СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №3/2015

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 20 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2015 Рис. 7. Место отрыва меди от керамики на DBC-подложке Противодействующее услилие Припой Направление усилия Разрывной столбик Прижимной диск Медная фольга (300 мкм) Керамическая подложка (640 мкм) Медная фольга (300 мкм) Зажим DBC-подложка Зажимы держателя Рис. 6. Принцип измерения адгезии медного покрытия к DBC-подложке логии схемы, так как это может приве- сти к тому, что на проводнике, располо- женном на стороне б, будет выделяться больше мощности, чем на проводнике тех же размеров на стороне а . Адгезия является основным показате- лем качества соединения материалов. Для определения прочности соедине- ния в DBC-подложках были проведены измерения адгезии меди к керамике до и после воздействия термоударов. Измерения адгезии DBC-подложек проводились на образцах размером 30 × 30 мм, которые подвергались воз- действию различного числа термоуда- ров по ГОСТ 20.57.406-81 (метод «двух камер» 205-1, перепад температуры –60…150 ° C, выдержка 1 час). После это- го измерялась адгезия на сторонах а и б с использованием разрывной машины Instron 3366L4610 с точностью измере- ния 1%. Принцип измерения показан на рисунке 6. Подготовка к измерению адгезии производилась следующим образом. Измеряемая DBC-подложка и раз- рывной столбик с площадью основа- ния 0,5 см 2 , изготовленный из латуни марки ЛС-59-1, облуживались паяль- ной пастой на основе порошков оло- ва и свинца с добавкой вазелина и кани- фоли, располагались на электропли- те и разогревались до температуры 270 ° С. Залуженный разрывной столбик закреплялся на залуженной поверхно- сти измеряемой DBC-подложки стро- го перпендикулярно. В таком положе- нии детали припаивались друг к другу. Дляобеспеченияравномернойнагруз- ки на измеряемую подложку исполь- зовался металлический диск с отвер- стием 0,6 мм, на который создавался упор (с помощью специальной оснаст- ки – тисков) в тот момент, когда к раз- рывному столбику прикладывалось усилие в вертикальном направлении. Обработка измеренных данных про- водилась по ГОСТ 28830-90. В табли- це 2 представлены результаты измере- ний адгезии на стороне а и стороне б . На рисунке 7 показаноместо отрыва на DBC-подложке меди от керамики. Прове- дённый химический анализ этой обла- сти показал, что светлыми участками являются остаткимеди (Cu), темными – алюмооксидная керамика (Al 2 O 3 ), а полу- прозрачные области – это алюмомедная шпинель (CuAl 2 O 4 ) (переходный слой). Из данных, приведённых в табли- це 2, видно, что прочность соединения алюмооксидной керамики с медью по технологии DBC имеет высокие зна- чения. Однако из результатов измере- ний также видно, что после 20 термоу- даров адгезия ухудшается почти на 16%, что может оказаться серьёзной про- блемой при проектировании на таких подложках высокомощных устройств. Подобное ухудшение адгезии происхо- дит из-за механических напряжений, которые возникают в соединении меж- ду медью и керамикой при температур- ных перепадах в результате разности температурного коэффициента линей- ного расширения (ТКЛР) меди и кера- мики. Более тщательные исследова- ния зависимости адгезии от перепа- дов температуры требуют проведения исследований на большем количестве образцов. Х АРАКТЕРИСТИКИ КЕРАМИКИ В DBC- ПОДЛОЖКАХ ОТ ПРОИЗВОДИТЕЛЯ CETC Для определения качества керами- ки, используемой компанией CETC, были исследованы подложки с медью, которая предварительно была стравле- на азотной кислотой (см. рис. 5в). Для сравнения характеристик этих подло- жек с отечественными образцами, на предприятии НЭВЗ-КЕРАМИКС были изготовлены алюмооксидные под- ложки размером 120 × 120 мм из кера- мики марок ВК-96 и ВК-100 толщиной 640 мкм. Подложки изготавливались на оборудовании KEKO EQUIPMENT по технологии литья на движущуюся основу, которая включает в себя следу- ющие основные операции: ● приготовление шликера; ● литьё сырой керамической плёнки; ● изготовление заготовок подложек из сырой керамической плёнки; ● спекание заготовок керамических подложек; ● механическая обработка поверхно- сти (шлифовка, полировка, торцов- ка краёв и др.). Особенностью этой технологии явля- ется то, что у спечённых подложек торцы обрезаются методом лазерно- го скрайбирования на лазерной уста- новке МЛ1-1, после чего отламываются специальным приспособлением. Кера- мические DBC-подложки производства компании CETC также имеют на тор- цах характерные следы от воздействия лазерного луча (см. рис. 8). Это указыва- ет на то, что данные керамические под- ложки изготавливались по технологии литья на движущуюся основу с после- Таблица 2. Результаты измерения адгезии медного покрытия к керамике у DBC-подложек Параметр Значение Количество термоударов 0 5 10 15 20 Адгезия к стороне а (с крупными поликристаллами), Н/мм 2 55,6 53,7 51,2 48,6 47,1 Адгезия к стороне б (с мелкими поликристаллами), Н/мм 2 54,5 51,0 48,3 46,8 46,0 Таблица 1. Сравнение сопротивления медного покрытия на DBC-подложках Параметр Сопротивление медного покрытия на DBC-подложках Сопротивление медной фольги М0б толщиной 300 мкм Теоретическое сопротивление на стороне а на стороне б Удельное сопротивление, 10 -6 Ом·см 1,95 2,12 1,84 1,72