление их влияния на параметры ЭЛО керамических подложек;

3) анализ и экспериментальная оценка технологических возможностей электронно-лучевой установки «ЛУЧ» с мощной ЭЛП ЭЛТА-60.15ДП и определение базовых требований к подобному классу оборудования для обработки керамических подложек;

4) исследование влияния технологических режимов получения отверстий в керамических подложках в электронно-лучевой установке «ЛУЧ» на параметры получаемых отверстий (диаметр, разброс значений диаметра, зона термического

влияния) и выработка рекомендаций для электронно-лучевой обработки керамических подложек.

По результатам работы сформулированы положения научной новизны:

1) для электронно-лучевого получения отверстий в спеченной и сырой керамике теоретически установлено, что их обработку целесообразно вести в импульсном режиме, а также определена взаимосвязь технологических режимов ЭЛО (ток обработки, время импульса и температура предварительного нагрева подложки) с геометрическими параметрами получаемых отверстий (диаметр и глубина), с внутренними напряжениями и деформациями подложек, возникающими при обработке;

2) экспериментально установлено влияние технологических режимов обработки с использованием мощной ЭЛП (ток обработки, время импульса, состояние фокуса) на характеристики получаемых отверстий (диаметр, разброс значений диаметра, зона термического влияния) в керамических подложках из спеченной керамики типа ВК-94;

3) экспериментально определено, что для получения отверстий в сырой LTCC типа КЕКО SK-47 посредством ЭЛО с использованием мощной ЭЛП процесс необходимо вести в режиме сканирования с использованием развертки ЭЛ, используя защитную пластину (маску), а также экспериментально получены зависимости параметров развертки (частота развертки, длина развертки, скорость движения координатного стола) на качество получаемых отверстий (зона термического влияния).

Практическая ценность исследований:

1) продемонстрировано, что на электронно-лучевых установках типа «ЛУЧ» с мощными электронно-лучевыми пушками типа ЭЛТА-60.15ДП возможна обработка как спеченной керамики, так и сырой LTCC, и отработаны основные технологические режимы получения отверстий;

2) составлены рекомендации для проведения размерной ЭЛО керамических подложек с использованием мощных ЭЛП типа ЭЛТА-60.15ДП в существующих установках электронно-лучевой обработки;

3) Определены требования к ЭЛП и ЭЛУ для размерной обработки керамических материалов.

Результаты внедрения

Материалы диссертационной работы и полученные результаты использованы:

1) в ООО «ТЕКАРТЕ» при разработке нового оборудования для электронно-лучевой обработки.

2) в учебном процессе кафедры «Электронные технологии в машиностроении» МГТУ им. Н. Э. Баумана.

Также результаты выполненной работы по теоретическому и экспериментальному исследованию влияния технологических режимов электронно-лучевой обработки керамических подложек мощными ЭЛП целесообразно использовать при проектировании электронно-лучевого оборудования в ОАО «НИТИ «Прогресс», ООО «НПК Тэта», ООО «Ферри Ватт», АО «НИИТМ», а также для расширения технологических возможностей имеющихся установок электронно-лучевой обработки в АО «Плутон», ФГУП «ВНИИА», АО «НПП «Исток» им. Шокина» и других предприятиях-производителях многослойных печатных плат с керамическими основаниями и изделий электронной техники, использующих керамические материалы.

Методы исследования

Для оценки способов размерной обработки керамики использован критериальный анализ. Определение требований к параметрам ЭЛО и оценка технологических возможностей ЭЛП проведены методами численного моделирования физических процессов. При проведении экспериментальных исследований и обработки экспериментальных данных использованы теория планирования эксперимента и методы статистической обработки.

Достоверность полученных результатов

Достоверность научных положений, результатов и выводов подтверждается их повторяемостью, применением стандартных методик проведения исследований

и статистической обработки и проверки полученных моделей на адекватность, использованием поверенных средств измерения.

Основные положения диссертационной работы, выносимые на защиту:

1) отверстия в подложках из керамических материалов посредством ЭЛО необходимо получать в импульсном режиме, при этом длительность импульса должна составлять менее 30 мкс для спеченной высокотемпературной керамики, и менее 3 мкс для LTCC, а длительность паузы должна составлять ~100 мс;

2) при импульсном получении отверстий в подложках из высокотемпературной спеченной керамики на электронно-лучевой установке «ЛУЧ» с использованием мощной ЭЛП ЭЛТА-60.15ДП необходимо устанавливать минимальные значения тока обработки 1 мА и длительности импульса 5 мА, максимальное значение длительности паузы 100 мс, и обработку вести с предварительным нагревом подложек до максимально возможной температуры 600°С;

3) при получении отверстий в подложках из сырой LTCC на электроннолучевой установке «ЛУЧ» с мощной ЭЛП ЭЛТА-60.15ДП необходимо использовать режим сканирования при минимальном токе обработки 1 мА и максимальной частоте развертки ЭЛ 1200 Гц с использованием защитной пластины (маски).

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Размерная обработка керамических подложек на электронно-лучевой установке "ЛУЧ"»

Апробация работы

Основные результаты и положения диссертационной работы представлены и обсуждены на следующих конференциях и форумах: 17 Международная научно-техническая конференция «Вакуумная техника, материалы и технология», Москва, 2023; 15 Всероссийская конференция молодых ученых и специалистов «Будущее машиностроения России», Москва, 2022; 16 Всероссийская научно-техническая конференция «Студенческая научная весна: Машиностроительные технологии», Москва, 2022; 16 Международная научно-техническая конференция «Вакуумная техника, материалы и технология», Москва, 2022; 26 Научно-техническая конференция с участием зарубежных специалистов «Вакуумная наука и техника», Судак, 2019; 11 Всероссийская конференция молодых ученых и специалистов с

международным участием «Будущее машиностроения России», Москва, 2018; II Всероссийский форум научной молодежи «Богатство России», Москва, 2018.

Публикации

Результаты исследований по теме диссертационной работы опубликованы в 9 научных работах в рецензируемых журналах и трудах конференций, в том числе 1 в научно-технических журналах, рецензируемых Scopus, и 3 работы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 2 из которых - по направлению специальности, общим объёмом 1,46 п. л.

Личный вклад

Автор лично принимал участие в запуске и модернизации установки электронно-лучевой обработки «ЛУЧ», планировал и проводил эксперименты, осуществлял их обработку и анализ результатов. Автором смоделирован процесс электронно-лучевого сверления и резки керамических подложек с помощью программных комплексов CST, ANSYS, MATLAB.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, заключения, приложения и списка литературы. Материалы диссертации изложены на 161 странице машинописного текста, содержащей 84 рисунка, 14 таблиц и список литературы из 113 наименований.

