[go: up one dir, main page]

RU2558323C1 - Способ металлизации подложки из алюмонитридной керамики - Google Patents

Способ металлизации подложки из алюмонитридной керамики Download PDF

Info

Publication number
RU2558323C1
RU2558323C1 RU2014115444/02A RU2014115444A RU2558323C1 RU 2558323 C1 RU2558323 C1 RU 2558323C1 RU 2014115444/02 A RU2014115444/02 A RU 2014115444/02A RU 2014115444 A RU2014115444 A RU 2014115444A RU 2558323 C1 RU2558323 C1 RU 2558323C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
copper
layer
silver
adhesive layer
heat treatment
Prior art date
Application number
RU2014115444/02A
Other languages
English (en)
Inventor
Владимир Алексеевич Сидоров
Михаил Миронович Крымко
Сергей Владимирович Катаев
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Пульсар"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Пульсар" filed Critical Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Пульсар"
Priority to RU2014115444/02A priority Critical patent/RU2558323C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2558323C1 publication Critical patent/RU2558323C1/ru

Links

Landscapes

  • Manufacturing Of Printed Wiring (AREA)
  • Parts Printed On Printed Circuit Boards (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области получения металлических покрытий на пластинах из алюмонитридной керамики и может быть использовано в электронной, электротехнической и радиотехнической промышленности при производстве металлизированных подложек для силовых модулей, теплоотводящих элементов мощных транзисторов и сверхъярких светодиодов. Осуществляют нанесение на поверхности керамической пластин адгезионного слоя и слоя меди, прижим к слою меди пластин медной фольги и последующую термообработку в среде вакуума. Адгезионный слой формируют вакуумным осаждением в виде системы титан-медь с толщиной слоев 0,1-0,5 мкм, на адгезионный слой последовательно гальванически осаждают слой меди толщиной 5-15 мкм и слой серебра толщиной 3-12 мкм, после чего к покрытым серебром поверхностям прижимают пластины из медной фольги и проводят термообработку при температуре 800-850°C. Термообработку проводят под давлением 0,1-0,5 кгс/мм2. Обеспечивается металлизация подложек с получением качественной поверхности без вспучивания. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Description

