ТЕПЛООТВОДЯЩИЙ ЭЛЕМЕНТ

Полезная модель относится к области электроники и предназначена, преимущественно, для использования в качестве теплоотводящей электроизолирующей подложки при изготовлении полупроводниковых приборов и электронных устройств.
е
Известен теплоотводящий элемент, выполненный из нитрид-алюминиевой керамики [Балкевич В.Л. Техническая керамика, 2 изд., 1984, с.234, таблица 50; патент US №5320990, С04В 35/581, публ. 1994 г.].
12
-6
-1
3
Коэффициент теплопроводности нитрид алюминиевой керамики 66-285 Вт/м°К, электрическая прочность - 16 кВ/мм, механическая прочность на статический изгиб - 270 МПа, удельное электрическое сопротивление - 2-10 Ом·м, температурный коэффициент линейного расширения - (4,8-5,64)·10 °K, плотность 3,2-3,3 г/см.
Достоинства:
- высокая диэлектрическая прочность;
- высокое электрическое сопротивление;
- низкий температурный коэффициент линейного расширения;
- низкий удельный вес;
- низкие диэлектрические потери.
Недостатками указанного элемента являются:
- недостаточно высокая теплопроводность;
- недостаточно высокие изолирующие свойства;
- недостаточно высокая механическая прочность на изгиб.
Техническим результатом, который можно получить при осуществлении полезной модели, является улучшение изолирующих свойств, повышение теплопроводности и механической прочности теплоотводящего элемента.
Технический результат достигается тем, что теплоотводящий элемент состоит из пластины, выполненной на основе карбида кремния, и пластины, выполненной на основе нитрид-алюминиевой керамики, соединенных между собой эвтектической пайкой металлами, обладающими высокой теплопроводностью.
Технический результат достигается и тем, что предварительно одну из поверхностей каждой пластины последовательно металлизируют слоем металла, обладающего адгезией с материалом пластин, например, хрома, молибдена, титана или вольфрама, а затем прижимают пластины металлизированными поверхностями друг к другу и спекают при температуре 200-700°С в среде азота.
Технический результат достигается также и тем, что на одну из поверхностей теплоотводящего элемента наносят изолирующий слой поликристаллического алмаза, после чего на слой поликристаллического алмаза и на непокрытую поверхность другой пластины наносят слой металла, обладающего адгезией с поликристаллическим алмазным покрытием или с материалом пластины, соответственно, например, хрома, молибдена, титана или вольфрама.
На слои металлов, обладающих адгезией с поликристаллическим алмазным покрытием и с материалом пластины, соответственно, последовательно наносят слой никеля или платины и слой металла или сплава, обеспечивающего надежный контакт и высокую кондуктивную теплопроводность к теплосъемнику, например, алюминия, серебра, золота или их сплавов.
На фиг.1 представлены исходные пластины на основе карбида кремния и на основе нитрид-алюминиевой керамики, металлизированные с одной стороны.
На фиг.2 - конструкция теплоотводящего элемента после спекания.
На фиг.3 - теплоотводящий элемент.
Теплоотводящий элемент изготавливают следующим способом.
Сначала изготавливают пластину из карбида кремния 1 с достаточно высокой теплопроводностью (не менее 100 Вт/м°К), например, способом, аналогичным описанному в патенте РФ 2173307, подготавливают пористую карбидокремниевую заготовку. Далее полученную заготовку подвергают термообработке в среде углеводорода или смеси углеводородов при температуре, превышающей температуру их разложения. После высокотемпературной обработки (не менее 1300-1500°С) полученную заготовку пропитывают расплавом металла или сплава металлов из группы: алюминий, магний, и известными технологическими приемами резки, шлифовки, полировки изготавливают пластину толщиной не менее 100 мкм. Минимальная толщина пластины определяется механической прочностью конструкции, максимальная - ограничивается суммарными диэлектрическими потерями теплоотводящего элемента, поэтому толщина пластин не превышает 200-1000 мкм.
Затем, изготавливают пластину из керамики на основе нитрида алюминия 2. Керамические заготовки нитрида алюминия в виде пластин толщиной 1 мм изготавливают из исходного порошка нитрида алюминия с размером частиц 4-5 мкм спеканием при высоком давлении и температуре (усилие не менее 5-10 МН).
После этого на одну из поверхностей каждой пластины последовательно наносят слой металла 3, обладающего адгезией с материалом пластин, например, хрома, молибдена, титана или вольфрама, используя любые известные методы: гальванический, напыление, нанесение пасты, и для обеспечения эвтектического спекания - дополнительные слои металлов: никеля или платины и алюминия, серебра или золота (или их сплавов).
После этого пластины прижимают друг к другу металлизированными поверхностями и спекают при температуре 200-700°С в среде азота.
В результате этого происходит процесс эвтектической пайки пластин с помощью нанесенных на них металлов.
При необходимости, если изолирующие свойства у теплоотводящего элемента недостаточны, то на одну из его поверхностей, например, на пластину из карбида кремния 1 наносят изолирующий слой поликристаллического алмаза 4 толщиной 1 мкм методом лазерного ионно-лучевого распыления графита из газовой фазы.
На слой поликристаллического алмаза 4 и на непокрытую поверхность другой пластины 2 наносят слой металла 5, обладающего адгезией с поликристаллическим алмазным покрытием и с материалом пластины, соответственно, например, хрома, молибдена, титана или вольфрама, используя любые известные методы: гальванический, напыление, нанесение пасты.
Затем проводится операция «вжигание» металлизации в среде азота при температуре 200-700°С.
При необходимости наносят дополнительные слои металлов: слой 6 никеля или платины и слой 7 алюминия, серебра или золота (или их сплавов) для обеспечения надежного контакта и кондуктивной теплопроводности от электронного компонента к поверхности теплосъемника.