Благодарность

Автор выражает огромную признательность и благодарность научному руководителю - доценту кафедры МТ-11, кандидату технических наук Моисееву Константину Михайловичу - за советы, ценные замечания при работе над диссертацией и поддержку при выполнении работы.

Автор благодарит студентов и выпускников кафедры МТ-11 Масловского В. Н., Ляна Мухуа и Ху Фанханя за помощь в запуске и пусконаладке установки ЭЛО «ЛУЧ».

За своевременные наставления, помощь в проведении работ и поддержку автор благодарит весь коллектив кафедры МТ-11.

Особую благодарность автор выражает Китайскому стипендиальному совету (CSC) и Отделу образования Посольства Китайской Народной Республики в России за помощь и поддержку в период обучения.

Также автор выражает благодарность за огромную поддержку своей семье.

Глава 1. Современное состояние электронно-лучевой обработки и перспективы ее применения для обработки керамических материалов

Керамические материалы и изделия из них (подложки, изоляторы) используются во многих отраслях промышленности, в том числе в микроэлектронике. Разработчики постоянно ищут новые технологические решения, которые позволят снизить издержки производства, внедрить новый продукт на рынок или улучшить существующий продукт. Например, в области мобильных телефонов, ноутбуков, носимых устройств и другой электронной техники каждый год появляется более функциональная и производительная продукция. Одним из таких подходов является использование технологии электронного луча для обработки керамических подложек, являющихся основой отдельных электронных компонентов. Сама технология используется на протяжении 80 лет, однако интерес науки и промышленности к такому ее использованию продолжает расти.

1.1. Области применения электронно-лучевой обработки

Электронный луч используется как источник тепла во многих технологических процессах уже много лет. Однако количество и его применений, и исследований, особенно в сварке, непрерывно растет. Электронный луч также используется для плавки, наплавки, нанесения пленок, модификации поверхности, размерной обработки и др. Технологические процессы электронно-лучевой обработки представлены на Рисунке 1.1.

Первой серьезной попыткой использовать электронный пучок в качестве инструмента для плавления, по-видимому, является запись Пирани в 1907 году [19, 28]. Первый эксперимент по получению электронным пучком отверстия диаметром 7 мкм в платине, а также первая сварка электронным пучком, фактически выполненная на пластине, проведены в 1949 году Штейгервальдом [28]. Концентрированный пучок электронов был впервые

использован для сварки в вакуумной камере в 1950-х годах в Германии и Франции [20].

Рисунок 1.1. Классификация процессов ЭЛО [27]

1.1.1. Электронно-лучевая сварка

ЭЛС - высокоэффективный и точный метод сварки, который все чаще используется в производственной цепочке и приобретает все большее значение в различных отраслях промышленности, таких как авиационный и аэрокосмический сектора [27]. Электронно-лучевая сварка имеет преимущества во многих применениях из-за степени концентрации энергии, вкладываемой в процесс сварки [29]. Основными преимуществами этого метода являются глубокий и узкий шов, минимальная зона термического воздействия и высокая скорость охлаждения.

Кроме того, электронный пучок можно точно контролировать электромагнитным полем, что дает много преимуществ [30].

По процессам сварки крупных изделий и деталей большой толщины [31], тугоплавких металлов [32], разнородных металлов [33], металлов и неметаллов [34, 35] и т. д. электронным лучом проведено множество экспериментальных исследований. Изучаются проблемы, связанные с термическими напряжениями, деформациями и микротрещинами, возникающие при электронно-лучевой сварке разного типа разнородного соединения материалов, анализируются механизмы разрушения сварных соединений и формирования в них остаточных напряжений. Активно развиваются численные методы, существенно помогающие в исследованиях, например моделирование температурных полей электроннолучевой сварки, моделирование процесса сварки разнородных материалов, тугоплавких материалов и др.

С развитием компьютерных технологий численное моделирование, реализованное в пакетах прикладных программ, активно применяется для изучения электронно-лучевой сварки [36-39]. С помощью моделирования процесса можно провести предварительный анализ процесса обработки перед фактическим экспериментом, чтобы спрогнозировать результат обработки, определить начальные режимы и повысить фактическую эффективность обработки.

Электронно-лучевая сварка представляет собой широко используемый метод сварки прежде всего на макроуровне, которому придается большое значение из-за низкой тепловой нагрузки на элемент, точного ввода энергии, безотказного инструмента и возможности работы с несколькими пучками. Но также метод приобретает все большее значение для применения в области микро и нано диапазона [40]. Проведено большое количество исследований возможности микросварки путем модификации сканирующего электронного микроскопа, который работает по тому же принципу, что и электронно-лучевая сварочная машина (Рисунок 1.2.) [41, 42, 43, 44]. Это создает возможность наблюдать и сваривать компоненты в одном и том же устройстве. Исследования и разработки показывают успешные результаты в соединении листовых материалов из

нержавеющей стали толщиной до 30 мкм [43], стальной проволоки диаметром до 50 мкм [43], Tophet С проволоки диаметром 30 мкм [42].

Высоковольтное питание

Рисунок 1.2.

Электронно-лучевая сварка: слева - принципиальная схема стандартной электронно-лучевой установки для сварки; справа: упрощенная траектория электронного луча преобразованного СЭМ в режиме наблюдения и режиме

сварки [43]

1.1.2. Электронно-лучевая плавка

При электронно-лучевой плавке нагрев осуществляется мощным электронным пучком. Такой вид плавки используется для получения особо чистых металлов и сплавов, а также жаростойких и жаропрочных, температуростойких, тугоплавких и химически стойких материалов. Наиболее распространенные материалы для электронно-лучевой плавки - различные стали, Т^ М, Та, Мо, W и их сплавы [45].

Процесс электронно-лучевой плавки происходит в условиях вакуума, что позволяет избежать окисления расплавленного материала и его загрязнения иными

примесями. Широкий диапазон плотности энергии ЭЛ позволяет менять температуру расплава непосредственно во время плавки и обеспечивает различные технологические режимы процесса Легкость управления мощностью электронного пучка позволяет использовать разнообразные режимы процесса, например, повысить температуру выше точки плавления материала. Электронно-лучевая плавка более экологична и экономична по сравнению с классическими методами, однако менее производительна относительно некоторых из них. Современные электронно-лучевые установки для плавки обеспечивают мощность до 200 кВт и производительность одной загрузки до нескольких тонн [46].