Изобретение относится к области получения металлических покрытий на пластинах из алюмонитридной керамики и может найти применение в электронной, электротехнической и радиотехнической промышленности при производстве металлизированных подложек для силовых модулей, теплоотводящих элементов мощных транзисторов и сверхъярких светодиодов.
Известна керамическая подложка для электронных силовых модулей, металлизированная методом DBC [1]. Сущность метода DBC состоит в том, что предварительно проводят окисление поверхности A1N керамики, после чего керамику соединяют с медью, расплавленной при температуре 1064°C эвтектикой Cu-CuO2. Одним из недостатков метода DBC является то, что процесс требует очень точного температурного режима, поскольку проводится при температуре, близкой к температуре плавления меди, равной 1084°C. Кроме того, поскольку эвтектика Cu-CuO2 отличается повышенной хрупкостью, то следует ожидать пониженную стойкость соединения в условиях циклического изменения температур. Также изделия из керамики, металлизированной по данному способу, нельзя паять высокотемпературными припоями в среде водорода из-за восстановления CuO2 до меди, приводящего к нарушению соединения.
Известен способ металлизации керамики, включающий нанесение на керамическую пластину адгезионного слоя, а именно слоя молибден-марганцевого состава, и слоя порошкообразной меди, с последующим одновременным их вжиганием при 800-1100°C [2]. С помощью вжигания обеспечивается расплавление меди и проникновение ее между зернами молибден-марганцевого состава. Медь, образуя с марганцем активный расплав, взаимодействует с керамикой. На поверхности подложки образуется покрытие, прочно сцепленное с керамикой, позволяющее осуществлять пайку различными припоями.
Основным недостатком данного способа является то, что топологический рисунок металлизации можно формировать только методом сеткографии. Получение топологического рисунка на такой металлизации методом фотолитографического травления связано с существенными трудностями. Прежде всего, очень сложно подобрать раствор для травления, обеспечивающий высокое сопротивление изоляции между электрически изолированными элементами топологического рисунка. Кроме того, требуется разработка фоторезиста, достаточно устойчивого для процесса травления такой металлизации.
Наиболее близким техническим решением является способ металлизации керамики [3], в котором на керамическую пластину сверху и снизу наносят адгезионный слой на основе молибдена и марганца и проводят его вжигание при температуре 1320-1350°C, затем методом холодного газодинамического напыления наносят слой порошкообразной меди, после чего проводят отжиг при температуре 900-1100°C, кроме того, дополнительно устанавливают пластины медной фольги толщиной 100-700 мкм, прижимают их под давлением 0,7-1,6 кгс/мм2 и проводят термообработку в вакууме или водороде при температуре 850-1000°C. Слои металлизации наносят с заранее сформированным топологическим рисунком.
Основным недостатком данного способа является то, что типологический рисунок металлизации можно формировать только методом сеткографии. На металлизированных подложках данным способом невозможно формировать топологический рисунок металлизации методом фотолитографического травления. Кроме того, данный процесс требует приложения большого усилия сдавливания при термообработке. Например, при металлизации подложек стандартного размера 48×60 мм усилие составит от 2 до 5 тонн. Такое сдавливание сложно обеспечить в вакуумной или водородной печи. Кроме того, такое сдавливание может привести к появлению трещин на пластине.
Технический результат, обеспечиваемый изобретением, достигается тем, что в способе металлизации керамики, включающем нанесение на поверхности керамической пластин адгезионного слоя и слоя меди, прижим к слою меди пластин медной фольги и последующую термообработку в среде вакуума, адгезионный слой формируют вакуумным осаждением в виде системы титан-медь с толщиной слоев 0,1-0,5 мкм, на адгезионный слой последовательно гальванически осаждают слой меди толщиной 5-15 мкм и слой серебра толщиной 3-12 мкм, после чего к покрытым серебром поверхностям прижимают пластины из медной фольги и проводят термообработку при температуре 800-850°C. Термообработку проводят под давлением 0,1-0,5 кгс/мм2.
Технических решений, содержащих признаки, сходные с отличительными, не выявлено, что позволяет сделать выводы о соответствии заявленных технических решений критерию новизны.
Металлизированная медью подложка из алюмонитридной керамики, допускающая высокотемпературную пайку в среде водорода, допускающая формирование топологического рисунка металлизации фотолитографическим травлением при существенном снижении прижимающего давления в процессе термообработки, получена благодаря тому, что адгезионный слой формируют вакуумным осаждением в виде системы титан-медь с толщиной слоев 0,1-0,5 мкм, на адгезионный слой последовательно гальванически осаждают слой меди толщиной 5-15 мкм и слой серебра толщиной 3-12 мкм, после чего к покрытым серебром поверхностям прижимают пластины из медной фольги и проводят термообработку при температуре 800-850°C. Термообработку проводят под давлением 0,1-0,5 кгс/мм2. Осажденный в вакууме адгезионный слой, состоящий из титана толщиной 0,1-0,5 мкм и осажденной на него меди толщиной 0,1-0,5 мкм, обеспечивает высокую адгезию к керамике из нитрида алюминия и возможность последующего гальванического осаждения меди. Прижим с давлением 0,1-0,5 кгс/мм2 достаточен для получения годных металлизированных подложек.
