Спосіб металізації підкладки з алюмонитридной кераміки

 

Винахід відноситься до галузі отримання металевих покриттів на пластинах з алюмонитридной кераміки і може знайти застосування в електронній, електротехнічній та радіотехнічної промисловості при виробництві металізованих підкладок для силових модулів, тепловідвідних елементів потужних транзисторів і над'яскравих світлодіодів.

Відома керамічна основа для електронних силових модулів, металізована методом DBC [1]. Сутність методу DBC полягає в тому, що попередньо проводять окислення поверхні A1N кераміки, після чого кераміку з'єднують з міддю, розплавленої при температурі 1064°C эвтектикой Cu-CuO2. Одним з недоліків методу DBC є те, що процес вимагає дуже точного температурного режиму, оскільки проводиться при температурі, близької до температури плавлення міді, рівній 1084°C. Крім того, оскільки евтектика Cu-CuO2відрізняється підвищеною крихкістю, то слід очікувати знижену стійкість з'єднання в умовах циклічного зміни температур. Також вироби з кераміки, металізованої за даним способом, не можна паяти високотемпературними припоями в середовищі водню з-за відновлення CuO2до міді, що призводить до порушенн�зионного шару, а саме шару молібден-марганцевого складу, і шару порошкоподібної міді, з подальшим одночасним їх вжиганием при 800-1100°C [2]. З допомогою вжигания забезпечується розплавлення міді і проникнення її між зернами молібден-марганцевого складу. Мідь, утворюючи з марганцем активний розплав, взаємодіє з керамікою. На поверхні підкладки утворюється покриття, міцно зчеплене з керамікою, що дозволяє здійснювати пайку різними припоями.

Основним недоліком даного способу є те, що топологічний малюнок металізації можна формувати тільки методом сіткографії. Отримання топологічного малюнка на такий металізації методом фотолитографического травлення пов'язано з істотними труднощами. Насамперед, дуже складно підібрати розчин для травлення, що забезпечує високий опір ізоляції між електрично ізольованими елементами топологічного малюнка. Крім того, потрібна розробка фоторезисту, достатньо для сталого процесу травлення такий металізації.

Найбільш близьким технічним рішенням є спосіб металізації кераміки [3], в якому на керамічну пластину зверху і знизу наносять адгезійний шар на основі мовляв напилення наносять шар порошкоподібної міді, після чого проводять відпал при температурі 900-1100°C, крім того, додатково встановлюють пластини мідної фольги товщиною 100-700 мкм, притискають їх під тиском 0,7-1,6 кгс/мм2і проводять термообробку у вакуумі або водні при температурі 850-1000°C. Шари металізації наносять із заздалегідь сформованим топологічним малюнком.

Основним недоліком даного способу є те, що типологічний малюнок металізації можна формувати тільки методом сіткографії. На металізованих підкладках даними способом неможливо формувати топологічний малюнок металізації методом фотолитографического травлення. Крім того, даний процес вимагає докладання великих зусиль здавлювання при термообробці. Наприклад, при металізації підкладок стандартного розміру 48×60 мм зусилля складе від 2 до 5 тонн. Таке здавлювання складно забезпечити у вакуумній або водневої печі. Крім того, таке здавлювання може привести до появи тріщин на пластині.

Технічний результат, який забезпечується винаходом, досягається тим, що в способі металізації кераміки, що включає нанесення на поверхні керамічної пластин адгезійного шару і шару міді, притиск до шару міді пластин мідної фоль�еми титан-мідь з товщиною шарів 0,1-0,5 мкм, на адгезійний шар послідовно гальванічно осаджують шар міді товщиною 5-15 мкм і шар срібла товщиною 3-12 мкм, після чого до покритий сріблом поверхонь притискають пластини з мідної фольги і проводять термообробку при температурі 800-850°C. Термообробку проводять під тиском 0,1-0,5 кгс/мм2.

Технічних рішень, що містять ознаки, подібні з відмінними, не виявлено, що дозволяє зробити висновки про відповідність заявлених технічних рішень критерієм новизни.

Металізована міддю підкладка з алюмонитридной кераміки, допускає високотемпературну пайку в середовищі водню, допускає формування топологічного малюнка металізації фотолитографическим травленням при істотному зниженні притискає тиску в процесі термообробки, отримана завдяки тому, що адгезійний шар формують вакуумним осадженням у вигляді системи титан-мідь з товщиною шарів 0,1-0,5 мкм, на адгезійний шар послідовно гальванічно осаджують шар міді товщиною 5-15 мкм і шар срібла товщиною 3-12 мкм, після чого до покритий сріблом поверхонь притискають пластини з мідної фольги і проводять термообробку при температурі 800-850°C. Термообробку проводять під давленной на нього міді товщиною 0,1-0,5 мкм, забезпечує високу адгезію до кераміці з нітриду алюмінію і можливість подальшого гальванічного осадження міді. Притиск з тиском 0,1-0,5 кгс/мм2достатній для отримання придатних металізованих підкладок.

