СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №9/2016

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 16 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2016 Выбор составов металлизационных паст и разработка технологии металлизации керамики из нитрида алюминия Металлизированная алюмонитридная керамика во всём мире широко используется в качестве теплоотводов для активных элементов силовых полупроводниковых приборов (СПП). В данной статье рассмотрена возможность металлизации отечественной алюмонитридной керамики металлизационными пастами, предназначенными для металлизации алюмооксидной керамики. В работе сравниваются прочность сцепления с AlN-керамикой металлизационных покрытий (МП), полученных из металлизационных паст собственного изготовления и зарубежного. Также приведены режимы вжигания этих металлизационных паст. Юрий Непочатов, Иван Красный, Валерий Грибанов, Светлана Кумачёва, Анастасия Денисова (г. Новосибирск) В ВЕДЕНИЕ Темпы развития силовых полупро- водниковых приборов (СПП) растут с каждым годом, что обусловлено постоянной работой специалистов над новыми конструкционными радиома- териалами и технологиями их созда- ния. Сегодняшний тренд развития элек- троники направлен на миниатюриза- цию полупроводниковых устройств и приборов, однако это возможно при решении ряда определённых задач, таких, как эффективный отвод тепла от активных радиоэлементов, разра- ботка новых алгоритмов работы микро- схем, поиск альтернативных техноло- гий, позволяющих снизить выделение тепла при работе приборов. В производстве электронно-компо- нентной базы силовой электроники в качестве изоляционных и конструк- ционных материалов очень широко используются различные виды керамик преимущественно на основе оксидов (Al 2 O 3 , Zr 2 O, BeO), карбидов (B 4 С, TiC, SiC), нитридов (Si 3 N 4 , BN, AlN). Наибо- лее востребованным керамическим материалом в производстве высоко- мощных полупроводниковых прибо- ров, которые работают при мощно- сти более 2 кВт/мм 2 , является оксид бериллия (BeO), поскольку керамика на основе этого материала обладает очень высокой теплопроводностью порядка 250 Вт/(м ⋅ К), что позволяет эффектив- но отводить тепло от активных элемен- тов приборов, к тому же другие элек- трофизические параметры этой кера- мики являются очень удобными для полупроводниковой промышленно- сти. Бериллиевая керамика является оксидной и получить на её поверхно- сти металлизационное покрытие (МП) с высокой адгезией гораздо проще, чем на поверхностях безоксидных типов керамик. Однако эта керамика являет- ся токсичной и её промышленное про- изводство в России не предусматри- вается, поэтому для силовой полупро- водниковой промышленности очень актуальным становится вопрос поис- ка материалов, альтернативных берил- лиевой керамике. По физическим параметрам наибо- лее близкой к бериллиевой керамике является алюмонитридная керамика (AlN). Она также обладает достаточно высокой теплопроводностью поряд- ка 170 … 200 Вт/(м ⋅ К) и стабильностью электрического сопротивления с повы- шением температуры 10 14 … 10 13 Ом ⋅ см. Однако эта керамика является нитрид- ной, что создаёт проблемы в получении на её поверхности металлизационного покрытия с высокой адгезией и стой- костью к термоциклированию, исполь- зуя традиционные физико-химические процессы, характерные для оксидных керамик. Поэтому работы по разработ- ке технологий, позволяющих получать металлизационные покрытия с высо- кой адгезией и термостойкостью на алюмонитридной керамике, на сегод- няшний день являются особенно вос- требованными. Металлизационное покрытие нано- сят на керамику для создания на опре- делённой части подложки-держате- ля токопроводящего слоя, к которому присоединяют полупроводниковый кристалл и выводы. Основным мето- дом получения металлического покры- тия на керамических изделиях являет- ся нанесение через сеткографический трафарет пасты с последующим её вжи- ганием, что позволяет формировать топологический рисунок и обеспечи- вать соединение керамики с металли- ческой арматурой при помощи пай- ки. Металлизационный слой создаёт смачиваемую припоем поверхность и позволяет получить методом пайки прочное, вакуумно-плотное, герметич- ное соединение керамических деталей друг с другом или с металлом. Плохая смачиваемость керамики объясняет- ся совершенно различной структу- рой поверхностей керамики и метал- лов. Прочный металлизационный слой на керамике служит цементирующей промежуточной составляющей между керамикой и металлической армату- рой. Прочность сцепления МП с кера- микой возрастает при близости показа- телей ТКЛР и усадки металлизационной пасты при вжигании. При вжигании металлизационных композиций в кера- мике происходят два взаимоисключа- ющих процесса: ● спекание металлических зёрен меж- ду собой; ● окисление активных компонентов металлизационной пасты и взаимо- действие вновь образующихся цент- ров оксидов с оксидами керамики с появлением переходного слоя. Поэтому в пасту наряду с чистыми металлами вводят активные добавки и стеклообразующие составляющие, которые взаимодействуют с компонен- тами керамики и не нарушают процесс спеканияметаллических зёрендруг с дру- гом. Толщина металлизационного слоя после нанесенияна подложку-держатель может составлять 20 … 60мкм. После вжи- гания она уменьшается на 40 … 50%. Металлизационные покрытия на деталях из алюмонитридной керамики