В процессе термообработки при температуре 800-850°C между покрытым серебром гальваническим слоем меди и медной фольгой образуется припой на основе серебра, поскольку температура эвтектики, содержащей 72% серебра и 28% меди, равна 778°C. Таким образом, пластина из медной фольги присоединяется к гальванически осажденному слою меди посредством высокотемпературной пайки. При этом часть меди как со стороны гальванически осажденного слоя, так и со стороны медной фольги переходит в припой. Толщина гальванического слоя меди при этом должна быть достаточной, чтобы не произошел полный переход этого слоя в припой, что приведет к присоединению медной фольги к подложке из нитрида алюминия активной пайкой (активный металл - титан). При активной пайке будет сформирован переходный слой между алюмонитридной керамикой и медью, представляющий собой сложный сплав меди, серебра и титана, который при фотолитографическом травлении не удается полностью удалить. Между электрически изолированными элементами топологического рисунка будут оставаться металлические включения, снижающие электрическое сопротивление электроизолирующих зазоров и приводящие к их заращиванию при последующих химических покрытиях конструкционных элементов из металлизированной алюмонитридной керамики в составе приборов.
Толщина гальванически осажденного слоя меди, равная 5 мкм, является достаточной даже при толщине слоя серебра, равной 12 мкм, так как в припой перейдет не более 7 мкм, учитывая равный переход меди в припой также и со стороны медной фольги. Увеличение гальванического слоя меди более 15 мкм может привести к отрыву слоя меди при термообработке из-за большого рассогласования по тепловому расширению меди и алюмонитридной керамики.
Термообработку необходимо проводить в вакууме, так как в водороде происходит гидрирование титана, что приведет к нарушению адгезии покрытия к керамике.
При термообработке достаточным является прижимающее давление, равное 0,1-0,5 кгс/мм2, присоединение фольги происходит не за счет диффузионной сварки, а за счет пайки припоем. При толщине слоя серебра 12 мкм достаточным может быть давление, равное 0,1 кгс/мм2, а при толщине слоя серебра 3 мкм целесообразно проводить процесс при большем давлении, так как при этом образуется довольно тонкий слой припоя.
При толщине серебра менее 3 мкм может не хватить образующегося при термообработке слоя припоя для сплошной припайки фольги к гальванически осажденному слою меди.
При толщине серебра более 12 мкм может произойти активная припайка меди к подложке из нитрида алюминия, что приведет к образованию переходного слоя между алюмонитридной керамикой и медью, который при фотолитографическом травлении не удается полностью удалить, а между электрически изолированными элементами топологического рисунка будут оставаться металлические включения, снижающие электрическое сопротивление электроизолирующих зазоров и приводящие к их заращиванию при последующих химических покрытиях конструкционных элементов из металлизированной алюмонитридной керамики в составе приборов.
Для обеспечения гарантированного образования припоя серебро-медь и его достаточной смачивающей способности, термообработку следует проводить при температуре не ниже 800°C, превышающей температуру образования эвтектики серебро-медь на 22°C. Повышение температуры термообработки более 850°C может привести к образованию припоя, сильно отличающегося от эвтектического состава, который содержит большее количество меди, что может привести к расплавлению адгезионного слоя и к появлению вздутий на поверхности присоединенной фольги.
Для проведения испытаний были изготовлены опытные образцы металлизированных подложек из алюмонитридной керамики.
Процессы металлизации проводили на подложках из алюмонитридной керамики с размерами 48×60 мм при толщине 1 мм. Присоединяли медную фольгу толщиной 0,1 мм, 0,3 мм и 0,5 мм при давлениях прижима (P).
На полученных образцах были замерены величины электрического сопротивления (R) зазоров шириной 0,3 мм и длиной 18 мм между электроизолированными участками металлизации. Топологический рисунок был сформирован фотолитографическим травлением в растворе для травления меди серебра и титана по фоторезисту ФП-25. Для дополнительной проверки качества полученных электроизолирующих зазоров металлизированные поверхности покрывали никелем в растворе химического никелирования. Такой процесс, как правило, проводят после сборки корпусов силовых модулей с теплоотводящими платами, имеющими сформированный топологический рисунок металлизации. Кроме того, учитывая, что сборку изделий с конструктивными элементами из металлизированной алюмонитридной керамики проводят, как правило, пайкой припоем ПСр 72 при температуре примерно 820°C в водороде, металлизированные подложки нагревали до 820°C в водороде без прижима. Такая операция проводилась для проверки металлизации на вспучивание. Результаты испытаний приведены в таблице.
На металлизированных подложках, изготовленных в соответствии с предложенным техническим решением, после нагрева до 820°C в водороде вспучивания металлизации не наблюдалось. Как видно из таблицы, образцы, изготовленные в соответствии с предложенным техническим решением, пригодны для использования в качестве теплоотводящих элементов и плат для мощных транзисторов, силовой электроники и иных изделий, где необходим эффективный отвод тепла и способность электропроводящих элементов выдерживать большие токовые нагрузки.
Источники информации
1. Юрген Шульц-Хардер. Медно-керамические подложки - основа современной силовой электроники. Новые возможности технологии DBC, перспективы и проблемы создания нового поколения изделий силовой электроники. Компоненты и технологии, 2005, №3.
2. Авторское свидетельство СССР №564293, МКИ C04B 41/14, заявл. 27.12.71, опубл. 05.07.77.
3. Патент РФ №2490237, заявл. 12.08.2011, опубл. 20.08.2013.
Figure 00000001