У процесі термообробки при температурі 800-850°C між покритий сріблом гальванічним шаром міді і мідної фольгою утворюється припій на основі срібла, оскільки температура евтектики, що містить 72% срібла і 28% міді, дорівнює 778°C. Таким чином, пластина з мідної фольги приєднується до гальванічно осадженого шару міді допомогою високотемпературної пайки. При цьому частина міді як з боку гальванічно осадженого шару, так і з боку мідної фольги переходить у припій. Товщина гальванічного шару міді при цьому повинна бути достатньою, щоб не відбувся повний перехід цього шару в припій, що призведе до приєднання мідної фольги до підкладці з нітриду алюмінію активної пайкою (активний метал - титан). При активній пайку буде сформований перехідний шар між алюмонитридной керамікою і міддю, що представляє собою складний сплав міді, срібла, титану, який при фотолитографическом травленні не вдається повністю видалити. Між електрично изолиѵское опір электроизолирующих зазорів і призводять до їх зарощуванню при подальших хімічних покриттях конструкційних елементів з металізованої алюмонитридной кераміки в складі приладів.

Товщина гальванічно осадженого шару міді, що дорівнює 5 мкм, є достатньою навіть при товщині шару срібла, рівної 12 мкм, так як припій перейде не більше 7 мкм, враховуючи рівний перехід міді в припій також і з боку мідної фольги. Збільшення гальванічного шару міді більше 15 мкм може призвести до відриву шару міді при термообробці з-за великого неузгодженості по тепловому розширенню міді і алюмонитридной кераміки.

Термообробку необхідно проводити у вакуумі, так як у водні відбувається гідрування титану, що призведе до порушення адгезії покриття до кераміки.

При термообробці достатнім є притискають тиск, що дорівнює 0,1-0,5 кгс/мм2, приєднання фольги відбувається не за рахунок дифузійного зварювання, а за рахунок паяння припоєм. При товщині шару срібла 12 мкм достатнім може бути тиск, що дорівнює 0,1 кгс/мм2, а при товщині шару срібла 3 мкм доцільно проводити процес при більшому тиску, оскільки при цьому утворюється досить тонкий шар припою.

При товщині срібла менш 3 мкм може не вистачити утворюється при термообробці шару припою для суцільної припаювання фольги до гальванічно осадженого шару міді.

При товщині срібла більш 1одного шару між алюмонитридной керамікою і міддю, який при фотолитографическом травленні не вдається повністю видалити, а між електрично ізольованими елементами топологічного малюнка будуть залишатися металеві включення, що знижують електричне опір электроизолирующих зазорів і призводять до їх зарощуванню при подальших хімічних покриттях конструкційних елементів з металізованої алюмонитридной кераміки в складі приладів.

Для забезпечення гарантованого освіти припою срібло-мідь і його достатньою змочувальній здатності, термообробку слід проводити при температурі не нижче 800°C, що перевищує температуру утворення евтектики срібло-мідь на 22°C. Підвищення температури термообробки понад 850°C може призвести до утворення припою, сильно відрізняється від евтектичного складу, який містить більшу кількість міді, що може призвести до розплавлення адгезійного шару і до появи здуття на поверхні приєднаної фольги.

Для проведення випробувань були виготовлені дослідні зразки металізованих підкладок з алюмонитридной кераміки.

Процеси металізації проводили на підкладках з алюмонитридной кераміки з розмірами 48×60 мм при товщині 1 мм Приєднання�ни величини електричного опору (R) зазорів шириною 0,3 мм і довжиною 18 мм між електроізольовані ділянками металізації. Топологічний малюнок був сформований фотолитографическим травленням в розчині для травлення міді срібла і титану з фоторезисту ФП-25. Для додаткової перевірки якості отриманих электроизолирующих зазорів металізовані поверхні покривали нікелем в розчині хімічного нікелювання. Такий процес, як правило, проводять після складання корпусів силових модулів з тепловідвідними платами, що мають сформований топологічний малюнок металізації. Крім того, враховуючи, що складання виробів з конструктивними елементами з металізованої алюмонитридной кераміки проводять, як правило, пайкою припоєм ПСр 72 при температурі приблизно 820°C у водні, металізовані підкладки нагрівали до 820°C у водні без притиску. Така операція проводилася для перевірки металізації на спучування. Результати випробувань наведені в таблиці.

