СПОСОБ МЕТАЛЛИЗАЦИИ АЛЮМОНИТРИДНОЙ КЕРАМИКИ
METALLISATION TECHNIQUE FOR ALUMINIUM NITRIDE CERAMICS

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано для изготовления электронных приборов большой мощности.
В настоящее время в электронной технике все большее применение находит высокотеплопроводная алюмонитридная (AlN) керамика. При этом особенное внимание уделяется решению вопросов, связанных с ее металлизацией.
Известен способ изготовления и металлизации пластин из AlN керамики (1), согласно которому слой меди наносят непосредственно на поверхность AlN керамики с помощью эвтектики оксид алюминия-медь. Однако данный процесс пригоден только для металлизации пластин с получением сплошного покрытия без формирования топологического рисунка металлизации. Для получения топологического рисунка металлизации необходимо проводить последующее фотолитографическое травление. Кроме того, изделия, получаемые таким способом, не допускают высокотемпературную пайку в среде водорода из-за восстановления адгезионного эвтектического слоя.
В известном способе металлизации (2) электропроводные элементы выполняют сеткографией в виде слоев из порошкообразных смесей тугоплавких металлов вольфрама, и/или молибдена, и/или никеля с керамической добавкой того же состава, что и керамика. Электропроводящие элементы при этом вжигают в алюмонитридную подложку совместно и одновременно с ее спеканием в защитной газовой атмосфере азота в смеси с водородом или без него при той же высокой температуре в диапазоне 1700…1900°C. Однако данный процесс пригоден только для металлизации сырых, не спеченных изделий и не предназначен для металлизации спеченных пластин, отшлифованных в размер.
Техническим результатом настоящего изобретения является создание высокопроизводительного способа получения металлизированной пастой AlN керамики с повышенной разрешающей способностью топологического рисунка металлизации.
Технический результат, обеспечиваемый изобретением, достигается тем, что в способе металлизации алюмонитридной керамики методом сеткографии, включающем предварительную термообработку керамики, нанесение металлизационной пасты на поверхность керамики методом сеткографии и вжигание пасты, предварительную термообработку керамики проводят в перегретых парах воды при температуре в пределах 400…600°С.
В заявляемом способе металлизации алюмонитридной керамики методом сеткографии, включающем предварительную термообработку керамики с последующим вжиганием пасты, предварительную термообработку керамики проводят в перегретых парах воды в течение 30…80 минут при температуре 400…600°С.
Технических решений, содержащих признаки, сходные с отличительными, не выявлено, что позволяет сделать выводы о соответствии заявленного технического решения критерию новизны.
3
Повышенная разрешающая способность топологического рисунка металлизации получена благодаря предварительной термообработке керамики в перегретых парах воды в течение 30…80 минут при температуре 400…600°C. При этом на поверхности алюмонитридной керамики формируется слой гидрооксида алюминия Al(OH), имеющий пониженную плотность по сравнению со слоем оксида алюминия, в результате чего растекание пасты снижается.
3
3
3
Проведение процесса термообработки алюмонитридной керамики в указанном режиме менее чем за 30 минут не обеспечивает равномерное формирование по всей поверхности керамики слоя Al(OH), что приводит к ухудшению адгезии металлизации и к повышенному растеканию пасты на тех участках, где отсутствует слой Al(OH), а при увеличении времени процесса более чем 80 минут на поверхности керамики формируется рыхлый слой Al(OH), что приводит к снижению адгезии металлизации к керамике.
Тем самым, новая совокупность признаков позволяет сделать заключение о соответствии заявленного технического решения критерию «изобретательский уровень».
Пример.
На двенадцати подложках размером 48×60 мм из алюмонитридной керамики провели термообработку в перегретом паре воды при различных температурах T и временных выдержках t. Затем на подложки наносили пасту на основе тугоплавких металлов через сеткотрафарет с топологическим рисунком, содержавшим маскирующие элементы размером 0,2 мм. Вжигание металлизации проводили при температуре 1380°C.
На полученных образцах были замерены величины прочности сцепления F металлизации с керамикой и электрического сопротивления R между изолированными друг от друга элементами металлизации зазорами, сформированными маскирующими элементами размером 0,2 мм. На подложках №№1-4, изготовленных с соблюдением режимов предварительной термообработки, соответствующих заявленному техническому решению, получены достаточно высокие значения прочности сцепления металлизации с керамикой и электрического сопротивления. На подложках №№5-12, изготовленных с режимами предварительной термообработки, не соответствующими заявленному техническому решению, получены недостаточно высокие значения прочности сцепления металлизации с керамикой и электрического сопротивления, либо прочности сцепления металлизации с керамикой. Результаты измерений приведены в таблице.
Источники информации
1. Патент США №5165983, кл. H05B 3/10, 24.11.1992 г.
2. Патент РФ №2154361, кл. H05B 3/10, Н01С 17/00, 10.08.2000 г.