1.1.3. Электронно-лучевая наплавка

В процессе ЭЛН электронным пучком на поверхности детали получают покрытия с заданной формой и требуемыми свойствами [47, 48]. В отличие от технологии электронно-лучевого испарения покрытия получают путем введения материала в расплавленную электронным лучом зону. Получаемые таким образом покрытия имеют превосходную адгезию, могут быть многослойными. При этом материал покрытий может быть таким же, что и материал основного изделия, а может и совершенно другим. Возможность перемещения ЭЛ по заданной траектории и в довольно узкой области позволяет осуществлять наплавку в отдельные зоны детали, создавая сложные конфигурации. Как и любой процесс ЭЛО, наплавка происходит в вакууме, что обеспечивает чистоту процесса.

1.1.4. Электронно-лучевая модификация поверхности

Технология модификации поверхности с помощью электронного пучка - это технологический метод, в котором используется высокоэнергетический электронный пучок для бомбардировки поверхности материала с целью повышения его температуры и изменения состава и структуры для достижения желаемых характеристик [49]. Обычно используемые процессы модификации поверхности с помощью электронного пучка включают закалку поверхности, сплавление поверхности, легирование поверхности и покрытие поверхности. Они имеют некоторые общие характеристики: все области поверхности, которые находятся в зоне прямой видимости, подвергаются обработке, будь то глубокие

отверстия или наклонные плоскости; оборудование имеет высокую мощность и высокую энергоемкость; скорость нагрева и охлаждения высокая, зона термического влияния и деформация заготовки малы; обработка проводится в вакууме, уменьшая окисление и обезуглероживание, обеспечивая высокое качество поверхности; точное позиционирование электронного пучка повышает качество обработки; параметры пучка легко настраиваются, а положение, глубина и производительность модификации поверхности четко контролируются [49, 50].

1.1.5. Электронно-лучевое осаждение тонкопленочных покрытий

Электронно-лучевое испарение (ЭЛИ) для осаждения тонкопленочных покрытий представляет собой форму физического осаждения из паровой фазы, при котором материал бомбардируется электронным пучком, испускаемым нагретым катодом из вольфрамовой проволоки в условиях высокого вакуума. Электронный луч заставляет атомы мишени переходить в газовую фазу, которые впоследствии осаждаются на все поверхности в пределах прямой видимости тонким слоем материала [51]. На Рисунке 1.3 приведена типовая схема электронно-лучевого испарителя.

В процессе используются такие материалы, как металлы (Сг, Си, М, W), полупроводники Ge, GaAs, GaN) и керамические материалы (А1203, Si3N4, 7Ю2, ТЮ, WC). ЭЛИ применяется в микроэлектронике для формирования функциональных слоев [52], в аэрокосмической промышленности для формирования термических и химических барьерных покрытий для защиты поверхностей от коррозии [53], в оптике для придания подложке желаемых отражающих и пропускающих свойств, и в других областях промышленности для модификации поверхностей с целью придания им различных свойств [52].

Катод электронной пушки

Рисунок 1.3. Схема электронно-лучевого испарителя

На Рисунке 1.4 показан процесс электронно-лучевого физического осаждения из паровой фазы.

Рисунок 1.4.

Процесс электронно-лучевого физического осаждения из паровой фазы

1.1.6. Электронно-лучевая размерная и микроразмерная обработка

В дополнение к традиционным применениям (сварка, плавка, нанесение тонких пленок) электронные пучки также используются в технологии резки и сверления.

Преимущества такой технологии следующие:

- возможность вырезать отверстия или прорези, которые иначе нельзя сделать;

- возможность резать любой известный материал;

- отсутствие давления на заготовку или износ инструмента;

- возможно достижение размеров высокой точности, поскольку это

механическая обработка без искажений.

Особенностью размерной и микроразмерной обработки является необходимость дозированного подвода энергии в зону обработки, исключая при

этом значительный перегрев, и, соответственно, искажение линий реза или диаметров отверстий. Для этого лучше всего подходит обработка в импульсном режиме, когда энергия подводится отдельными порциями.

В зоне обработки температура может достигать значений свыше 5500°С и уменьшается до 300°С уже на расстоянии всего 1 мкм от диаметра зоны обработки. Длительность импульса и длительность паузы между импульсами должны обеспечивать, с одной стороны, такое количество энергии, чтобы материал расплавился и испарился, а с другой стороны, чтобы предотвратить перегрев в зоне возле обработки. Частота импульсов может варьироваться от нескольких десятков до нескольких тысяч Гц, длительность импульса - от 100 до 1 мкс. Исследовательские ЭЛП обеспечивают диаметр ЭЛ в несколько единиц мкм [54].

В 1963 году в работе [55] использована электронно-лучевая технология для резки и сверления прецизионных отверстий и щелей в керамических изделиях (96% А1203, толщина от 0,25 до 0,6 мм) при различных параметрах ЭЛО Ускоряющее напряжение от 50 до 150 кВ, ток обработки до 1 мкА, длительность импульса до 1 мкс, частота импульса от 0,1 до 16000 Гц, диаметр луча от 13 до 25 мкм. Шероховатость кромки, полученная в результате этой операции резки, составляет приблизительно 12 мкм. Ширина паза сверху и снизу в пределах допуска 25 мкм. Отмечено, что с помощью электронно-лучевой обработки можно вырезать прорези шириной 125 мкм на расстоянии 2,5 мм друг от друга. Для получения такого близкого расстояния использована специальная техника резки. В этой технологии, использующей несколько операций, электронный луч сначала использован как инструмент для сверления, а затем как резец. В качестве начальной операции просверлена серия отверстий. После сверления отверстий оставшиеся участки керамической подложки между отверстиями обработаны сканирующим электронным лучом до получения свободной и открытой щели. Помимо обработки керамики, автором также проведена обработка кристаллов кварца (толщина 0,65 мм), ферритовых пластин (толщина 3,2 мм), молибденовых прокладок (толщина 0,25 мм), кремниевых пластин (толщина 0,25 мм) и стальных пластин (толщина 1,6 мм), и получены диаметры отверстий от 25 до 300 мкм.

В работе [22] учеными проведены масштабные исследования электроннолучевой обработки керамики в плазме. Обнаружено, что при движении электронного пучка в вакуумной камере с остаточным давлением от 1 до 10-1 Па появляется пучковая плазма, в которой концентрация ионов составляет от 1010 до 1011 см-3. Ионы из этой плазмы движутся к обрабатываемому изделию, которое имеет отрицательный потенциал из-за накопленного в результате взаимодействия с ЭЛ поверхностного заряда и нейтрализуют его. Отверстие диаметром 2 мм в керамике ВК-95 толщиной 1,5 см получено при ускоряющем напряжении 18 кВ и токе в пучке 15 мА.

В работе [56] на поверхность керамики нанесена графитовая диафрагма, которая частично компенсирует накопленный заряд. При использовании электронного луча с плотностью мощности до 105 Вт/см2 и ускоряющем напряжении 20 кВ получено сквозное отверстие диаметром 1 мм в подложке из керамики ВК94-1 толщиной 5 мм. На выходе отверстия отсутствуют наплывы из расплавленного материала, что говорит о хорошем качестве отверстия и точности его изготовления.