На металізованих підкладках, виготовлених у відповідності з запропонованим технічним рішенням, після нагрівання до 820°C у водні спучування металізації не спостерігалося. Як видно з таблиці, зразки, виготовлені у відповідності з запропонованим технічним рішенням, придатні для використання в якості тепловідвідних елементів і п�обность електропровідних елементів витримувати великі струмові навантаження.

Джерела інформації

1. Юрген Шульц-Хардер. Мідно-керамічні підкладки - основа сучасної силової електроніки. Нові можливості технології DBC, перспективи та проблеми створення нового покоління виробів силової електроніки. Компоненти і технології, 2005, №3.

2. Авторське свідоцтво СРСР №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.

1. Спосіб металізації алюмонитридной кераміки, що включає нанесення на поверхні керамічної пластини адгезійного шару і шару міді, притиск до шару міді пластин з мідної фольги і подальшу термообробку в середовищі вакууму, який відрізняється тим, що адгезійний шар формують вакуумним осадженням у вигляді системи титан-мідь з товщиною шарів 0,1-0,5 мкм, на адгезійний шар послідовно гальванічно осаджують шар міді товщиною 5-15 мкм і шар срібла товщиною 3-12 мкм, після чого до покритий сріблом поверхонь притискають пластини з мідної фольги і проводять термообробку при температурі 800-850°C.

2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що термообробку проводять під тиском 0,1-0,5 кгс/мм2.



 

Схожі патенти:

Спосіб нанесення покриття на поверхню реторти, використовуваної для отримання губчастого титану і установка для його здійснення

Винахід відноситься до способу і пристрою нанесення покриття на поверхню реторти, використовуваної для отримання губчастого титану. Здійснюють заливку в реторту електроліту у вигляді суміші водного розчину хлористого заліза і соляної кислоти. В електроліт встановлюють розчинні електроди з маловуглецевої сталі в кількості 5 штук. Проводять електролітичне нанесення покриття з металевого заліза на поверхню реторти. Джерело постійного струму позитивним полюсом з'єднаний з кришкою реторти, а негативним полюсом - з фланцем реторти. Потім з реторти знімають кришку з електродами, видаляють електроліт, встановлюють із нахилом на стенді для промивання реторти і промивають реторту зсередини водою. Потім реторту встановлюють у вакуумну електропіч, розміщують в реторті пристрій для титанирования з металлизатором у вигляді губчастого титану. Реторту розігрівають і наносять при високотемпературної витримки на її поверхню термодифузійне титанове покриття. Потім реторту витягують з вакуумної електропечі і встановлюють пристрій для охолодження. Охолоджену реторту направляють на процес отримання губчастого титану. Це дозволить підвищити якість губчастого т�
Винахід відноситься до зносостійким і антифрикційним покриттям на робочих поверхнях вузлів тертя. Попередньо отримують стрижень шляхом пресування та спікання складу, що містить порошок міді, порошок політетрафторетилену і хлорид амонію. Наносять на робочу поверхню деталі склад, що містить 1...3 мас.% хлориду міді в гліцерині. Потім приводять стрижень під фрикційний контакт з робочою поверхнею деталі зі швидкістю ковзання 0,06...0,09 м/с при поздовжньої подачі 50...80 мкм/об., тиск 30...50 МПа і числі проходів 4...6. Отримане покриття пасивують, після чого наносять мастильну композицію на основі мильною пластичного мастила, що включає порошок міді і порошок політетрафторетилену. Причому перед нанесенням мастильної композиції її попередньо термообробці в атмосфері інертного газу шляхом продавлювання 3...5 разів під тиском через зазор між зовнішніми і внутрішніми обоймами нагрітих послідовно розташованих підшипників кочення. Забезпечується підвищення протизносних властивостей покриття на 15...20% і антифрикційних властивостей на 20...33% при збільшенні довговічності покриття в 1,6...2,1 рази. 1 табл.

Неэлектролитический потоковий спосіб металізації підкладок напиленням з попередньою обробкою поверхні і пристрій для його здійснення

Винахід відноситься до способу і пристрою для неэлектролитической металізації поверхні підкладки шляхом напилення одного або декількох окисно-відновних розчинів. Спосіб містить такі стадії: а) фізичну обробку для зниження поверхневого натягу підкладки перед металізацією, b) неэлектролитическую металізацію поверхні підкладки, обробленої на стадії а) шляхом напилення одного або декількох окисно-відновних розчинів у вигляді аерозолю(їй), і з) виконання оздоблювального шару на металізованій поверхні. Пристрій містить модуль фізичної обробки, яка обрана з наступних видів обробки: обробка полум'ям, обробка коронним розрядом, обробка плазмою і їх комбінації, для зниження поверхневого натягу підкладок, модуль неэлектролитической металізації і модуль виконання оздоблювального шару. Зазначеним способом отримують такі вироби, як флакони з порожнистого скла, зокрема, для косметичних цілей, деталі автомобіля, деталі для побутової електроніки або для застосування в авіації, або деталі для електроніки у вигляді електропровідний доріжки, антени радіочастотної ідентифікації, або деталь з электромагниттвенное зчеплення шарів і дозволяє отримати декоративні покриття. 4 н. і 6 з.п. ф-ли, 4 іл., 4 пр.
Винахід відноситься до галузі зміцнення электроосажденного железохромистого покриття нитроцементацией, застосовуваного для відновлених поверхонь сталевих деталей. Здійснюють нітроцементації электроосажденного шару железохромистого покриття протягом 1-4 год при температурі 600-650°С з використанням пасти наступного складу, мас.%: жовта кров'яна сіль 40, вуглекислий натрій 10, вуглекислий кальцій 5, сажа 45. Забезпечується підвищення мікротвердості і зносостійкості сталевих деталей.

