СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №9/2014

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 21 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2014 Порошок меди Керамическая подложка Сопло Лаваля Нагреватель N 2 /Ar пузырей не превышает 1%). Дальнейшее формирование толстого слоя меди про- исходит либо путём припайки медной фольги (предварительно прошедшей очистку), либо гальваническим нара- щиванием. Для гальванического наращивания меди наиболее часто используют сле- дующие электролиты: сернокислый, борфтористоводородный и сульфат- ный. В электролиты возможно добав- ление различных примесей для уве- личения рассеивающей способности, а также блескообразующих добавок. Важным моментом при гальваническом наращивании меди является тщатель- ная проработка режима работы галь- ванической установки при выбран- ном электролите. Так как каждый элек- тролит обладает своей рассеивающей способностью, то для каждой системы электролитов устанавливаются инди- видуальные режимы работы. При помощи данной технологии воз- можно получить керамические под- ложки с медной металлизацией с повы- шенной адгезией и стойкостью к тер- моциклированию. Однако при фор- мировании основного слоя меди гальваническим наращиванием слой получается не таким плотным, как при фольгировании, что выражается в высоком удельном сопротивлении. К тому же гальваническое наращива- ние – долговременный процесс и он ограничен толщиной наращиваемого слоя – 150–200 мкм, так как при боль- ших толщинах значительно ухудшает- ся адгезия. В свою очередь при фольги- ровании основное внимание уделяется эвтектическим сплавам, формирую- щим крепкие связи с медью. Основной сложностьюэтой техноло- гии является подбор рабочих режимов напылений, гальванического наращива- ния и наиболее эффективного состава электролита. Такая технология доста- точно затратная в силу высокой стоимо- сти оборудования и сложностей, связан- ных с обеспечением безопасности рабо- ты гальванической установки. Поэтому она не нашла широкого применения. Т ЕХНОЛОГИЯ ХГН ХГН-технология является аналогом AMB-технологии, с той лишь разни- цей, что нанесение подслоёв и основ- ного слоя осуществляется высокоско- ростным потоком «холодных» частиц порошка, ускоряемых сверхзвуковой струёй азота при температуре, суще- ственно меньшей температуры плав- ления напыляемых частиц. Следстви- ем этого является минимизация окис- лительных процессов. Перед тем как нанести на подложку порошок метал- ла под высоким давлением, его разогре- вают до температуры 300–500 ° С, что- бы разогнать частицы металла до кри- тической скорости, при которой они напыляются с максимальным коэф- фициентом. Разогрев также приво- дит к увеличению скорости образова- ния химических связей между медью и керамикой. Сама процедура нанесе- ния порошков металлов при помощи технологии ХГН примерно одинакова для всех металлов: температура тормо- жения (температура разогрева подлож- ки перед столкновением с частицами) около 200–300 ° С, давление струи 1,5– 2,0 МПа. Сам процесс напыления состо- ит из трёх стадий: первая стадия – это разгон и нагрев частиц, вторая – вза- имодействие частиц непосредствен- но с поверхностью подложки (адгези- онная стадия) и третья – когезионная стадия, когда покрытие наращивается до необходимой толщины и закрепле- ние частиц происходит на поверхно- сти, сформированной предыдущими частицами (см. рис. 4) [3]. Технология ХГН, так же, как и AMB, реализуется через подслой, так как при напылении на чистую керамиче- скую поверхность напылённый слой меди высокой адгезии не имеет. Для обеспечения высокой адгезии в каче- стве подслоя используется либо поро- шок алюминия, либо слой металлиза- ционной пасты на основе смеси Mo-Mn, которая вжигается в подложку и имеет высокую адгезию к алюмонитридной (алюмооксидной) керамике (поряд- ка 30–65 МПа). После формирования Mo-Mn-подслоя наносится порошок меди марки ПМС [4]. В покрытиях после напыления воз- никают напряжения сжатия или рас- тяжения. Их знак и величина зависят от материалов покрытия и подложки, а также толщины покрытия. Для техно- логии ХГН чаще свойственны напряже- ния растяжения в покрытии (покры- тие стремится сжаться после напыле- ния), что объясняется самим процессом формирования слоя: частицы при ударе сжимаются в направлении, перпендику- лярном поверхности, и одновременно растягиваются вдоль поверхности. При закреплении в таком состоянии и после снятия ударной нагрузки частица рас- тягивается в направлении, перпендику- лярном подложке, и одновременно сжи- мается вдоль поверхности. Однако силы адгезии к поверхности не позволяют ей этого сделать, что и приводит к тому, что покрытие в целом стремится к сжа- тию вдоль поверхности. Напылённый по технологии ХГН слой меди является пористым, что создаёт сложности при получении топологического рисунка на плате. Чтобы увеличить плотность этого слоя изделие после напыления отжига- ют в среде водорода или в вакууме при температуре 900–1000 ° С [4]. Данная технология позволяет полу- чить медные покрытия на алюмони- тридной (алюмооксидной) керами- ке с адгезией 20–45 МПа и с удельным сопротивлением медного слоя поряд- ка 3,2 × 10 -6 Ом ⋅ см [4]. Однако наличие Mo-Mn-подслоя создаёт дополнитель- ное тепловое сопротивление, которое ухудшает адгезионные свойства мед- ной металлизации при термоциклиро- вании. Поэтому такие покрытия мож- но использовать только в маломощных СПУ. Главными преимуществами этой технологии являются её дешевизна, технологичность и высокая скорость получения металлизации. Т ОЛСТОПЛЁНОЧНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ Толстоплёночная технология полу- чила широкое распространение в про- изводстве микросхем. Основной спо- Рис. 4. Принцип ХГН-технологии