В работах [23, 24] исследованы и проанализированы сложности и возникающие при электронно-лучевой обработки керамики негативные эффекты: внутренние напряжения, возникающие из-за перегрева и большой разности температур между зоной обработки и остальным материалом при нагреве или остывании, вызывающие микротрещины; накопление на поверхности изделия отрицательного заряда, приводящего к расфокусировке, изменению формы и увеличению диаметра ЭЛ, снижению плотности энергии пучка. Сделаны выводы, что эти трудности, в основном, связаны с низкой тепло- и электропроводностью материалов, однако решения не предложено.

В исследовании [25] электронным лучом обработаны листы сырой керамики Al2O3 толщиной 0,2 мм, используемые при производстве многослойных керамических модулей, и проанализирован механизм обработки Обработка проведена со следующими параметрами: ускоряющее напряжение 100 кВ, ток обработки 1 мА, диаметр электронного луча 10 мкм, длительность импульса от 10

до 100 мкс. При таких режимах получены отверстия контролируемой глубины диаметром от 75 до 150 мкм.

В работе [26] также проведена обработка сырой керамики А1203 электронным лучом (ускоряющее напряжение 120 кВ, ток обработки 4 мА, длительность импульса 30 мкс) и изучено влияние последовательности сверления и состояния фокуса на диаметр отверстия, а также проанализированы причины расфокусировки в процессе обработки. Сделано заключение, что электронный луч проходит через газ, образующийся в результате разложения органического связующего, в результате чего образуется плазма, и взаимодействие плазмы с электронным лучом приводит к расфокусировке луча, влияющие на качество обработки. Получены отверстия диаметром 200 мкм.

В работе [57] проведена обработка листов сырой керамики А1203 со слоем полимерного листа с покрытием из проводящего материала. Полимерный лист служит в качестве разрядного слоя и маски для процесса металлизации после электронного луча. Получены отверстия диаметром 30 мкм и щели шириной 35 мкм при следующих параметрах обработки: ускоряющее напряжение 100 кВ, ток обработки 1 мА, диаметр электронного луча 30 мкм.

Группой ученых в работе [58] описан метод получения отверстий диаметром 20 ангстрем и линий шириной 20 ангстрем в материале в- А1203 с положительной ионной проводимостью с использованием сфокусированного электронного зонда. Отверстия и линии устойчивы в условиях окружающей среды. Параметры обработки: ускоряющее напряжение от 40 до 100 кВ, плотность тока обработки 103А/см2, диаметр электронного луча 10 ангстрем.

Юзвинским Т. Д. и соавторами [59] проведено точное нарезание нанотрубок с помощью электронного пучка с малой энергией (ускоряющее напряжение от 0,5 до 20 кВ, ток обработки от 50 до 500 мкА). Показано, что, используя этот метод, чистые точные разрезы могут быть сделаны в нанотрубках либо частично, либо через конвейер (создавая заданную геометрию), либо полностью (создавая сегменты нанотрубок, выбранных по размеру).

В работе [60] авторами исследован механизм, с помощью которого интенсивный электронный пучок может создавать отверстия в тонких пленках нитрида кремния, используя комбинацию электронной спектроскопии потерь энергии и электронно-микроскопической визуализации. Потеря азота и кремния уменьшается с уменьшением энергии пучка, хотя все еще наблюдается при энергии пучка 150 кэВ, полностью прекращается при 120 кэВ. Линейное поведение скорости потерь, связанное с энергетической зависимостью, указывает на то, что процесс, в основном, связан с прямым смещением, включающим распыление атомов с задней поверхности образца, причем механизм регулирования скорости представляет собой потерю азота.

Несколькими научными группами исследовано формирование пор нанометровых размеров электронным пучком. В работе [61] продемонстрировано использование процесса сфокусированного электронно-лучевого травления в качестве перспективного инструмента для изготовления таких нано-пор в мембранах из нитрида кремния. Утонение нитрида кремния электронным пучком с последующим химическим травлением остаточного элементарного кремния приводит к линейной зависимости диаметра пор от времени экспозиции электронного луча, что позволяет точно контролировать размер нано-пор в диапазоне от 17 до 200 нм в диаметре. В работе [62] сообщается о способе изготовления твердотельных нано-пор с помощью электронно-лучевого источника обычного полевого эмиссионного сканирующего электронного микроскопа, и демонстрируется контролируемое уменьшение диаметра пор до 10 нм. В работе [63] исследовано формирование пор в двуслойной структуре Si3N4 / SiO2 толщиной 40 нм с использованием электронного луча диаметром 8 нм. После образования пор мембрана представляет собой клиновидную форму на радиусе 70 нм вокруг нано-поры.

1.1.7. Электронно-лучевая литография

Электронно-лучевая технология также используется для литографии и может в какой-то степени считаться размерной обработкой, поскольку требует высокой точности позиционирования электронного пучка в заданной точке подложки.

Электронно-лучевая литография - это процесс, использующий сканирующий сфокусированный пучок электронов для отрисовки специальных форм на поверхности, покрытой чувствительной к воздействию электронов пленкой -электронорезистом [64]. Электронный луч изменяет свойства резиста, позволяя выборочно удалять либо облученные, либо не облученные области резиста путем погружения его в растворитель. Целью является создание предельно-малых структур размером до единиц нанометров в резисте, которые впоследствии могут быть перенесены на материал подложки. Эта технология широко используется в различных областях, включая микро и наноэлектронику [65], оптику [66], фотонику [67], биомедицинскую технологию [68] и другие.

1.2. Размерная обработка диэлектрических материалов

Детали и заготовки из диэлектрических материалов широко используются при производстве изделий электронной техники и приборов широкого функционального назначения. Для СВЧ твердотельных и электровакуумных приборов особенно часто используются различные виды керамики, электровакуумные и оптические стекла. При этом в деталях зачастую требуется создание отверстий различного функционального назначения, а сами детали могут иметь нестандартную форму, что требует использования особых подходов их обработке.

1.2.1. Диэлектрические материалы в приборах и изделиях электронной техники

Электровакуумное и оптическое стекло

Такие стекла в обязательном порядке применяются для изготовления электровакуумных приборов. Кроме того, они широко используются в вакуумной электронике, микроэлектронной технике, лазерной и инфракрасной технологиях, источниках электрического света, физике высоких энергий и т. д.; в аэрокосмической промышленности, энергетике, автомобилестроении, химической промышленности и других отраслях [69]. Там, где требуется высокая термостойкость, высокая изоляция, высокочастотное сопротивление, инфракрасное излучение или поглощение, ультрафиолетовое излучение или

поглощение, а также защита от рентгеновского излучения, электрические вакуумные стеклянные материалы играют незаменимую роль [70]. С развитием современных микроэлектронных и оптоэлектронных технологий требования к миниатюризации электронных устройств и точности конструктивных элементов становятся все выше, а требования к надежности и разнообразию электровакуумных изделий из стекла также возрастают.

