Керамическая плата силового модуля

Полезная модель относится к области силовой электроники и может найти применение в электронной, электротехнической и радиотехнической промышленности, при производстве изделий повышенной мощности.
2
Известна керамическая подложка для электронных силовых модулей, в которой медная металлизация присоединена к керамике эвтектикой Cu-CuO (Патент РФ № 2433506, МПК H01L35/08, H01L35/34, опубликован 10.11.2011).
2
2
Одним из недостатков плат, в которых медная металлизация присоединена к керамике эвтектикой Cu-CuO, является то, что эвтектика Cu-CuOотличается повышенной хрупкостью ипониженной стойкостью соединения в условиях циклического изменения температур. Также в таких платах нельзя сформировать металлизированные переходные отверстия.
Известна металлизированная керамическая плата, содержащая адгезионный слой молибден - марганцевого состава, и слой расплавленной меди (Авторское свидетельство СССР № 564293, МПК C04B41/14, опубликован 05.07.1977).
Основным недостатком данного технического решения является то, что топологический рисунок металлизации на такой плате можно формировать только методом сеткографии, поскольку получение топологического рисунка на такой металлизации методом фотолитографического травления практически невозможно.
Известна керамическая плата (Патент РФ № 2490237, МПК C04B41/88, C04B37/02, опубликован 20.08.2013), содержащая адгезионный слой на основе молибдена и марганца, с рисунком металлизации сформированным методом сеткографии, а также слой отожжённой порошкообразной меди, на котором дополнительно установлены пластины медной фольги.
Основным недостатком данного технического решения является то, что на таких платах невозможно сформировать прецизионный рисунок металлизации с малыми размерами токоведущих элементов, который можно формировать методом фотолитографического травления.
Наиболее близким техническим решением является плата силового модуля (Патент РФ № 2558323, МПК C23C28/02, C04B41/90, опубликован 27.07.2015), в которой на адгезионный слой титан-медь, нанесённый на поверхности платы вакуумным осаждением, напаяны пластины медной фольги.
Основным недостатком данного технического решения является то, что на таких платах невозможно оформить прецизионный рисунок металлизации с малыми размерами токоведущих элементов, который можно формировать методом фотолитографического травления.
Техническим результатом полезной модели является алюмонитридная плата силового модуля, в которой существенно снижено электрическое сопротивление элементов, пропускающих токи в десятки и сотни ампер, при возможности формирования тонкоплёночного прецизионного рисунка металлизации, например, для цепей управления.
Указанный технический результат, обеспечиваемый полезной моделью, достигается тем, что в алюмонитридной плате силового модуля на тонкоплёночном адгезионном слое которой, состоящем из титана и меди, напаяны припоем на основе серебра пластины медной фольги, выполнены металлизированные переходные отверстия, на тонкоплёночном адгезионном слое сформирован топологический рисунок металлизации, на участках которого, предназначенных для работы при повышенных токовых нагрузках, перекрывая переходные отверстия, припаяны герметично аппликации из медной фольги, причём между аппликациями, размещёнными на противоположных сторонах платы, в проходных отверстиях размещены медные вставки, припаянные к противолежащим аппликациям.
Аппликации из медной фольги существенно снижают электрическое сопротивление в силовых цепях. Например, при толщине аппликации 0,3 мм при толщине тонкоплёночной металлизации 20 мкм электрическое сопротивление снижается в 15 раз, а при толщине 3 мкм - в 100 раз.
2
2
2
Медные вставки, размещённые в переходных отверстиях и припаянные к противолежащим аппликациям на противоположных сторонах керамической пластины, обеспечивают существенное снижение электрического сопротивления переходных отверстий. Например, электрическое сопротивление отверстия диаметром 3 мм с адгезионным слоем 20 мкм имеет площадь поперечного сечения проводящего слоя 0,19 мм, а у медной вставки диаметром 2,9 мм площадь поперечного сечения равна 6,73 мм, т.е. электрическое сопротивление снижается в 35 раз, а при толщине адгезионного слоя 3 мкм – в 240 раз.
Для проведения испытаний были изготовлены опытные образцы плат из алюмонитридной керамики с размерами 48х60 мм при толщине 1 мм (Фиг. 1).
-4
-3
-5
3
На плате 1 с переходными отверстиями 5 был сформирован топологический рисунок металлизации на адгезионном слое 2 титан-медь, имеющем толщину слоёв 0,15 мкм и 3 мкм соответственно, способный обеспечить коммутацию цепей с малой токовой нагрузкой, например, цепей управления. На участках топологического рисунка из тонкоплёночной металлизации, предназначенных для силовых цепей, были размещены аппликации 3 и 4 из медной фольги толщиной 0,3 мм, припаянные к адгезионному слою припоем ПСр-72. В отверстиях для обеспечения минимального электрического сопротивления были размещены медные вставки диаметром 2,9 мм. По торцам вставки были припаяны к аппликациям, размещённым на противоположных сторонах платы. Были замерены электрические сопротивления отверстий между аппликациями 3 и 4, расположенными на противоположных сторонах платы миллиомметром GOM-7804 DC. Показатель герметичности плат (отверстий) по эквивалентному нормализованному потоку измерен гелиевым течеискателем ПТИ-10. На металлизированных подложках, изготовленных в соответствии с предложенным техническим решением, вспучивание металлизации отсутствует, сопротивление переходных отверстий менее 10 Ом. В платах обеспечена высокая герметичность отверстий - не более 1,33·10 (1·10) Па·см/с (л·мкм рт. ст./с).
Таким образом, платы, соответствующие предложенному техническому решению, пригодны для использования в качестве, например, коммутационных плат для мощных полупроводниковых приборов, модулей силовой электроники и иных изделий, где необходим эффективный отвод тепла и способность электропроводящих элементов выдерживать большие токовые нагрузки при высокой разрешающей способности топологического рисунка цепей управления.