Claims (2)

1. Способ металлизации алюмонитридной керамики, включающий нанесение на поверхности керамической пластины адгезионного слоя и слоя меди, прижим к слою меди пластин из медной фольги и последующую термообработку в среде вакуума, отличающийся тем, что адгезионный слой формируют вакуумным осаждением в виде системы титан-медь с толщиной слоев 0,1-0,5 мкм, на адгезионный слой последовательно гальванически осаждают слой меди толщиной 5-15 мкм и слой серебра толщиной 3-12 мкм, после чего к покрытым серебром поверхностям прижимают пластины из медной фольги и проводят термообработку при температуре 800-850°C.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что термообработку проводят под давлением 0,1-0,5 кгс/мм2.
RU2014115444/02A 2014-04-18 2014-04-18 Способ металлизации подложки из алюмонитридной керамики RU2558323C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014115444/02A RU2558323C1 (ru) 2014-04-18 2014-04-18 Способ металлизации подложки из алюмонитридной керамики

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014115444/02A RU2558323C1 (ru) 2014-04-18 2014-04-18 Способ металлизации подложки из алюмонитридной керамики

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2558323C1 true RU2558323C1 (ru) 2015-07-27

Family

ID=53762799

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014115444/02A RU2558323C1 (ru) 2014-04-18 2014-04-18 Способ металлизации подложки из алюмонитридной керамики

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2558323C1 (ru)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2704149C1 (ru) * 2019-05-15 2019-10-24 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Пульсар" Способ изготовления плат на основе нитрида алюминия с переходными отверстиями
RU193413U1 (ru) * 2019-05-17 2019-10-29 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Пульсар" Керамическая плата силового модуля
RU2724291C1 (ru) * 2019-10-31 2020-06-22 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Пульсар" Способ подготовки поверхности подложки из алюмонитридной керамики под тонкоплёночную металлизацию
RU201795U1 (ru) * 2020-07-23 2021-01-13 Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (АО "НПО ГИПО") Электропроводящее покрытие
RU2748182C1 (ru) * 2020-07-23 2021-05-20 Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (АО "НПО ГИПО") Электропроводящее покрытие
RU220113U1 (ru) * 2023-03-15 2023-08-25 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Пульсар" Металлизированная керамическая подложка для полупроводникового прибора

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004059027A2 (en) * 2002-12-18 2004-07-15 Ionic Fusion Corporation Ionic plasma deposition of anti-microbial surfaces and the anti-microbial surfaces resulting therefrom
RU2490237C2 (ru) * 2011-08-12 2013-08-20 Холдинговая компания "Новосибирский Электровакуумный Завод-Союз" в форме открытого акционерного общества Металлизированная керамическая подложка для электронных силовых модулей и способ металлизации керамики

