RU2687598C1 - Способ металлизации керамики под пайку - Google Patents
Способ металлизации керамики под пайку Download PDFInfo
- Publication number
- RU2687598C1 RU2687598C1 RU2017143442A RU2017143442A RU2687598C1 RU 2687598 C1 RU2687598 C1 RU 2687598C1 RU 2017143442 A RU2017143442 A RU 2017143442A RU 2017143442 A RU2017143442 A RU 2017143442A RU 2687598 C1 RU2687598 C1 RU 2687598C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- copper
- coating
- layer
- mixture
- nozzle
- Prior art date
Links
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims abstract description 49
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 238000005476 soldering Methods 0.000 title abstract description 12
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 41
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 32
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 32
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 22
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 20
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 20
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 13
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 4
- 238000005219 brazing Methods 0.000 claims description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 abstract description 19
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 7
- 238000009434 installation Methods 0.000 abstract description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 4
- 238000003466 welding Methods 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 abstract 1
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 abstract 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 34
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 6
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 5
- 229910052596 spinel Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000011029 spinel Substances 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 3
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 3
- QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N Copper oxide Chemical compound [Cu]=O QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000005751 Copper oxide Substances 0.000 description 2
- 229910018565 CuAl Inorganic materials 0.000 description 2
- PCEXQRKSUSSDFT-UHFFFAOYSA-N [Mn].[Mo] Chemical compound [Mn].[Mo] PCEXQRKSUSSDFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 229910000431 copper oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 2
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 2
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 1
- 238000010288 cold spraying Methods 0.000 description 1
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000008034 disappearance Effects 0.000 description 1
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000000320 mechanical mixture Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000005382 thermal cycling Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/80—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone of only ceramics
- C04B41/81—Coating or impregnation
- C04B41/85—Coating or impregnation with inorganic materials
- C04B41/88—Metals
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B37/00—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating
- C04B37/02—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating with metallic articles
- C04B37/023—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating with metallic articles characterised by the interlayer used
- C04B37/026—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating with metallic articles characterised by the interlayer used consisting of metals or metal salts
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
- C04B41/50—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
- C04B41/51—Metallising, e.g. infiltration of sintered ceramic preforms with molten metal
- C04B41/5127—Cu, e.g. Cu-CuO eutectic
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
- C04B41/50—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
- C04B41/51—Metallising, e.g. infiltration of sintered ceramic preforms with molten metal
- C04B41/515—Other specific metals
- C04B41/5155—Aluminium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
- C04B41/52—Multiple coating or impregnating multiple coating or impregnating with the same composition or with compositions only differing in the concentration of the constituents, is classified as single coating or impregnation
- C04B41/522—Multiple coatings, for one of the coatings of which at least one alternative is described
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
- Manufacturing Of Printed Wiring (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области получения металлических покрытий на керамических изделиях и может найти применение в электронной, электротехнической и радиотехнической промышленности. Способ металлизации керамики под пайку осуществляется путем нанесения на ее поверхность покрытия методом холодного газодинамического напыления (ХГН), включающим подачу предварительно нагретого сжатого воздуха в сверхзвуковое сопло, введение в сопло порошкового материала или смеси порошковых материалов, их ускорение в сопле потоком воздуха. Таким образом на поверхности керамики формируют нескольких слоев покрытия. Согласно изобретению в качестве материала первого слоя используют смесь порошков меди и алюминия с массовым содержанием меди в смеси 10-20%, затем проводят окислительный отжиг на воздухе при температуре 800-1100°С в течение 3 часов, после нанесения второго слоя из порошка меди толщиной 300-700 мкм проводят термообработку в вакууме при температуре 950-1050°С в течение 5 часов. Предложенный способ обеспечивает получение покрытия с низким коэффициентом температурного расширения, высокой адгезионной прочностью, высокой электропроводностью, малым тепловым сопротивлением многослойной структуры, а также высокую адгезию покрытия к керамике и возможность выполнения последующей многоступенчатой пайки при монтаже силовых ППП, проволочных и балочных выводов и сварку их к двухслойной металлизации для получения годных металлизированных керамических подложек. 2 пр.
Description
Изобретение относится к области получения металлических покрытий на керамических изделиях и может найти применение в электронной, электротехнической и радиотехнической промышленности при производстве металлизированных подложек силовых модулей, теплоотводящих элементов мощных транзисторов и светодиодов.