Керамические материалы

Керамика в общем виде представляет собой твердые соединения, состоящие, в основном, из неорганических и неметаллических компонентов, связанных прочными ионными и / или ковалентными связями. Современные керамические материалы, такие как диоксид циркония, карбид кремния, глинозем и нитрид кремния, находят широкое применение в аэрокосмической, военной и оборонной промышленности благодаря своим улучшенным механическим и физическим свойствам, таким как отличная огнеупорность, высокая прочность на сжатие, химическая инертность и твердость [15].

Сейчас номенклатура выпускаемых из керамики изделий крайне обширна, выпускаются изделия различных форм, конфигураций и размеров [3, 4].

В электротехнической и радиотехнической областях промышленности керамика широко применяется для изготовления изоляторов, подложек, пьезоэлектриков, мателлокерамических корпусов и других типов изделий [5]. В электронной промышленности керамика часто используется в качестве основания печатных плат. Во многих случаях такие печатные платы имеют нестандартную форму и содержат большое количество отверстий, различного назначения, например, для межсоединений между электронными компонентами, вентиляции электронных компонентов для предотвращения негативных последствий из-за несбалансированного давления воздуха во время процесса инкапсуляции, улучшения теплоотдачи керамической подложки для рассеивания тепла, выделяемого электронными компонентами, для обеспечения стабильности и надежности элементов [5].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Чжо Янян, 2023 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Горохова Е. В. Материаловедение и технология керамики: учеб. пособие. Минск: Выш. шк., 2009. 222 с.

2. Somiya S. Handbook of advanced ceramics: materials, applications, processing, and properties. Massachusetts: Academic press, 2013. 1259 p.

3. McLaren E. A., Cao P. T. Ceramics in dentistry - part I: classes of materials // Inside dentistry. 2009. Vol. 5. No. 9. P. 94-103.

4. Barsoum M. Fundamentals of ceramics. Florida: CRC press, 2019. 648 p.

5. Levinson L. Electronic Ceramics: Properties: Devices, and Applications. New York: CRC Press, 2020. 552 p.

6. Перцель Я. М., Рудак Ю. А. Исследование возможности получения рисунка топологии толстопленочных LTCC-плат с помощью лазера // Техника радиосвязи, 2015. № 3. С. 90-96.

7. A review of recent advances in thermal management in three dimensional chip stacks in electronic systems / V. Venkatadri, B. Sammakia, K.Srihari, D. Santos // J. Electron. Packag. 2011. Vol. 133. No. 4. P. 041011.

8. Кондратюк Р. LTCC-низкотемпературная совместно обжигаемая керамика // Наноиндустрия, 2011. № 2. С. 26.

9. Khoong L. E., Tan Y. M., Lam Y. C. Overview on fabrication of three-dimensional structures in multi-layer ceramic substrate // Journal of the European Ceramic Society. 2010. Vol. 30. No. 10. P. 1973-1987.

10.Imanaka Y. Multilayered low temperature cofired ceramics (LTCC) technology. New York: Springer Science & Business Media, 2005. 229 p.

11.Rebenklau L., Wolter K. J., Hagen G. Realization of ц-Vias in LTCC Tape // 2006 29th International Spring Seminar on Electronics Technology. 2006. P. 55-63.

12. Fabrication of microvias for multilayer LTCC substrates / G. Wang, E. C. Folk, F. Barlow, A. Elshabini // IEEE transactions on electronics packaging manufacturing. 2006, Vol. 29. No. 1. P. 32-41.

13. Методы оформления отверстий в сырых LTCC и НТСС керамических картах / В. Черных, В. Хохлун, Ё. Штупар, С. Чигиринский // Компоненты и технологии. 2014. № 5. С. 188-191.

14.Hagen G., Rebenklau L. Fabrication of smallest vias in LTCC Tape // 2006 1st Electronic Systemintegration Technology Conference. 2006. Vol. 1. P. 642-647.

15. A review on the challenges in machining of ceramics / V. Bharathi, A. R. Anilchandra, S. S. Sangam, S. Shreyas, S. B. Shankar // Materials Today: Proceedings. 2021. No. 46. P. 1451-1458.

16.Гусев В. В., Моисеев Д. А. Износ алмазного шлифовального круга при обработке керамики // Прогрессивные технологии и системы машиностроения. 2019. Т. 4. № 67. С. 25-29.

17. Samant A. N., Dahotre N. B. Laser machining of structural ceramics - A review // Journal of the European ceramic society. 2009. Vol. 29. No. 6. P. 969-993.

18.Laser treatment of LTCC for 3D structures and elements fabrication / J. Kita, A. Dziedzic, L. J. Golonka, T. Zawada // Microelectronics International. 2002. Vol. 19. No. 3. P. 14-18.

19.Dobeneck D. An international history of electron beam welding. Gilsing: Pro-beam AG & Co, 2007. 70 p.

20.W<?glowski M. S., Blacha S., Phillips A. Electron beam welding - techniques and trends - review // Vacuum. 2016. No. 130. P. 72-92.

21.Свистова Т. В. Лучевые и плазменные технологии: учеб. пособие. Воронеж: Воронежский государственный технический университет, 2016. С. 276.

22.Применение форвакуумных плазменных источников электронов для обработки диэлектриков / А. С. Климов [и др.]. Томск: Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, 2017. 188 с.

23.Филачев А. М. Проблемы электронно-лучевой обработки диэлектриков // Прикладная физика. 1996. № 3. С. 39-46.

24. Complex investigations of effects of charging a polymer resist (PMMA) during electron lithography / E.I. Rau, E. N. Evstafeva, S. I. Zaitsev, M. A. Knyazev,

A. A. Svintsov, A. A. Tatarintsev // Russian Microelectronics. 2013. Vol. 42. No. 2. P. 89-98.

25.Koste W. W. Electron beam processing of interconnection structures in multi-layer ceramic modules // Metallurgical Transactions, 1971. No. 2. P. 729-731.

26.Horio K., Terabayashi T., Taniguchi N. Beam defocus effect in electron beam machining of green ceramic sheet // CIRP Annals. 1987. Vol. 36. No. 1. P. 95-98.

27.Маслов А. Р. Высокоэффективные технологии и оборудование современных производств: учеб. пособие. Москва.: Изд-во «ИТО», 2012. 209 с.

