СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №9/2014

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 22 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2014 соб получения покрытий при такой технологии – это нанесение проводя- щей пасты с последующим её вжигани- ем. Паста может наноситься одним из трёх методов: ручным, плёночным или трафаретным, что делает этот метод достаточно гибким в его реализации на производстве. Главной особенностью этой техноло- гии является разработка паст под каж- дый материал, которые после нане- сения и вжигания должны обладать хорошей проводимостью и высокой адгезией к керамике. В данном методе адгезия металлизации к подложке зави- сит в основном от дисперсности порош- ка, из которого изготавливается паста, и режима вжигания. Процесс вжигания пасты является самым энергозатратным этапом в этой технологии, что отража- ется на стоимости готовых изделий. Эта технология имеет ограничения по толщине получаемых слоёв за одно нанесение, поэтому, для формирова- ния необходимой толщины медного слоя из пасты, её наносят несколько раз подряд [5]. Для того чтобы нане- сённая паста не растекалась, её под- сушивают перед каждым последую- щим нанесением. После этого про- водят вжигание в инертной среде, во время которого удаляется органиче- ская связка и создаётся некий эвтек- тический сплав, который при засты- вании формирует связь. За счёт того что органическое связующее выгорает, медный слой получается рыхлым, что способствует снижению его проводи- мости и обретению низкой устойчиво- сти к воздействию температур, хими- ческих веществ и влаги, а также приво- дит к неоднородности электрических и физических свойств. Основным недостатком толстоплё- ночной технологии является её высо- кая трудоёмкость и энергозатратность. Достоинствами – несложность техноло- гических операций и возможность сразу формировать топологический рисунок. М ЕТОДЫ ТОНКОПЛЁНОЧНОГО НАПЫЛЕНИЯ Различные методы напыления, ши- роко используемые в микроэлектро- нике для получения медной тополо- гии (термовакуумное испарение, плаз- менное напыление, магнетронное распыление и прочие их вариации), оказываются в некоторых случаях не способными сформировать медную металлизацию на керамике с требу- емыми параметрами. Часто методы тонкоплёночного напыления полу- чаются слишком нетехнологичными и затратными при применении в мас- совом производстве. Например, любое плазменное напы- ление подразумевает получение медно- го слоя из медного порошка, поэтому напылённый слой получается пори- стым, в результате чего обладает повы- шенным удельным сопротивлением в сравнении с медной фольгой. К тому же плазменное напыление невозмож- но на тонкие керамические подложки, поскольку при напылении происходит локальный разогрев, который приво- дит к разрушению подложки. Любое напыление из атомной фазы требует большого количества времени для образования слоя меди толщиной 300 мкм, что является неприемлемым при массовом производстве. В результате подобные технологии напыления используют только для фор- мирования тонких подслоёв (напри- мер, в технологии AMB) для каких-то специфических задач (увеличения адгезии, снижения температуры вжи- гания, для формирования соединений), что естественно приводит к удорожа- нию технологии. Д РУГИЕ МЕТОДЫ Помимо перечисленных основных методов получения толстых слоёв меди на керамических подложках имеют- ся и другие, такие как диффузионная сварка [6], пайка по активной техноло- гии с использованием припоя из тита- на [1], пайка с использованием пластин из алюминия, ванадия и других метал- лов [1], центрифугирование [7]. Однако все они, по сравнению с технологией DBC, не нашли широкого применения. В ЫВОДЫ Металлизированные толстыми слоя- ми меди керамические подложки мож- но получать любым из вышеперечис- ленных методов, но, учитывая особен- ности каждой технологии, готовые изделия будут отличаться сферами при- менения и, соответственно, ценовым диапазоном. Однако на основе прове- дённого анализа методов можно ска- зать, что наиболее оптимальным соче- танием технических и коммерческих характеристик при металлизации тол- стыми слоями меди керамических под- ложек на основе нитрида и оксида алю- миния, обладает технология DBC. Неда- ром этот метод активно применяется в производстве сверхмощных сило- вых плат крупнейшими зарубежными производителями, такими как «Curamik Electronic», «Ferrotec Nord Corporation», «КЕOSERA», «MARUVA» и др. Полной информации о свойствах металлизированных подложек, создан- ных по технологииDBC, в литературных источниках и патентной литературе не приводится. Поэтому на базе предприя- тия «НЭВЗ-КЕРАМИКС» были проведены исследования характеристик керамиче- ских DBC-подложек зарубежного произ- водства. В результате этих исследований было установлено, что удельное сопро- тивление металлизации соответству- ет сопротивлению, близкому к чистой меди ≤ 2,2 Ом ⋅ см) и определяется каче- ством медной фольги. Адгезия мед- ной металлизации толщиной 300 мкм к алюмооксидной подложке составляет порядка 40–60 МПа и к алюмонитрид- ной – 30–40 МПа. Качество состояния поверхности металлизации соответ- ствует 9-му классу. Стойкость металли- зации к термоциклированию составля- ет 250 термоциклов. Такие параметры металлизации отвечают требованиям большинства производителей СПУ, что даёт большое преимущество этой техно- логии при применении её в массовом производстве электрических плат для силовых устройств. Подробные результаты анализа структуры и свойств DBC-подложек зарубежного производства будут изло- жены во второй части статьи. Л ИТЕРАТУРА 1. F. Barlow, A. Elshabini. Ceramic Interconnect Technology Handbook. CRC. 2007. 2. Исламгазина Л., Шульц-ХардерЮ., Валев С. Критерии выбора подложек для силовых модулей. Компоненты и технологии. №3. 2004. 3. Алхимов А.П., Косарев В.Ф., Фомин В.М., Клинков С.В. Холодное газодинамическое напыление. Теория и практика. Издатель- ская фирма «Физико-математическая литература» (ООО «Физматлит»). 2010. 4. Непочатов Ю.К., Кумачёва С.А., Коса- рев В.Ф., Медведко О.В. Патент (РФ) №2490237 Металлизированная керамиче- ская подложка для электронных силовых модулей и способ металлизации керамики. 5. Цудзимура Есихико, Накамура Миюки, Фусии Ясухито. Подложка, способ её полу- чения (варианты) и металлическое соеди- нённое изделие. Патент (РФ) №2196683. 6. Люшинский А.В. Диффузионная сварка раз- нородных материалов. Академия. 2006. 7. МихееваЕ.В.,СкулкинН.М. Способметаллиза- циикерамики. Патент (РФ)№2164904.