Основным элементом конструкции электронного силового модуля является металлизированная керамическая подложка, на которой расположены силовые полупроводниковые кристаллы, при этом она выполняет две основные функции: во-первых, осуществляет электрическую изоляцию токоведущих шин топологического рисунка, расположенных на одной стороне, друг от друга, а также от токоведущих шин на другой стороне; во-вторых, передает тепло, выделяемое активными элементами электронного силового модуля, на теплоотводы и радиаторы.
Для получения топологического рисунка электронного силового модуля керамические подложки металлизируют, для чего осаждают проводящие слои меди толщиной более 300 мкм, из которых формируют многослойную металлизацию.
Известна металлизированная керамическая подложка для электронных силовых модулей, состоящая из керамической пластины, выполненной из оксида или нитрида алюминия, установленных на ней с двух сторон, пластин медной фольги с адгезионными слоями. Пластины медной фольги имеют равную толщину около 300 мкм. При этом на одной стороне пластина медной фольги имеет топологический рисунок, а на другой стороне подложки пластина медной фольги выполнена сплошной, она отводит избыточное тепло с помощью прижима или пайки к радиатору (см. статью 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). Известная керамическая подложка для электронных силовых модулей металлизирована методом DBC (Direct Bonded Copper - прямое медное соединение). Сущность метода DBC состоит в том, что керамику соединяют с медной фольгой, покрытой слоем закиси меди, при температуре 1064°С. 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°С, для чего требуется печь со стабильным во времени и очень равномерным полем температур в рабочей зоне. Также изделия из керамики, металлизированной по данному способу, нельзя паять высокотемпературными припоями в среде водорода из-за восстановления закиси меди до меди, что приводит к нарушению соединения при термоциклировании. Кроме того, при монтаже силовых полупроводниковых приборов (ППП), их необходимо припаивать к подложке, используя многоступенчатую пайку, а также приваривать или припаивать проволочные или балочные выводы ППП к металлизированным площадкам на медной пластине. Эти процессы требуют неоднократного локального нагрева до высоких температур, превышающих 500°С. При этом разрушается переходный слой, что приводит к исчезновению контакта между медной пластиной и керамикой, а также к прекращению тепловой передачи между ними. Что, следовательно, вызывает нежелательный перегрев элементов электрической схемы, и последующий выход силового модуля из строя.
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 температуре 800-1100°С (А.с. СССР №564293, МКИ С04В 41/14, заявл. 27.12.71, опубл. 05.07.77). 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. Данный способ существенно упрощает процесс металлизации, сокращает трудоемкость изготовления металлизированной керамики, однако он не позволяет получать толстый (более 300 мкм) слой медной металлизации с высокой электропроводностью, необходимый для крепления силовых ППП. Толщина адгезионного слоя ограничена толщиной слоя наносимой пасты (до 30-40 мкм) методом трафаретной печати и большой пористостью пасты. Недостатком данного способа является то, что топологический рисунок металлизации можно формировать только методом трафаретной печати. Получение топологического рисунка на такой металлизации методом фотолитографии связано с существенными трудностями подбора растворов для селективного травления слоев, обеспечивающего высокое сопротивление изоляции между электрически изолированными элементами топологического рисунка. Кроме того, требуется разработка химически стойкого фоторезиста для процесса травления такой металлизации.
Наиболее близким техническим решением является способ металлизации керамики под пайку (Патент РФ №2219145, МПК С04В 41/88, заявл. 31.07.2002, опубл.20.12.2003), который заключается в нанесении двух слоев покрытия методом газодинамического напыления, путем нагрева сжатого воздуха, подачи предварительно нагретого сжатого воздуха в сверхзвуковое сопло, подачи в это сопло порошкового материала, его ускорения в сопле и нанесения на поверхность керамики. При этом первый слой формируют толщиной 5 - 200 мкм и используют для этого порошковый материал, содержащий не менее 20% по массе порошка керамики, остальное - смесь порошков металлов или сплавов, в которой не менее 30% от массы этой смеси составляет порошок алюминия. Второй слой формируют по той же технологической схеме, используя при этом другой порошковый материал, который содержит компоненты, обеспечивающие пайку второго слоя покрытия. Недостатками данного способа является низкая адгезия первого слоя с поверхностью керамики, низкое удельное электросопротивление, что неприемлемо для силовой электроники, так как в силовых модулях используются большой электрический ток и высокое электрическое напряжение. В этом случае возникает проблема отслаивания первого медного слоя от керамической подложки из-за повышенного тепловыделения и термического напряжения, вызванного различием термического расширения между медью и керамикой при переключении тока и напряжения или изменении параметров окружающей среды.