28.Meleka A. H. ELECTRON BEAM WELDING // PRINCIPLES AND PRACTICE. 1971. P. 11-12.

29. Sun Z., Karppi R. The Application of Electron Beam Welding for the Joining of Dissimilar Metals: An Overview // Journal of Materials Processing Technology. 1996. Vol. 59. No. 3. P. 257-267.

30.Николаев Г. А. Сварка в машиностроении: Справочник в 4-х т. Москва: Машиностроение, 1978. Т. 1. 501 с.

31.Li X., Gong S., Guan Q. Research on Manufacturing of Electron Beam Welding of Large Diameter Titanium Alloy Structure // Transactions of the China welding institution. 2010. Vol. 31. No. 2. P. 107-112.

32.Dissimilar electron beam welding of nickel base alloy 625 and 9% Cr steel / C. Wiednig, C. Lochbichler, N. Enzinger, C. Beal, C. Sommitsch // Procedia Engineering. 2014. No. 86. P. 184-194.

33.Feng J., Wang Y, Zhang B. Research Status Analysis of Electron Beam Welding for Joining of Dissimilar Materials // Transactions of the China welding institution. 2009. No.10. P. 108-112.

34.Kim J., Kawamura Y. Electron beam welding of the dissimilar Zr-based bulk metallic glass and Ti metal // Scripta Materialia. 2007. Vol. 56. No. 8. P. 709-712.

35.Kim J., Kawamura Y. Dissimilar Welding of Zr41Be23Ti14Cu12Ni10 Bulk Metallic Glass and Stainless Steel // Scripta Materialia. 2011. Vol. 65. No. 12. P. 1033-1036.

36.Finite element modeling of electron beam welding of a large complex Al alloy structure by parallel computations / Y. Tian, C. Wang, D. Zhu, Y. Zhou // Journal of materials processing technology. 2008. Vol. 199. No. 1-3. P. 41-48.

37.Duffy C. J. Modelling the electron beam welding of nuclear reactor pressure vessel steel: tutorial / University of Cambridge, 2014. 36 p.

38.Luo Y. Modeling and analysis of vaporizing during vacuum electron beam welding on magnesium alloy // Applied Mathematical Modelling. 2013. Vol. 37. No. 9. P. 6177-6182.

39.Numerical modeling of the electron beam welding and its experimental validation / M. Chiumenti, M. Cervera, N. Dialami, B. Wu, L. Jinwei, C. A. Saracibar // Finite Elements in Analysis and Design. 2016. No. 121. P. 118-133.

40.Guo K. W. A review of micro/nano welding and its future developments // Recent patents on Nanotechnology. 2009. Vol. 3. No. 1. P. 53-60.

41.Dilthey U., Dorfmüller T. Micro electron beam welding // Microsystem technologies. 2006. No. 12. P. 626-631.

42.Knorovsky G. A., Nowak-Neely B. M., Holm E. A. Microjoining with a scanning electron microscope // Science and technology of Welding and Joining. 2006. Vol. 11. No. 6. P. 641-649.

43.Reisgen U., Dorfmueller T. Micro-electron-beam welding with a modified scanning electron microscopy: Findings and prospects // Journal of Vacuum Science & Technology B: Microelectronics and Nanometer Structures Processing, Measurement, and Phenomena. 2009. Vol. 27. No. 3. P. 1310-1314.

44.Reisgen U., Dorfmueller T. Developments in Micro-Electron Beam Welding // Microsystem Technologies 2008. Vol. 14. No. 12. P. 1871-1877.

45.Mahale T. R. Electron beam melting of advanced materials and structures - Doctor's degree. North Carolina State University, 2009. 198 p.

46.Патон Б. Е., Тригуб Н. П., Ахонин С. В. Электронно-лучевая плавка тугоплавких и высокореакционных металлов. Киев: Наук. думка, 2008. 312 с.

47. Электронно-лучевая наплавка в вакууме: оборудование, технология, свойства покрытий /В. Е. Панин, С. И. Белюк, В. Г. Дураков, Г. А. Прибытков, Н. Г. Ремпе // Сварочное производство. 2000. № 2. С. 34-38.

48. Электронно-лучевая наплавка порошковых карбидосталей / В. Е. Панин, В. Г. Дураков, Г. А. Прибытков, И. В. Полев, С. И. Белюк // Физика и химия обработки материалов. 1998. № 6. С. 53.

49.Poate J. M., Foti G., Jacobson D. C. Surface modification and alloying: by laser, ion, and electron beams. New York: Springer Science & Business Media, 2013. 414 p.

50.Электронно-лучевая модификация структурно-фазового состояния перлитной стали / И. Б. Целлермаер, Ю. Ф. Иванов, В. П. Ротштейн, С. В. Коновалов, В. Е. Громов // Физика и химия обработки материалов. 2007. № 1. С. 23-29.

51. An overview: Electron beam-physical vapor deposition technology-Present and future applications / J. Singh, F. Quli, D. E. Wolfe, J. T. Schriempf, J. Singh // Applied Research Laboratory, Pennsylvania State University, USA. 1999. P. 1-16.

52.Fabrication of electron beam physical vapor deposited polysilicon piezoresistive MEMS pressure sensor / K. Singh, R. Joyce, S. Varghese, J. Akhtar // Sensors and Actuators A: Physical. 2015. No. 223. P. 151-158.

53. Ceramic composite materials obtained by electron-beam physical vapor deposition used as thermal barriers in the aerospace industry / B. S. Vasile, A. C. Birca, V. A. Surdu, I. A. Neacsu, A. I. Nicoara // Nanomaterials. 2020. Vol. 10. No. 2. P. 370.

54.Ярушин С. Г. Технологические процессы в машиностроении: Учебник для бакалавров / Москва: Издательство Юрайт, 2011. 564 с.

55. Schollhammer F. Electron Beam Cutting Techniques for Electronic Applications // IEEE Transactions on Product Engineering and Production. 1963. Vol. 7. No. 2. P. 1627.

56.Модуль для электронно-лучевого изготовления отверстий в технической керамике: пат. 191445 U1 РФ / И. Ю. Бакеев, А. А. Зенин, А. С. Климов, Е. М. Окс; патентообладатель: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный

университет систем управления и радиоэлектроники"; № 2019116160; заявл. 24.05.2019; опубл. 06.08.2019. Бюл. № 22.

57. Sarfaraz M. A., Yau Y. W., Sandhu N. S. Electron beam machining of ceramic green-sheets for multilayer ceramic electronic packaging applications // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. 1993. Vol. 82. No. 1. P. 116-120.

