Современная электроника №5/2020

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 14 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2020 Изготовление ГИС СВЧ на алюмонитридных подложках со сквозными отверстиями, заполненными поликристаллическим алмазом С увеличением мощности полупроводниковых приборов СВЧ, требующих эффективного рассеяния тепла, возникает необходимость использования материалов с высокой теплопроводностью. Такими материалами являются оксид бериллия, нитрид алюминия и алмаз. В настоящей статье представлены результаты разработки технологии изготовления гибридных интегральных схем СВЧ-диапазона (ГИС СВЧ) на подложке из алюмонитридной керамики с отверстиями, заполненными поликристаллическим алмазом. Полученная подложка может найти применение в СВЧ-микроэлектронике при создании мощных диодов, транзисторов из нитрида и арсенида галлия и устройств на их основе. Юрий Непочатов (nuk3d@mail.ru) , Владимир Свинаренко (г. Новосибирск) , Игорь Белашов (г. Троицк) Введение Твердотельная СВЧ-электроника нача- ла интенсивно развиваться с появлением кремниевых, а затем арсенидгаллиевых и нитридгаллиевых СВЧ-транзисторов с приемлемыми параметрами по коэф- фициенту усиления, коэффициен- ту шума, КПД и выходной мощности в СВЧ-диапазоне. Большая номенклату- ра, многофункциональность, сложность реализации технических характеристик при небольшой потребности (в основ- ном – в военной технике) изначаль- но направили развитие твердотельной СВЧ-электроники по пути технологии гибридных интегральных схем (ГИС). Эта технология представляет собой изготовление отдельных активных и пассивных компонентов (транзисто- ров, конденсаторов, линий задержки, ключей) в виде отдельных элементов, объединённых в ГИС. Внедрение гибридной технологии на первых этапах развития твердотельной СВЧ-электроники за счёт несложных технологических приёмов – разварки, пайки, склеивания – при резком увели- чении функциональных возможностей СВЧ-аппаратуры обеспечило высокие технические характеристики и прием- лемую надёжность, а также резко сни- зило вес, габариты и стоимость аппа- ратуры. Добиться этого получилось за счёт использования компонентов высокого качества и подстройки в про- цессе изготовления ГИС. С развитием технологии арсенида галлия появи- лись монолитные СВЧ-интегральные схемы (МИС СВЧ), в которых актив- ные и пассивные СВЧ-компоненты изготавливаются на одном кристалле и в едином технологическом цикле. Эта технология открыла перспективы создания более сложных СВЧ-систем с повышенной надёжностью, меньшим весом и габаритами, в том числе назем- ных и бортовых систем радиолокации с активными фазированными решет- ками (АФАР) [1]. Основным элементом конструк- ции ГИС СВЧ является металлизиро- ванная керамическая подложка, на которой запроектированы рисунок схемы, пассивные элементы (индук- тивности, конденсаторы и резисто- ры) и полупроводниковые кристаллы. При этом подложка выполняет две основные функции. Во-первых, осу- ществляется электрическая изоля- ция токоведущих шин топологиче- ского рисунка, расположенных на одной стороне, друг напротив друга, а также от токоведущих шин на другой стороне. Во-вторых, подложка пере- даёт тепло, выделяемое активными элементами, на теплоотводы и ради- аторы. Керамическая подложка имеет относительно высокую механическую и электрическую прочность, малый коэффициент теплового расширения и способна образовывать соединения с металлами. Также подложка обеспе- чивает низкие диэлектрические поте- ри при высокой температуре. Значи- тельная часть керамических подложек в радио- и электронной технике под- вергается металлизации. Металлиза- ционное покрытие наносят на под- ложку для создания токопроводящего слоя на определённой её части, к кото- рой присоединяют полупроводнико- вый кристалл и выводы, соединяющие изделие с корпусом полупроводнико- вого прибора. Металлизация может также служить в качестве электродов конденсаторов, витков катушек индук- тивностей и промежуточным слоем для соединения подложки с метал- лическим основанием или арматурой корпуса с помощью пайки. Металлиза- ционный слой создаёт смачивающую- ся припоем поверхность и позволяет получить прочное паяное соединение керамической подложки с металличе- ским основанием [2]. Передовые достижения в СВЧ-элек- тронике несколько последних деся- тилетий в значительной степени свя- зываются с успехами, достигнутыми в области разработки новых материалов и материаловедении сложных полупро- водниковых соединений и наногетеро- структур. Использование новых мате- риалов при изготовлении ГИС и МИС СВЧ позволяет увеличить мощность схем, расширить частотный диапазон разрабатываемых устройств, улучшить их тактико-технические характеристи- ки и, что крайне важно в условиях тре- бований постоянной миниатюризации, уменьшить их массогабаритные пара- метры. Можно существенно уменьшить габариты, если использовать бескорпус- ные кристаллы диодов и транзисторов, но при этом возникает проблема отвода тепла, выделяющегося при работе этих приборов. Дополнительная сложность заключается в том, что кристаллы, как правило, должны быть электрически изолированы от корпуса. В этом случае проблема эффективного отвода тепла решается путём использования тепло- отводящего основания из меди, алюми- ния, керамики на основе оксида берил- лия, нитрида бора и карбида кремния. В тех случаях, когда требуется одновре- менно обеспечить отвод тепла от кри- сталла полупроводникового прибора и