Термическое напряжение, обусловленное разницей в тепловом расширении меди и керамики, зависит не только от коэффициента теплового расширения этих материалов, но также и от величины удельного электросопротивления. При напылении первого слоя используется не менее 20% по массе порошка керамики, что значительно снижает электропроводность и повышает выделение тепла в первом слое, что приводит к термическим напряжениям и последующему отслоению покрытия от керамики.
Поэтому для уменьшения электрического сопротивления и термического напряжения необходимо использовать металл, обладающий электрическими свойствами на уровне меди.
Также металлизация, полученная известным способом, не позволяет использовать многоступенчатую пайку при монтаже силовых ППП, проволочных и балочных выводов, а также сварку их двухслойной металлизации из-за наличия в ней большого количества керамических порошков. Эти процессы требуют неоднократного локального нагрева до высоких температур, превышающих 500°С. При этом отслаивается и разрушается двухслойная металлизация.
Задачей предлагаемого изобретения является получение покрытия с низким коэффициентом температурного расширения, высокой адгезионной прочностью, высокой электропроводностью, малым тепловым сопротивлением многослойной структуры.
Техническим результатом предложенного способа является получение толстого слоя (более 300 мкм) медной металлизации с высокой электропроводностью, необходимого для крепления силовых ППП.
Технический результат, предлагаемого изобретения, достигается тем, что металлизацию керамики под пайку осуществляют методом холодного газодинамического напыления, включающем предварительный нагрев сжатого воздуха, подачу его в сверхзвуковое сопло, введение в это сопло порошкового материала или смеси порошковых материалов, их ускорение в сопле и нанесение на поверхность керамики с формированием нескольких слоев покрытия. Согласно изобретению в качестве материала первого слоя используют смесь порошков меди и алюминия с массовым содержанием меди в смеси 10-20%, затем проводят окислительный отжиг на воздухе при температуре 800-1100°С в течение 3 часов, после нанесения второго слоя из порошка меди толщиной 300-700 мкм проводят термообработку в вакууме при температуре 950-1050°С в течение 5 часов.
Предложенным способом получают металлизированную медью керамику под пайку, обеспечивающую многоступенчатую высокотемпературную пайку, формирование топологического рисунка металлизации, как в процессе напыления, так и в процессе фотолитографии.
Возможность использования изобретения в промышленности подтверждается нижеприведенными примерами.
Пример №1
На очищенные поверхности керамической пластины, закрепленной в специальной державке, наносят первый слой на установке холодного газодинамического напыления (ХГН) - в сформированный высокоскоростной подогретый воздушный поток с помощью дозатора вводят смесь порошков меди и алюминия с массовым содержанием меди в смеси 16,5% со средним размером частиц 40 мкм, обеспечивая нужную плотность расхода частиц. Введенные в поток частицы образуют газопорошковую смесь, которая ускоряется в сверхзвуковом сопле, направляется на керамическую пластину и формирует первый слой. Формирование покрытий из смеси медного и алюминиевых порошков осуществлялось по типичной схеме ХГН с плоским соплом Лаваля с критическим сечением 3.05×3.05 мм и выходным сечением 9.5×3.05 мм. Известная схема установки газодинамического холодного напыления (ХГН) заявлена в патенте RU №1674585, МПК C23C 26/00. Устройство для нанесения покрытий напылением / Алхимов А.П., Косарев В.Ф., Папырин А.Н. // БИ. 1993. №18. С. 195. Расход порошка из дозатора устанавливался в 0,1 г/с. Дистанция напыления равнялась 30 мм, скорость сканирования сопла относительно подложки варьировалась от 5 до 50 мм/с. Напыление проводилось на экспериментальном стенде ХГН ИТПМ СО РАН. Форкамерно-сопловой узел с нагревателем газа крепился на шестиосевом роботе KUKAKR16-2 (KUKA Robotics, Германия), что позволяло с точностью до 10 мкм перемещать сопло относительно подложки. Шаг сканирования для подложек устанавливался в 3 и 8 мм. Равномерные покрытия из механической смеси частиц алюминия и меди на керамической поверхности образовывались при температуре струи 250°С и давлении 1,5 МПа. За счет воздействия давления и высокой температуры происходило усиление металлической связи, как между частицами меди и алюминия, так и между этой порошкообразной смесью и керамической пластиной.