58.Electron beam cutting: pat. 1985/4508952 US / M. E. Mochel, C. J. Humphreys; Assignee: Univ. of Illinois at Urbana-Champaign; Appl. No.: 6/467,559; Filed: Feb 17, 1983; Pub. Date: Apr 2, 1985.

59.Precision cutting of nanotubes with a low-energy electron beam / T. D. Yuzvinsky,

A. M. Fennimore, W. Mickelson, C. Esquivias, A. Zettl // Applied Physics Letters. 2005. Vol. 86. No. 5. P. 053109.

60.The electron beam hole drilling of silicon nitride thin films / D. G. Howitt, S. J. Chen,

B. C. Gierhart, R. L. Smith, S. D. Collins // Journal of applied physics. 2008. Vol. 103. No. 2. P. 024310.

61. The controlled fabrication of nanopores by focused electron-beam-induced etching / M. Yemini, B. Hadad, Y. Liebes, A. Goldner, N. Ashkenasy // Nanotechnology. 2009. Vol. 20. No. 24. P. 245302.

62.Fabrication and characterization of solid-state nanopores using a field emission scanning electron microscope / H. Chang, S. M. Iqbal, E. A. Stach, A. H. King, N. J. Zaluzec, R. Bashir // Applied physics letters. 2006. Vol. 88. No.10. P. 103109.

63.Formation of nanopores in a Si N Si O 2 membrane with an electron beam / M. Y. Wu, D. Krapf, M. Zandbergen, H. Zandbergen, P. E. Batson // Applied Physics Letters. 2005. Vol. 87. No.11. P. 113106.

64.Rai-Choudhury P. Handbook of microlithography, micromachining, and microfabrication: microlithography. Washington: SPIE press, 1997. 768 p.

65.Wang W., Pfeiffer P., Schmidt-Mende L. Direct patterning of metal chalcogenide semiconductor materials // Advanced Functional Materials. 2020. Vol. 30. No. 27. P. 2002685.

66. Senzaki S., Okabe T., Taniguchi J. Fabrication of bifocal lenses using resin that can be processed by electron beam lithography after ultraviolet-nanoimprint lithography // Microelectronic Engineering. 2022. No. 258. P. 111776.

67.Fabrication of Si photonic waveguides by electron beam lithography using improved proximity effect correction / M. Eissa, T. Mitarai, T. Amemiya, Y. Miyamoto, N. Nishiyama // Japanese Journal of Applied Physics. 2020. Vol. 59. No. 12. P. 126502.

68.2021. Advances in micro/nanoporous membranes for biomedical engineering / M. Sun, K. Han, R. Hu, D. Liu, W. Fu, W. Liu // Advanced healthcare materials. Vol. 10. No. 7. P. 2001545.

69.Harper C. A. Electronic materials and processes handbook. New York: McGraw-Hill Education, 2004. 800 p.

70. Справочник технолога-оптика / М. А. Окатов [и др.]. СПб.: Изд-во Политехника, 2004. 679 с.

71. Advances in laser drilling of structural ceramics / X. Jia, Y. Chen, L. Liu, C. Wang, J. A. Duan // Nanomaterials. 2022. Vol. 12. No. 2. P. 230.

72.Zhao W., Mei X. Optimization of trepanning patterns for holes ablated using nanosecond pulse laser in Al2O3 ceramics substrate // Materials. 2021. Vol. 14. No. 14. P. 3834.

73.Laser drilling of structural ceramics—A review / H. Wang, H. Lin, C. Wang, L. Zheng, X. Hu // Journal of the European Ceramic Society. 2017. Vol. 37. No. 4. P. 1157-1173.

74. Study of the dynamics of material removal processes in combined pulse laser drilling of alumina ceramic / X. Jia, Z. Li, C. Wang, K. Li, L. Zhang // Optics & Laser Technology. 2023. No. 160. P. 109053.

75.Effects of the laser wavelength on drilling process of ceramic using Nd: YAG laser / M. Mutlu, E. Kacar, E. Akman, C. K. Akkan, P. Demir, A. Demir J. // Laser Micro Nanoeng. 2009. Vol. 4. No. 2. P. 84-88.

76.Nowak K. M., Baker H. J., Hall D. R. Cold processing of green state LTCC with a CO 2 laser // Applied Physics A. 2006. Vol. 84. No. 3. P. 267-270.

77. Shafique M. F., Robertson I. D. Laser machining of microvias and trenches for substrate integrated waveguides in LTCC technology // 2009 European Microwave Conference (EuMC). 2009. P. 272-275.

78.Dobeneck D. Electron Beam Welding the Fundamentals of a Fascinating Technology. Gilsing: Pro-beam AG & Co, 2011. 98 p.

79.Electron beam additive technology for the manufacture of turbojet engine parts operating at elevated temperatures andhigh voltages / I. N. Starkov, K. A. Rozhkov, T. V. Olshanskaya, D. N. Trushnikov // Электронно-лучевая сварка и смежные технологии: Материалы IV международной конференции, Москва, 16-19 ноября 2021 года. С. 315-322.

80. Stepanek J., Skoda R. Optimization of electron beam irradiation at HELCZA experiment // Fusion Engineering and Design. 2017. No. 124. P. 321-323.

81.Николаев Г. А. Сварка в машиностроении: отрав.: в 4-х т. М.: Машиностроение, 1978. Т. 2. 462 с.

82.Борисов С. С., Грачёв Е. А., Зайцев С. И. Вычисления распределений по глубине энергии и заряда выделенных при облучении мишени электронным пучком в приближении дискретных потерь // Прикладная физика. 2007. № 1. С. 50-54.

83. Отклонение электронного пучка, вызванное зарядкой диэлектрических пленок на проводящей подложке / М. А. Князев, Э. И. Рау, А. А. Свинцов,

A. А. Татаринцев, С. И. Зайцев // XVIII Российский симпозиум по растровой электронной микроскопии и аналитическим методам исследования твердых тел: сб. материалов конференции. Черноголовка: ИПТМ РАН Черноголовка, 2013. 116 с.

84. Особенности формирования наночастиц серебра в фототерморефрактивных стеклах при электронном облучении /А. И. Игнатьев, А. В. Нащекин,

B. М. Неведомский, О. А. Подсвиров, А. И. Сидоров, А. П. Соловьев, О. А. Усов // Журнал технической физики. 2011. Т. 81. № 5. С. 75-80.

85.Вендик И. Б., Холодняк Д. В., Симин А. В. Многослойные интегральные схемы СВЧ на основе керамики с низкой температурой обжига. Ч. 3. Активные

устройства, антенны и многофункциональные СВЧ модули // Компоненты и технологии. 2005. № 7. С. 208-213.

