Изделия из керамики на основе оксида алюминия, нитрида алюминия и оксида бериллия производства АО «ТЕСТПРИБОР»

В силовой электронике и микроэлектронике применяются керамические подложки. С использованием процессов тонких или толстых пленок на керамических материалах в качестве основы, помимо проводящего рисунка, можно выполнять целые пленочные компоненты, такие как резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности.

В настоящее время промышленный прогресс требует от электроники постоянного увеличения уровня мощности, эффективности, надежности и прочности. Для современных устройств, в частности мощных РЧ- и СВЧ-передатчиков, силовых транзисторов, преобразователей мощности, надежность в условиях больших токов и высоких температур, безусловно, является ключевым фактором. Следовательно, подложки, используемые в современной электронике, должны иметь достаточно надежные характеристики, такие как максимальная рабочая температура (МРТ), коэффициент теплового расширения (КТР), электрическая изоляция (удельное сопротивление), теплопроводность и относительная диэлектрическая проницаемость.

Рис. 1. Образцы керамических подложек с металлизацией

Производством АО «ТЕСТПРИБОР» освоены технологии изготовления однослойных и многослойных печатных плат и подложек из керамики на основе оксида алюминия (Al₂O₃), нитрида алюминия (AlN) и оксида бериллия (BeO).

Изделия из указанных материалов характеризуются:

• высокой теплопроводностью;
• низким коэффициентом теплового расширения;
• низкими диэлектрическими потерями;
• высокой механической прочностью.

В таблицах 1 и 2 приведены характеристики применяемых керамических плат.

Компания «ТЕСТПРИБОР» изготавливает и поставляет различного рода спеченные керамические пластины толщиной 0,127–2 мм, выполненные из:

• оксида алюминия (Al₂O₃) — 92, 96 и 99%;
• нитрида алюминия (AlN) — 94%;
• оксида бериллия BeO.

Рис. 2. Механическая обработка керамики

Металлизация подложек и изделий из керамики осуществляется по толстопленочной технологии путем нанесения и вжигания паст, содержащих молибден и вольфрам. Возможно изготовление подложек с металлизацией медью (толщина до 300 мкм). Данные подложки используются при изготовлении силовых IGBT-модулей.

В процессе изготовления металлизированных керамических подложек АО «ТЕСТПРИБОР» освоены и реализованы следующие технологические процессы:

• механическая обработка керамики (резка, скрайбирование, прошивка отверстий);
• нанесение металлизации вольфрамом или молибденом толщиной 20–25 мкм;
• нанесение металлизации медью толщиной до 300 мкм.

Металлизация (печать) наносится как на индивидуальные, так и на групповые заготовки, обеспечивая расстояние между проводниками не менее 50 мкм.

Рис. 3. Оборудование для нанесения металлизации на керамические подложки

Качество нанесения металлизации (толщина и стабильность) достигается:

• использованием высококачественных материалов (паст);
• строгим контролем параметров используемых материалов и трафаретов;
• применением высокоточных установок трафаретной печати.

Процесс вжигания паст и обжига сырой металлизированной керамики производится в колпаковых печах в контролируемой азотно-водородной среде при температурах в диапазоне +1300…+1700 °С.

Рис. 4. Процесс вжигания паст и обжига сырой металлизированной керамики в колпаковой печи

Покрытие никель-золото:

• электрохимическое никелирование — толщина покрытия до 30 мкм;
• электрохимическое никелирование сплавом никель-фосфор — толщина покрытия до 30 мкм;
• химическое никелирование никель-фосфор и никель-бор — толщина покрытия до 10 мкм;
• химическое золочение — толщина покрытия до 2,5 мкм.

В том случае, когда на детали предусмотрено большое количество изолированных поверхностей (например, при производстве печатных плат), а изделие имеет сложную форму, предпочтительно использовать химический способ нанесения покрытия. Такая технология позволяет значительно повысить качество покрытия.

Для формирования подслоя под золотое покрытие, а также других технологических целей, в том числе на металлизацию, выполненную из тугоплавких материалов (молибден, вольфрам), на диэлектрических подложках (керамика) используются покрытия сплавами никель-бор или никель-фосфор. Толщины покрытий в основном не превышают 10 мкм.

Рис. 5. Образцы продукции с покрытием никель-золото

При необходимости на никелевое покрытие возможно нанести слой золота, выполненный химическим или иммерсионным способами, толщина наносимого покрытия золотом может гарантированно достигать 2,5–3 мкм. Проведенные испытания изделий с таким покрытием показали, что оно сохраняет паяемость и антикоррозионные свойства.

Выводы

На производстве АО «ТЕСТПРИБОР» освоены технологии полного цикла изготовления керамических печатных плат. В качестве подложек используются различные виды спеченной алюмооксидной, алюмонитридной, бериллиевой керамики.

Высокое качество печатных плат достигается за счет:

• изготовления керамических подложек для печатных плат в полном соответствии с предъявляемыми к изделию требова­ниями;
• использования высококачественных трафаретов для печати, изготавливаемых из определенных материалов с заданными характеристиками;
• строгого контроля физических параметров паст для печати,
• грамотно подобранных составов паст, а также режимов нанесения и вжигания металлизации;
• особого внимания к проектированию оборудования и оснастки, обеспечивающих повторяемость по толщине и характеристикам металлизации и покрытия внутри партии и равномерность гальванического и химического покрытия на одном изделии настолько, насколько позволяют его геометрические характеристики;
• уникальных современных составов, позволяющих наносить как классические покрытия, так и редко используемые при обычной практике — например, золотое покрытие, выполненное химическим способом до толщины более 2 мкм;
• контроля качества изделий, который производится в несколько этапов по многим параметрам на 100% продукции.