СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 3/2016

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 32 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2016 Получение гранулята для производства керамических изделий на основе нитрида алюминия Рис. 1. Объёмные изделия из алюмонитридного гранулята Для решения отвода тепла от теплонагруженных кристаллов мощных полупроводниковых устройств требуются высокотеплопроводящие керамические материалы, такие как оксид бериллия и нитрид алюминия. В статье описываются состав и технология изготовления гранулята для производства подобных материалов из нитрида алюминия. Юрий Непочатов, Анастасия Денисова, Иван Красный, Владимир Хахалкин, Антон Бандин (г. Новосибирск) В ВЕДЕНИЕ В конструкциях твердотельных и электронно-вакуумных СВЧ-при- боров, силовой электроники, фото- вольтаики, оптоэлектроники, а так- же в радиоэлектронных устройствах для отвода тепла от изолированных кристаллов и конструктивных эле- ментов широко применяется тепло- проводящая керамика, изготавливае- мая из оксида бериллия (BeO). Един- ственный производитель изделий из бериллиевой керамики на пост- советском пространстве – это ТОО «КазМетизПром», который находит- ся в г. Усть-Каменогорске (Республи- ка Казахстан). Производственные мощности ТОО «КазМетизПром» не в состоянии обеспечить требования потребителей ни по объёмам, ни по уровню качества продукции, к тому же цены на изделия из BeO достаточ- но высоки. В России отсутствуют пред- приятия, способные выпускать изде- лия из бериллиевой керамики. Ввод в действие новых производственных мощностей в России, ориентирован- ных на выпуск бериллиевой керами- ки и деталей из неё, не планируется. Учитывая, что допустимые рабо- чие температуры полупроводнико- вых приборов ограничены, следует предусматривать сведение к миниму- му выделения тепла, защиту от тепло- вых перегрузок и применение эффек- тивных методов отвода тепла. Эти тре- бования особенно существенны для мощных полупроводниковых прибо- ров, которые работают при больших уровнях мощности на полупроводни- ковом переходе. При конструировании радиоэлектронной аппаратуры малые температурные изменения параме- тров мощных приборов могут быть достигнуты эффективным охлажде- нием транзистора. Правильный выбор теплового режима работы полупро- водникового прибора не только обе- спечивает стабильность параметров работы радиоэлектронной аппарату- ры, но и значительно снижает интен- сивность отказов полупроводниковых приборов. Такие важные параметры электрон- ных устройств, как выходная СВЧ- мощность, коэффициент полезного действия, рабочие токи и напряже- ния, а также надёжность, зависят от конструкции корпуса, его теплоотводя- щих свойств, диэлектрических свойств и теплопроводности материалов тепло- отводящих конструктивных элементов. Существенным недостатком оксида бериллия является значительное сни- жение величины теплопроводности с ростом температуры, а также необ- ходимость разработки особых мер по обеспечению безопасных условий работы персонала и его высокая сто- имость, что не позволяет считать этот материал универсальным. Алюмонитридная керамика (см. рис. 1) является высокоперспективным материалом для применения в раз- личных областях – от производства огнеупоров, композиционных мате- риалов для оборудования и инстру- мента до устройств микроэлектро- ники. Она характеризуется стабиль- ностью диэлектрических свойств, высокой механической прочностью, термостойкостью, химической стойко- стью в различных средах. Преимуще- ство нитрида алюминия перед други- ми материалами обеспечивается уни- кальным сочетанием его физических и электрических характеристик: высо- ких электроизоляционных свойств, умеренного коэффициента теплово- го расширения, высокой теплопро- водности при относительно невысо- кой стоимости. Керамика из нитрида алюминия является идеальным конструкционным материалом для приборов и устройств на основе кремниевых кристаллов, так как коэффициенты температурного линейного расширения нитрида алю- миния и кремния практически совпа- дают в широком температурном диа- пазоне. Переход на использование в произ- водстве электронно-вакуумных СВЧ- приборов, силовой электроники и фо- товольтаики изделий из твердотельной керамики на основе нитрида алюми- ния вместо керамики на основе окси- да бериллия – это серьёзный вклад в решение вопросов импортозамеще- ния и освобождения от зависимости от иностранных поставщиков. Потребности отечественного рынка в алюмонитридной керамике опреде- ляются выпуском изделий СВЧ и сило- вой электронной компонентной базой и могут составлять более одного мил- лиона изделий в год. П РОИЗВОДСТВО ИЗДЕЛИЙ ИЗ КЕРАМИКИ НА ОСНОВЕ НИТРИДА АЛЮМИНИЯ Целью данной работы является раз- работка технологии получения керами- ческих объёмных изделий из керамики на основе нитрида алюминия с высо- ким значением теплопроводности