Затем после нанесения первого слоя проводили окислительный отжиг керамических пластин на воздухе при температуре 800-1100°С в течение 3 часов, при которой на поверхности керамической подложки формировался слой шпинели. При напылении навески, состоящей из Cu (1 г) и Al (5 г), образовывалось покрытие, окислительный отжиг которых приводил к наличию на керамической поверхности только двух фаз состава CuAl2O4 (шпинель) и Al2O3. Данное соединение (шпинель CuAl2O4) способствовало увеличению адгезии между первым слоем и керамической подложкой.
Далее поверх первого слоя из медно-алюмооксидной шпинели проводилось так же, как напылялся и первый слой, напыление второго слоя из порошка меди ПМС-1 со средним размером частиц 40 мкм толщиной 300-700 мкм. Режимы нанесения медного покрытия из порошка меди варьировались в следующих пределах: температура торможения 400-600°С, давление торможения 1,2-1,5 МПа. После чего проводят термообработку в вакууме при температуре 950-1050°С для уплотнения медного слоя и повышения адгезии между первым и вторым слоями. Полученное двухслойное покрытие шлифуют для обеспечения плоскостности, после этого на лицевую сторону полученной металлизированной подложки наносят фоторезист и проводят операцию фотолитографии, в результате чего получают топологический рисунок. К полученным контактным площадкам припаивают кристалл мощного ППП при температуре около 500°С. Затем осуществляют приварку выводов ППП и его пайку к металлическому основанию.
Пример №2
В специальной державке устанавливают очищенную керамическую пластину, поверх которой помещают маску - трафарет с топологическим рисунком, после чего на установке холодного газодинамического напыления и в тех же режимах наносят первый и второй слои по технологии, описанной в примере №1.
Таким образом, в качестве адгезионного первого слоя приемлемым является шпинельное покрытие, образованное после нанесения методом ХГН смеси порошков меди и алюминия. Измерения адгезии медных пленок к керамической поверхности показали, что она находится в диапазоне 30-40 МПа (3-4 кгс/мм2), что является достаточным для выполнения последующей многоступенчатой пайки при монтаже силовых ППП, проволочных и балочных выводов, а также сварки их к двухслойной металлизации для получения металлизированных керамических подложек.
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. А.с. СССР №564293, МКИ C04B 41/14, заявл. 27.12.71, опубл. 05.07.77;
3. Патент РФ №2219145, МПК C04B 41/88, заявл. 31.07.2002, опубл. 20.12.2003 -прототип;
4. Патент RU №1674585. МПК C23C 26/00. Устройство для нанесения покрытий напылением / Алхимов А.П., Косарев В.Ф., Папырин А.Н. // БИ. 1993. №18. С. 195.
Claims (1)
- Способ металлизации керамики под пайку путем нанесения на ее поверхность покрытия методом холодного газодинамического напыления (ХГН), включающий подачу предварительно нагретого сжатого воздуха в сверхзвуковое сопло, введение в сопло порошкового материала или смеси порошковых материалов, их ускорение в сопле потоком воздуха и нанесение на поверхность керамики с формированием нескольких слоев покрытия, отличающийся тем, что в качестве материала первого слоя используют смесь порошков меди и алюминия с массовым содержанием меди в смеси 10-20%, затем проводят окислительный отжиг на воздухе при температуре 800-1100°С в течение 3 часов, после нанесения второго слоя из порошка меди толщиной 300-700 мкм проводят термообработку в вакууме при температуре 950-1050°С в течение 5 часов.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017143442A RU2687598C1 (ru) | 2017-12-12 | 2017-12-12 | Способ металлизации керамики под пайку |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017143442A RU2687598C1 (ru) | 2017-12-12 | 2017-12-12 | Способ металлизации керамики под пайку |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2687598C1 true RU2687598C1 (ru) | 2019-05-15 |
Family
ID=66578838