Вуглець-вуглецевий композиційний матеріал

Винахід відноситься до композиційних матеріалів, зокрема до вуглець-вуглецевого композиційного матеріалу, і може використовуватися при виготовленні рідинних ракетних двигунів. Вуглець-вуглецевий композиційний матеріал з захисним покриттям з карбіду кремнію виконаний з герметизуючим шаром. На захисне покриття завдано герметизуючий шар з металу: нікелю, або ніобію, або молібдену. В результаті підвищується довговічність і надійність отриманого матеріалу. 1 іл.

Спосіб нанесення теплозахисного електропровідного покриття на вуглецеві волокна та тканини

Винахід відноситься до теплозахисних електропровідним покриттям. Спосіб нанесення теплозахисного електропровідного покриття на вуглецеві волокна та тканини включає плазмове напилення керметной композиції у вигляді механічної порошкової суміші, що містить 5-15 вага.% ніхрому, 15-5 вага.% діоксиду цирконію, 70 вагу.% алюмінію, 10 вага.% никельалюминия і 4-7 вага.% оксиду ітрію в якості стабілізуючої добавки для діоксиду цирконію. Забезпечується підвищення електропровідності, теплостійкості вуглецевих волокон і тканин із збереженням високих показників ємності. 3 іл., 1 табл., 1 пр.
Винахід відноситься до нанесення покриттів і може бути використане при отриманні жаростійких і антифрикційних покриттів на деталі з вуглецевих та легованих сталей, які працюють в умовах підвищених температур до 1600°C і сухого тертя. Покриття формують на сталевих деталях шляхом нанесення алюмінієвого шару рідиннофазної способом і проведення дифузійного відпалу. Перед нанесенням алюмінієвого шару сталеву деталь нікелюють, після чого наносять алюмінієвий шар з розплаву технічно чистого алюмінію при температурі 800-850°C протягом 3-4 с і проводять дифузійний відпал при температурі 950-1100°C протягом 6-10 годин. Спосіб дозволяє підвищити продуктивність і знизити вартість нанесення покриття. 1 пр.
Винахід відноситься до електротехніки, зокрема до області виготовлення світильників

Спосіб вирівнювання поверхні деталі, виготовленої з композиційного матеріалу з керамічною матрицею

Винахід відноситься до деталей з композиційного матеріалу з керамічною матрицею і може бути використане в авіаційних моторах, в особливості, в газових турбінах або турбомашинах цих моторів. Спосіб вирівнювання поверхні деталі з композиційного матеріалу, що складається з волокон, ущільнених керамічною матрицею, що має хвилясту і шорстку поверхню, що включає формування на поверхні деталі керамічного покриття. На поверхню деталі наносять рідку композицію (20), містить полімер - попередник кераміки і твердий жароміцний наповнювач, проводять зшивання (40) полімеру і перетворення (50) зшитого полімеру в кераміку шляхом термообробки. Після термообробки керамічне покриття просочують рідкої металевої композицією, що володіє термічної сумісністю з матеріалом деталі. Деталь з композиційного матеріалу З/SiC, обладнана керамічним покриттям, може бути просякнута композицією кремній-германій або кремній-нікель. Технічний результат винаходу - отримання поверхні з високими аеродинамічними характеристиками. 3 н. і 4 з.п. ф-ли, 6 іл.

Спосіб металізації кераміки

Винахід відноситься до галузі виробництва різних напівпровідникових елементів і декоративної кераміки і може бути використане у виробництві і лабораторній практиці

Керамічні деталі з покриттям та спосіб їх виготовлення

Винахід відноситься до керамічних деталей з покриттям, призначеним для використання при роботі з зануренням або частковим зануренням у розплавлену скломасу при виробництві скляних виробів та способу виготовлення таких деталей
Винахід відноситься до галузі виробництва різних напівпровідникових елементів і призначене для отримання кераміки з металізованою поверхнею
Up!