СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №9/2016

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 17 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2016 для высокомощных полупроводнико- вых приборов должны быть достаточно плотными, термостойкими, высокотеп- ло- и электропроводящими, поскольку МП выполняет функции проводника электрического тока и, в то же время, теплоотвода. Если МП будет недоста- точно плотным или электро- и тепло- проводящим, то при прохождении через него тока произойдёт повыше- ние электрического сопротивления, что приведёт к нарушению целостно- сти этого МП и выходу из строя всего прибора. Из-за специфики применения высокомощных полупроводниковых приборов, металлизационные покры- тия в них подвергаются значительным термическим циклам с большой ампли- тудой (–60 … +150 ° С), поэтому для бес- перебойной работы приборов необхо- дима высокая надёжность соединения металла с керамикой. В зависимости от назначения и специфики полупрово- дниковых приборов требования к проч- ности соединения МП с керамикой (адгезия) может варьироваться от 1,5 до 2,5 кгс/мм 2 , а в особо мощных и ответ- ственных приборах – от 4 до 6 кгс/мм 2 . Целью работы является выбор соста- вов металлизационных паст для трафа- ретной печати и исследование техно- логических путей получения металли- зационных покрытий диэлектриков из нитрида алюминия. Все ныне существующие технологии металлизации AlN-керамики позволяют создавать металлизационные покры- тия, которые можно разделить на низ- котемпературные (Т раб ≤ 800 ° С) и высо- котемпературные (Т раб ≥ 800 ° С). Н ИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ МП НА AlN- КЕРАМИКЕ Низкотемпературные МП в основном состоят из таких металлов, как медь, серебро, алюминий и их сплавов. По способам формирования МП на кера- мике, технологии металлизации можно разделить следующим образом: ● напыление (реактивное, вакуум- ное, плазменное, газодинамиче- ское и др.) – нанесение металлов на поверхность керамики происходит в виде дисперсных частиц; ● толстоплёночная технология – нане- сение металла в виде металлизаци- онных паст, состоящих из порош- ков металлов с органической связкой (биндером), с последующим вжига- нием; ● фольгирование – припайка фольги металла через активные припои. В большинстве случаев при форми- ровании МП на алюмонитридной кера- мике производители металлизирован- ных керамических изделий комбини- руют перечисленные технологии, что позволяет использовать преимуще- ства каждой из них и получать покры- тия высокого качества. Наиболее часто используемой техно- логией низкотемпературной металли- зации AlN-керамики является техноло- гия паст и припоев активных металлов: 1. На подложку из нитрида алюминия с шероховатостью Ra = 0,6…1,0 нано- сят пасту на основе Ag (98 Ag + 1 Cu + + 1 Sn) толщиной 15–20 мкм, прово- дят сушку (150°С, 10 мин, на возду- хе), вжигают при температуре 800°С в течение 10 мин, после чего гальва- ническим способом наносят медь толщиной 200…250 мкм. 2. На керамическую подложку напыля- ют тонкий слой Ti/V (1–2 мкм), после чего наносят пасту на основе серебра и вжигают. Далее проводят гальвани- ческое наращивание меди. 3. На алюмонитридную подложку наносят пасту, состоящую из 85Сu + + 10Ag + 5Ti или 85Сu + Сu 2 O + 5Ti, после чего сушат и вжигают при тем- пературе +1250 ° С. 4. На алюмонитридную полирован- ную подложку напыляют магнетрон- ным распылением слой Ti (0,3 мкм) и вжигают при температуре +1000 ° С, а после наращивают гальваническую медь. Для пайки медной фольги с AlN воз- можно использовать припой на основе 59Ag–27,25Cu–12,5In–1,25Ti при контактном давлении 2,9 Па × × 10 4 и пайке в азоте при температуре +850 ° С в течение 10 минут. В ЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ МП НА AlN- КЕРАМИКЕ Наиболее востребованными МП на AlN-керамике являются покры- тия, которые не ухудшают своих адгезионных свойств при нагреве до +800 … 1000 ° С, поскольку наиболее популярными припоями для пайки конструкционных элементов вакуум- ноплотных систем являются припои на основе серебра и меди (например: ПСр72 или Ср99,99). Полное отсутствие стеклофазы в алюмонитридной кера- мике не позволяет использовать для её металлизации стандартные, хоро- шо отработанные процессы металли- зации оксидных керамик пастами на основе тугоплавких металлов (Мo, W). Металлизационные пасты на основе Мo иW для AlN-керамики часто смеши- вают с Ti и вжигают при температуре +1850–1880 ° С в атмосфере азота, после чего покрывают никелем (3 … 5 мкм) и золотом (1 … 1,5 мкм). Однако такая высокая температура вжигания дан- ной смеси связана с большими затра- тами и может использоваться только в тех случаях, когда это действитель- но экономически оправданно. Как показывает практика, электрическое сопротивление и адгезия металли- зации к керамике зависят от многих факторов, включая средний размер частиц порошков металла, темпера- туру и состав среды вжигания. Теория образования надёжного сое- динения металл–керамика предпола- гает образование на границе пере- ходного слоя в результате физико- химических превращений (в случае с нитридной керамикой) следующих соединений: CrN, CuN 2 , Mo 2 N, AgN 3 , TiN, YN, VN. Однако для того чтобы в припо- верхностном слое керамики образова- лись в достаточном количестве подоб- ные соединения, необходимы высокие температуры и длительные выдержки. И ССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ МЕТАЛЛИЗАЦИИ КЕРАМИКИ ИЗ НИТРИДА АЛЮМИНИЯ В России промышленным произ- водством изделий из алюмонитрид- ной керамики занимается предприя- тие АО «НЭВЗ-Керамикс» [1, 2]. Выпу- скаемые им алюмонитридные изделия, в зависимости от способа изготовления (прессование, центробежное литьё, литьё на движущуюся основу [3, 4], что определяется сложностьюформы изде- лия), обладают теплопроводностью 160 … 185 Вт/(м ⋅ К) и имеют высокие изоляционные и прочностные харак- теристики на уровне мировых брендов (см. табл. 1) [5]. На изделиях в виде дисков ( ∅ 17,7 × × 2 мм), изготовленных из отечествен- ной алюмонитридной керамики мето- дом осесимметричного прессования [3], и подложек (20 × 20 × 1 мм), изготовлен- ных на линии KEKO Equipment методом литья на движущуюся основу [4, 6], было опробовано формирование металлиза- ционных покрытий методом трафарет- ной печати составами металлизацион- ных паст для алюмооксидной керами- ки (Al 2 O 3 : ВК-96, ВК-100). Составы паст: A. Mo–Mn–Si + Ta 2 O 5 + ZrO 2 + TiH 2 + бин- дер («НЭВЗ-Керамикс»);