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004059027A2 (en) * 2002-12-18 2004-07-15 Ionic Fusion Corporation Ionic plasma deposition of anti-microbial surfaces and the anti-microbial surfaces resulting therefrom
RU2490237C2 (ru) * 2011-08-12 2013-08-20 Холдинговая компания "Новосибирский Электровакуумный Завод-Союз" в форме открытого акционерного общества Металлизированная керамическая подложка для электронных силовых модулей и способ металлизации керамики

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2704149C1 (ru) * 2019-05-15 2019-10-24 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Пульсар" Способ изготовления плат на основе нитрида алюминия с переходными отверстиями
RU193413U1 (ru) * 2019-05-17 2019-10-29 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Пульсар" Керамическая плата силового модуля
RU2724291C1 (ru) * 2019-10-31 2020-06-22 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Пульсар" Способ подготовки поверхности подложки из алюмонитридной керамики под тонкоплёночную металлизацию
RU201795U1 (ru) * 2020-07-23 2021-01-13 Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (АО "НПО ГИПО") Электропроводящее покрытие
RU2748182C1 (ru) * 2020-07-23 2021-05-20 Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (АО "НПО ГИПО") Электропроводящее покрытие
RU220113U1 (ru) * 2023-03-15 2023-08-25 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Пульсар" Металлизированная керамическая подложка для полупроводникового прибора
RU2819952C1 (ru) * 2023-05-31 2024-05-28 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Пульсар" Способ металлизации керамических подложек
RU2828329C1 (ru) * 2023-08-31 2024-10-09 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Пульсар" Способ изготовления плат на подложках из алюмонитридной керамики

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102263068B (zh) 带低温压力烧结连接的两个连接配对件系统及其制造方法
RU2558323C1 (ru) Способ металлизации подложки из алюмонитридной керамики
CN102171897A (zh) 用于激光二极管冷却的微型换热器
CN103648766A (zh) 层叠体和层叠体的制造方法
WO2015164593A1 (en) Metal core printed circuit board with insulation layer
CN101483217A (zh) 一种led高导热陶瓷覆铜散热电路板
US20080292874A1 (en) Sintered power semiconductor substrate and method of producing the substrate
TWI512150B (zh) Preparation of copper - clad copper - clad copper clad copper
JP2007201346A (ja) セラミックス回路基板及びその製造方法
US11037862B2 (en) Method for electrically contacting a component by galvanic connection of an open-pored contact piece, and corresponding component module
JP2001130986A (ja) 銅メッキセラミックス基板、及びそれを用いたペルチィエ素子、並びに銅メッキセラミックス基板の製造方法
WO2018225809A1 (ja) セラミックス回路基板
RU2490237C2 (ru) Металлизированная керамическая подложка для электронных силовых модулей и способ металлизации керамики
CN111885852A (zh) 一种陶瓷覆铜板的制备方法
CN112752414A (zh) 一种复合层氮化铝陶瓷电路板
JP5069485B2 (ja) 金属ベース回路基板
RU2704149C1 (ru) Способ изготовления плат на основе нитрида алюминия с переходными отверстиями
CN114364134B (zh) 一种具有pin结构的基板及其制作方法
CN118841329A (zh) 基于htcc及amb的多层氮化硅陶瓷基板及制备方法
CN117156938A (zh) 一种半导体制冷片制作工艺及半导体制冷片
RU2819952C1 (ru) Способ металлизации керамических подложек
RU2405229C2 (ru) Корпус полупроводникового прибора
CN106409691A (zh) 一种封装外壳内腔不同位置的不同厚度金层的制备方法
RU220113U1 (ru) Металлизированная керамическая подложка для полупроводникового прибора
RU2803667C1 (ru) Способ изготовления керамических плат для СВЧ монолитных интегральных схем