86.Форостяный Д. А., Садков А. Б., Пономоренко С. Л. Разработка технологического процесса лазерной резки низкотемпературной совместно спекаемой керамики (LTCC) // Молодежный научно-технический вестник. 2017. № 5. С. 50-50.

87.Cahn R. W. Materials Science and Technology-a comprehensive treatment // International Journal of Materials Research. 1993. Vol. 84. No. 8. P. 573-573.

88.Перцель Я. М., Яковлев А. Н. Преимущества использования технологии низкотемпературной керамики для реализации радиоэлектронных устройств // Современные технологии. 2012. № 8. С. 16-17.

89.Лазерная и электронно-лучевая обработка материалов / Н. Н. Рыкалин, А. А. Углов, И. В. Зуев, А. Н. Кокора. М.: Машиностроение, 1985. 496 с.

90. Кушхов А Р, Кузнецов Г Д. Физика взаимодействия ускоренных ионов, электронов и атомов с веществом: ускоренные электроны: учеб. Пособие. М.: Изд. Дом МИСиС, 2012. 97 с.

91.CIRP Encyclopedia of Production Engineering / C. Sami, L. Luc, R. Gunther, T. Tullio. Heidelberg: Springer Berlin, 2019. 1832 p.

92.Шерстнев Л. Г. Электронная оптика и электроннолучевые приборы: Учебное пособие. М.: Энергия, 1971. 368 с.

93.Cao W., Zhang P., Xu L. Special Processing Technology. Beijing: Beijing Institute of Technology Press, 2021. 264 p.

94.Koleva E. Statistical Modeling and Computer Programs for Optimization of the Electron Beam Welding of Stainless Steel // Vacuum. 2001. No. 62. P. 151-157.

95. Yin W., Wei S. Numerical Simulation of Dynamic Focus Electron Beam Welding of Thick Weldment // Thermal processing. 2018. Vol. 47. No. 5. P. 207-211.

96.Liu Z., Wu J. Application research on electron beam welding simulation based on composite heat source model // Welding Technology. 2018. Vol. 47. No. 7. P. 11-14.

97.Goldak J. A. A New Finite Flement Model for Felding Heat Sources // Metallurgual Transactions. 1984. Vol. 15B. No. 2. P. 299-305.

98.Возможности электронно-лучевой установки «ЛУЧ» для размерной микрообработки стекла и керамических материалов / Я. Чжо, М. Лян, К. М. Моисеев, Л. Л. Колесник, Ю. В. Панфилов // Наноиндустрия. 2020. Спецвыпуск 2s. Т. 13. С. 122-131.

99. Способ контроля геометрии аксиально-симметричного электронного пучка: пат. 1487305 СССР / А. А. Кайдалов, А. В. Емчеенко-Рыбко, В. Ю. Непорожний [и др.]; патентообладатель: Институт электросварки им. Е.О.Патона; № 4242015/08; заявл. 02.10.1987; опубл. 23.02.1993. Бюл. № 17.

100. Способ измерения диаметра сварочного электронного луча: пат. 1091440 СССР / А. А. Каплан, М. И. Баранов, В. М. Кордун [и др.]; патентообладатель: Научно-исследовательский, конструкторский институт испытательных машин, приборов и средств измерения масс; № 2901284/27; заявл. 23.12.82; опубл. 22.01.1994. Бюл. № 15.

101. Способ контроля степени фокусировки при электронно-лучевой сварке: пат. 1272593 СССР / К. С. Акопьянц, А. С. Гол-динов, А. В. Емчеенко-Рыбко [и др.]; патентообладатель: Институт электросварки им. Е. О. Патона; № 3802592/25-27; заявл. 05.03.85. опубл. 07.09.1986. Бюл. № 33.

102. Способ контроля геометрии сварочного пучка электронов и устройство для его осуществления: пат. 1538376 СССР / С. С. Шершнев, А. А. Кайдалов, Ю. И. Пастушенко [и др.]; патентообладатель: Институт электросварки им. Е. О. Патона; № 4318355/31-27; заявл. 01.12.87. опубл. 07.03.1990. Бюл. № 9.

103. Хохловский А. С., Мартынов В. Н., Сысоев А. Г. Экспериментальные методы определения диаметра электронного пучка при электронно-лучевой сварке // Вестник МЭИ. 2011. № 5. С. 52-56.

104. Зуев И. В., Углов А. А. Об измерении диаметра электронного луча методом вращающегося зонда // Физика и химия обработки материалов. 1967. № 5. С. 110-112.

105. Назаренко О. К., Локшин В. Е., Акопьянц К. С. Измерение параметров мощных электронных пучков методом вращающегося зонда // Электронная обработка материалов. 1970. № 1. С. 87-90.

106. Елизаров А. А. Физика интенсивных электронных и ионных пучков: учеб. пособие. М.: Моск. гос. ин-т электроники и математики, 2007. 40 c.

107. Mei X., Yang Z., Zhao W. Laser Hole Drilling on Surface of Electronic Ceramic Substrates // Chinese Journal of Lasers. 2020. Vol. 47. No. 5. P. 0500011.

108. Optimization of Nd: YAG laser parameters for microdrilling of alumina with multiquality characteristics via grey-Taguchi method / A. S. Kuar, B. Acherjee,

D. Ganguly, S. Mitra // Materials and Manufacturing Processes. 2012. Vol. 27. No. 3. P. 329-336.

109. Effect of laser scanning speed on geometrical features of Nd: YAG laser machined holes in thin silicon nitride substrate / J. Zhang, Y. Long, S. Liao, H. T. Lin, C. Wang // Ceramics international. 2017. Vol. 43. No. 3. P. 2938-2942.

110. Characterization of the drilling alumina ceramic using Nd: YAG pulsed laser /

E. Kacar, M. Mutlu, E. Akman, A. Demir, L. Candan, T. Canel, T. Sinmazcelik // Journal of Materials Processing Technology. 2009. Vol. 209. No. 4. P. 2008-2014.

111. Characterization of hole circularity and heat affected zone in pulsed CO2 laser drilling of alumina ceramics / A. Bharatish, H. N. Murthy, B. Anand, C. D. Madhusoodana, G. S. Praveena, M. Krishna // Optics & Laser Technology. 2013. No. 53. P. 22-32.

112. Characterization of hole taper in laser drilling of silicon nitride ceramic under water / Q. Chen, H. J. Wang, D. T. Lin, F. Zuo, Z. X. Zhao, H. T. Lin // Ceramics International. 2018. Vol. 44. No. 11. P. 13449-13452.

113. Zhao W., Mei X., Yang Z. Review on morphological features and process control of holes drilled by pulsed laser on surface of electronic ceramic substrates // Chinese Journal of Lasers. 2022. Vol. 49. No. 10. P. 1002403-1002403-29.