СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №9/2016

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 18 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2016 B. Mo–Mn–Si + биндер («НЭВЗ-Кера- микс»); C. CeronicsInc: 3.1 #80/15/5; 3.2 #80/ 10/10; 3.3 #90/10; 3.4 #СЕ-11 (произ- водство США). Органическое связующее (биндер) отечественных металлизационных паст состояло из таких компонентов, как: этилцеллюлоза-100, α -терпинеол, дибутилфталат и олеиновая кислота. Биндер добавлялся в смесь порошков до получения оптимальной вязкости для трафаретного нанесения на алю- монитридную керамику (AlN). Наибо- лее оптимальная вязкость пасты полу- чилась при добавлении 26% биндера на 100 г смеси и составила 710 спуаз. При такой вязкости топологический рисунок, нанесённый через сеткогра- фический трафарет с плотностью сет- ки 325 меш, имеет достаточно чёткие границы. При этом сохраняется толщи- на металлизационного покрытия, зада- ваемая сеткой трафарета (20–25 мкм), и минимизируется вероятность появле- ния таких дефектов печати, как, напри- мер, налипание, затекание и неодно- родность плотности металлизацион- ного слоя. Одним из важных моментов в фор- мировании металлизационного покры- тия на керамике является подготовка поверхности. Керамические детали после спекания подвергались меха- нической шлифовке для выравнива- ния и создания шероховатости поверх- ности Ra = 0,15 мкм. После шлифовки поверхности дисков и подложек тща- тельно промывались в кипящем три- хлорэтилене, после чего подвергались ультразвуковой обработке в деионизи- рованной воде при +60 ° C и сушились в ацетоне. Наиболее распространённым и до- ступным оборудованием для вжига- ния металлизационных паст явля- ются азотно-водородные проходные толкательные печи электрического типа. Такие печи состоят из 3–5 мул- литовых муфелей длиной 90–100 см с намотанной на них молибденовой проволокой, которая выполняет функ- цию электронагревателя. Муфели рас- положены последовательно, форми- руют непрерывный канал с 3–5 тем- пературными зонами. Эксперимент проводился при трёх температурных режимах: ● Т = 1340 ° C / 15 мин толкание, среда H 2 , точка росы +25 ° C (влажный водо- род); ● Т = 1340 ° C/15 мин толкание, среда H 2 , точка росы –40 ° C (сухой водород); ● Т = 1400°C/15 мин толкание, среда H 2 , точка росы +25 ° C (влажный водород). Время нахождения деталей в зоне с максимальной температурой соста- вило примерно 30 мин. Качество сце- пления полученных МП сначала оце- нивалось методом царапания (см. рису- нок). Результаты анализа прочности полученных МП-покрытий представ- лены в таблицах 2 и 3. Из таблиц 2 и 3 видно, что паста соб- ственного изготовления состава B пока- зывает хорошую прочность при всех трёх режимах вжигания. Из зарубеж- ных составов C аналогичным являет- ся состав С.2. Также хорошую проч- ность МП, но исключительно во влаж- ной среде, показали пасты состава С.1 и С.4, однако у состава С.1 прочность появляется только при температуре вжигания +1400 ° C. У деталей, на которых МП показа- ло хорошую стойкость к царапанию, измерялась адгезия методом прямого отрыва припаянного вывода. Подго- Таблица 1. Характеристики алюмонитридной керамики мировых производителей Наименование характеристик MARUWA (Япония) LEATEC (Тайвань) ClecGroup (Китай) CeramTec (Германия) АО НЭВЗ- Керамикс (Россия) Содержание AlN, % 98 98 98 98 98 Кажущаяся плотность, г/м 3 3,3 3,3 3,3 3,3 3,3 Предел прочности на изгиб (20°C), МПа 250 450 320 360 420 Теплопроводность (20°C), Вт/(м ⋅ К) 200 170 160 180 180 Коэффициент теплового расширения (25–1000°C) 4,0 5,0 4,7 4,7 4,5 Диэлектрическая проницаемость (1 МГц, 25°С) 9,0 8,7 9,0 9,0 9,0 Диэлектрические потери (1 МГц, 25°С) 0,0003 0,0004 0,0004 0,0003 0,0003 Объёмное удельное сопротивление (20°С), Ом ⋅ см 10 14 10 14 10 13 10 13 10 14 Таблица 2. Оценка качества вожжённых паст методом царапания Режим вжигания Состав А (НЭВЗ-Керамикс) Состав B (НЭВЗ-Керамикс) Состав С (CeronicsInc, США) С.1 80/15/15 С.2 80/10/10 С.3 90/10 С.4 СЕ-11 Т = 1340°C / 15 мин толкание, среда H 2 , точка росы +25°C (влажный водород) АП 1 пузырение АХ 1 АП 1 нет прочности АХ 1 АП 1 шелушение АХ 1 Т = 1340°C/15 мин толкание, среда H 2 , точка росы –40°C (сухой водород) АП 1 нет прочности АХ 1 АП 1 нет прочности АХ 1 АП 1 отслоение АП 1 нет прочности Т = 1400°C/15 мин толкание, среда H 2 , точка росы +25°C (влажный водород) АП 1 шелушение АХ 1 АХ 1 АХ 1 АП 1 отслоение АХ 1 1 АП – адгезия плохая, МП легко сцарапывается и не пригодно для дальнейшего использования. 2 АХ – адгезия хорошая, МП прочное, не сцарапывается. Таблица 3. Результаты измерения адгезии МП Состав Величина адгезии, кгс/мм 2 Режимы вжигания Состав B 2,0 Т = 1340°C / 15 мин толкание, среда H 2 , точка росы +25°C (влажный водород) Состав С.2 2,5 Состав С.4 2,1 Состав B 2,5 Т = 1340°C/15 мин толкание, среда H 2 , точка росы –40°C (сухой водород) Состав С.2 2,5 Состав B 2,4 Т = 1400°C/15 мин толкание, среда H 2 , точка росы +25°C (влажный водород) Состав С.1 1,5 Состав С.2 2,2 Состав С.4 2,5 AlN-диски после оценки методом царапания