Современная электроника №5/2020

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 17 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2020 мощности, способность работать при высоких температурах и на сверх- высоких частотах), вероятнее всего, возможна только с теплоотводом из полиалмаза. Как видно из данных, приведённых в таблице 3, использование алмазных теплоотводов по сравнению с теплоот- водом из бериллиевой керамики позво- ляет снизить на 18...22°C температуру на p-n-переходе мощных транзисто- ров при всех значениях температуры на фланце и в 3–4 раза увеличить сред- нее время безотказной работы транзи- сторов. Применение алмаза затруднительно по причине того, что алмазные подлож- ки большой толщины в связи с низкой скоростью осаждения имеют длитель- ный процесс формирования, а из-за своей высокой твёрдости трудно под- даются механической обработке и поэ- тому являются дорогостоящими в изго- товлении. Возможности использования в качестве теплоотвода в ГИС СВЧ бериллиевой керамики ограничены её высокой стоимостью, чрезвычай- ной токсичностью, вследствие чего требуются дополнительные меры по обеспечению безопасности условий труда, и значительным снижением теплопроводности в диапазоне рабо- чих температур +100...+200°С. КТР алюмонитридной керамики хорошо согласуется с кремнием, арсе- нидом галлия и нитридом галлия. Это особенно важно для приборов и устройств, выполненных на кристал- лах больших размеров. Кроме того, в отличие от ВеО-керамики теплопро- водность AlN-керамики не уменьшается при нагреве кристаллов полупроводни- ковых приборов. Всё вышесказанное позволяет сделать вывод о целесооб- разности применения алюмонитрид- ной керамики в качестве теплоотвода. Учитывая преимущества AlN-кера- мики и полиалмаза, представляет интерес совместное использование уникальных свойств обоих материа- лов в конструкции теплоотводящей подложки для мощной ГИС СВЧ. Авто- рами было проведено исследование возможности создания конструкции мощной ГИС СВЧ с использованием алюмонитридной подложки со сквоз- ными отверстиями различных разме- ров, на поверхность которой нанесён слой поликристаллического алмаза. Объекты исследования, материалы и оборудование Эксперименты по разработке и изготовлению ГИС СВЧ на подлож- ке из алюмонитридной керамики (AlN) с отверстиями, заполненны- ми поликристаллическим алмазом, осаждённым методом CVD, прово- дились на шлифованных пластинах AlN размером 30 × 24 × 0,25 мм с плотно- стью 3,32 г/см 3 и теплопроводностью 180 Вт/м·К. Для прошивки сквозных отверстий использовалась лазерная установка МЛ1-1, осаждение алмаз- ной плёнки проводилось на установке Seki Technotron AX5250M, напыление металлизационной структуры – на установке магнетронного напы- ления «Оратория-9». Формирование топологического рисунка осущест- влялось на оборудовании, входящем в состав специальной линии фотоли- тографии. Экспериментальные исследования Подложку из нитрида алюминия (AlN) шлифовали, обеспечивая шеро- ховатость поверхности с размером микронеровностей 0,63 мкм. Отшлифо- ванную подложку очищали от загряз- нений в перекисно-аммиачном рас- творе, закрепляли на координатном столике технологической установки МЛ1-1 и выполняли лазерную перфо- рацию (см. рис. 2а). Лазерное излучение фокусировали в пятно диаметром 10 мкм и проводи- ли сканирование по поверхности под- ложки для прошивки отверстий в точ- ках в соответствии с топологическим рисунком. Затем подложки трижды проходили очистку в деионизирован- ной воде в ультразвуковой (УЗ) ванне при температуре +50°С. Прошивку про- водили при частоте импульсов 0,3...2 Гц и общем числе импульсов от 5 до 20 в зависимости от размера отверстия. При энергии импульса, варьирующейся в пределах 2...3,8 Дж, образуются кону- сообразные отверстия диаметром от 100 мкм до 1,0 мм. В результате воздействия светового импульса лазера материал керамиче- ской подложки, находившийся в фокусе луча, мгновенно расплавлялся и испа- рялся, при этом часть материала самой подложки выплёскивалась вокруг пятна луча. Стенки канала отверстий, сфор- мированных при лазерной прошивке, имели оплавленную поверхность, а на поверхности подложки, обращённой к лазеру, имелись выплески материала. В керамической подложке были выпол- нены отверстия (см. рис. 2б) конусо- образной формы и диаметром на входе лазерного луча в подложку от 100 мкм Рис. 2. Алюмонитридные тестовые подложки с отверстиями: а) исходная подложка после лазерной прошивки отверстий диаметром от 0,1 до 1,2 мм; б) подложка с отверстиями диаметром от 0,1 до 1,2 мм после наращивания слоя поликристаллического алмаза; в) алюмонитридная подложка с отверстиями диаметром 0,3 мм а б в