СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №5/2016

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 13 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2016 Рис. 2. Прессованные диски из AlN-гранулята Рис. 1. Гранулят из нитрида алюминия, полученный на грануляторе XLB-3 Последний параметр хорошо согла- суется с кремнием, что особенно важ- но для приборов, выполненных на кри- сталлах больших размеров. К тому же, в отличие от керамики из ВеО, тепло- проводность керамики на основе АlN при нагреве уменьшается незначи- тельно [4]. П ОСТАНОВКА ЗАДАЧИ Для повышения эффективности отвода тепла от мощных СВЧ-тран- зисторов и силовых полупроводни- ковых приборов, а также обеспечения импортозамещения зарубежной эле- ментной базы, была поставлена задача разработки конструктивных элементов (радиаторов, прокладок, оснований, корпусов и т.п.) силовых полупрово- дниковых приборов и СВЧ-устройств из алюмонитридной керамики. В дан- ной статье представлены результаты исследований по разработке дисков из алюмонитридной керамики для корпусов мощных полупроводнико- вых приборов. Э КСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ Существует два основных спосо- ба изготовления керамических изде- лий из нитрида алюминия: первый – прессование заготовок с последующим спеканием, второй – литьё шликера на плёнку с последующим спеканием. Однако метод формования прессова- нием менее трудозатратный и энерго- ёмкий [5]. В процессе холодного прессова- ния порошка нитрида алюминия без добавления компонентов, способству- ющих повышению механико-проч- ностных свойств, не удаётся достичь значения теоретической плотности даже в случае приложения высоко- го давления. Недостаточная «сырая» плотность заготовки нитрида алю- миния приводит к дефектной струк- туре, значительной усадке изделия и нестабильности линейных разме- ров спечённого образца [6]. С целью решения перечисленных проблем при использовании метода прессования сначала изготавливался пресс-порошок (гранулят) на основе порошка нитрида алюминия с разме- ром частиц 1,2–1,8 мкм по следующей технологической схеме: 1. Смешивание порошка нитрида алю- миния с добавкой оксида иттрия. 2. Введение поверхностно-активных веществ (ПАВ) и органического рас- творителя в смесь порошков с обра- зованием суспензии. 3. Распыление суспензии в сушиле. При формировании изделий мето- дом прессования необходимо разрабо- тать технологию изготовления грану- лята с хорошей сыпучестью и прессуе- мостью. При получении пресс-порошка из нитрида алюминия в качестве ПАВ использовались поливинилпирроли- дон и полиэтиленгликоль, а в качестве органического растворителя – этило- вый спирт. Состав суспензии указан в таблице 1. Метод распыления в сушиле заклю- чается в том, что в специальное устрой- ство – гранулятор, например исполь- зованный в работе XLB-3, загружают необходимое количество органиче- ского связующего вещества и порошки, из которых необходимо получить гра- нулят. После этого гранулятор смеши- вает компоненты таким образом, что на выходе получаются гранулы пресс- порошка (см. рис. 1). Гранулометри- ческий состав пресс-порошка нитри- да алюминия, изготовленного на гра- нуляторе XLB-3 в ходе эксперимента, приведён в таблице 2. Затем из гранулята, полученного на основе порошка нитрида алюминия, в специальных пресс-формах мето- дом одноосного прессования изготав- ливались керамические заготовки дис- ков толщиной 1–3 мм (см. рис. 2). Прес- сование проводилось с усилием 10, 15 и 20 т. Далее осуществлялось удаление органического растворителя и связую- щего вещества из прессованных сырых заготовок при температуре 550°С в печи Nabertherm VHT 276. Таблица 1. Состав суспензии и гранулята для приготовления пресс-порошка на основе нитрида алюминия № п/п Наименование компонента Состав, г Состав, % Состав гранулята, % 1 ПЭГ 4000 161,3 71 7 2 ПВП 64,5 29 3 Спирт 2000,0 – – 4 Y 2 O 3 90,0 3 93 Таблица 2. Гранулометрический состав пресс-порошка нитрида алюминия Содержание фракции, % Насыпная плотность, г/см 3 Сыпучесть, г/с Влажность, % –0,04 +0,04 +0,064 +0,08 +0,1 54,5 23,9 6,3 3,0 11,31 89,8 20 0,58