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017143442A RU2687598C1 (ru) | 2017-12-12 | 2017-12-12 | Способ металлизации керамики под пайку |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2687598C1 (ru) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111635261A (zh) * | 2020-06-30 | 2020-09-08 | 苏州蓝晶研材料科技有限公司 | 一种陶瓷导电材料及其制备方法 |
| RU2759248C1 (ru) * | 2020-11-27 | 2021-11-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет путей сообщения" (СГУПС) | Способ металлизации алюмонитридной керамики |
| CN115124374A (zh) * | 2022-06-15 | 2022-09-30 | 深圳元点真空装备有限公司 | 一种sbc陶瓷表面覆厚金属层技术及其陶瓷封装基板 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1674585A1 (en) * | 1989-10-19 | 1993-05-15 | Inst Teoreticheskoj I Prikladn | Apparatus for spraying coverings |
| US6528123B1 (en) * | 2000-06-28 | 2003-03-04 | Sandia Corporation | Coating system to permit direct brazing of ceramics |
| RU2219145C1 (ru) * | 2002-07-31 | 2003-12-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью Обнинский Центр Порошкового Напыления | Способ металлизации керамики под пайку |
| 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 |
| JP2015086085A (ja) * | 2013-10-28 | 2015-05-07 | 日本発條株式会社 | 積層体、絶縁性冷却板、パワーモジュールおよび積層体の製造方法 |
-
2017
- 2017-12-12 RU RU2017143442A patent/RU2687598C1/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1674585A1 (en) * | 1989-10-19 | 1993-05-15 | Inst Teoreticheskoj I Prikladn | Apparatus for spraying coverings |
| US6528123B1 (en) * | 2000-06-28 | 2003-03-04 | Sandia Corporation | Coating system to permit direct brazing of ceramics |
| RU2219145C1 (ru) * | 2002-07-31 | 2003-12-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью Обнинский Центр Порошкового Напыления | Способ металлизации керамики под пайку |
| 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 |
| JP2015086085A (ja) * | 2013-10-28 | 2015-05-07 | 日本発條株式会社 | 積層体、絶縁性冷却板、パワーモジュールおよび積層体の製造方法 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111635261A (zh) * | 2020-06-30 | 2020-09-08 | 苏州蓝晶研材料科技有限公司 | 一种陶瓷导电材料及其制备方法 |
| RU2759248C1 (ru) * | 2020-11-27 | 2021-11-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет путей сообщения" (СГУПС) | Способ металлизации алюмонитридной керамики |
| CN115124374A (zh) * | 2022-06-15 | 2022-09-30 | 深圳元点真空装备有限公司 | 一种sbc陶瓷表面覆厚金属层技术及其陶瓷封装基板 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101572586B1 (ko) | 적층체 및 적층체의 제조 방법 | |
| US5391841A (en) | Laser processed coatings on electronic circuit substrates | |
| RU2687598C1 (ru) | Способ металлизации керамики под пайку | |
| CN111454080B (zh) | 一种敷铜或敷铜合金氧化铝陶瓷基板及其制备方法 | |
| EP0153618A2 (en) | Method for preparing highly heat-conductive substrate and copper wiring sheet usable in the same | |
| WO2015064430A1 (ja) | 積層体、絶縁性冷却板、パワーモジュールおよび積層体の製造方法 | |
| WO2003049180A1 (fr) | Module de maintien electrostatique sans pince et systeme de refroidissement | |
| RU2490237C2 (ru) | Металлизированная керамическая подложка для электронных силовых модулей и способ металлизации керамики | |
| US20030030141A1 (en) | Laminated radiation member, power semiconductor apparatus, and method for producing the same | |
| Ulianitsky et al. | Fabrication of layered ceramic-metal composites by detonation spraying | |
| CN108687352A (zh) | 用于制造冷却装置的方法、冷却装置及冷却设备 | |
| KR0160169B1 (ko) | 실리콘-함유 조성물을 음극 스퍼터링시키기 위한 제품 및 실리콘-함유 조성물을 금속 표면에 접합시키는 방법 | |
| US4542401A (en) | Semiconductor device with sprayed metal layer | |
| US5787578A (en) | Method of selectively depositing a metallic layer on a ceramic substrate | |
| US5276423A (en) | Circuit units, substrates therefor and method of making | |
| US6077564A (en) | Process for producing a metal-coated, metallized component of aluminum nitride ceramic and metal-coated component obtained thereby | |
| TW201424900A (zh) | 生產中空體尤其是冷卻器的方法、中空體及含冷卻器的電或電子模組 | |
| RU2384027C2 (ru) | Способ изготовления микросхем | |
| JPH07283499A (ja) | 電子部品用複合基板 | |
| JPH09315876A (ja) | 金属−セラミックス複合基板及びその製造法 | |
| JP2001358207A (ja) | シリコンウェハ支持部材 | |
| CN107864560A (zh) | 一种陶瓷pcb的制造方法及制造得到的pcb | |
| CN101414654B (zh) | 大功率led陶瓷散热基板的制作工艺 | |
| RU2219145C1 (ru) | Способ металлизации керамики под пайку | |
| CN101826571A (zh) | 太阳能电池陶瓷散热基板的制作工艺 |