Паста для металлизации алюмонитридной керамики

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано для изготовления электронных приборов большой мощности из металлизированной высокотеплопроводной алюмонитридной (AlN) керамики. Техническим результатом настоящего изобретения является повышение адгезии металлизации к керамике, что позволяет осуществлять высокотемпературную пайку металлизированной керамики в среде водорода. Указанный технический результат обеспечивается тем, что в состав пасты для металлизации алюмонитридной керамики, включающий молибден и марганец, введен тальк при следующих соотношениях компонентов, мас. %: Мо 78-80, Mn 5, тальк 15-17. 1 табл.

 

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 (A1N) керамика. При этом особенное внимание уделяется решению вопросов, связанных с ее металлизацией. Безуспешными оказались попытки металлизировать A1N керамику известными пастами для металлизации алюмооксидной керамики.

В известном способе металлизации (1) электропроводные элементы выполняют 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°С. Однако используемый состав для металлизации пригоден только для металлизации сырых, неспеченных керамических изделий и не предназначен для металлизации спеченных пластин, отшлифованных в размер.

Известна металлизационная паста (2), предназначенная для металлизации алюмонитридной керамики, включающая молибден, марганец и SiO₂.

Данную пасту можно использовать для металлизации алюмооксидной керамики. Данное техническое решение не может обеспечить достаточную адгезию металлизации к алюмонитридной керамике при пайке высокотемпературным припоем, в то время как во многих случаях, например в корпусах полупроводниковых приборов, требуется адгезия 5 кг/мм и более.

Наиболее близким техническим решением является состав пасты (3) для металлизации алюмонитридной керамики, включающей молибден, марганец, оксид кремния и оксид магния при следующих соотношениях компонентов (масс. доля), %:

Мо - 78-80

Mn – 5

SiO₂ - 10-15

MgO - 5.

Техническим результатом настоящего изобретения является паста для металлизации A1N керамики с повышенной адгезией металлизации к керамике и допускающая высокотемпературную пайку металлизированной керамики в среде водорода.

Указанный технический результат обеспечивается тем, что в состав пасты для металлизации алюмонитридной керамики, включающий молибден и марганец, введен тальк при следующих соотношениях компонентов (масс. доля), %:

Мо - 78-80

Mn – 5

Тальк - 15-17.

Технических решений, содержащих признаки, сходные с отличительными, не выявлено, что позволяет сделать выводы о соответствии заявленных технических решений критерию новизны.

Паста на основе тугоплавких металлов для металлизации A1N керамики, обеспечивающая повышенную адгезию металлизации к керамике и допускающая высокотемпературную пайку металлизированной керамики в среде водорода, получена благодаря введению в состав пасты, содержащей молибден и марганец, нового компонента, а именно талька, в заявленных соотношениях. Устойчивый к среде водорода переходный слой между A1N керамикой и электропроводящим слоем металлизации с повышенной адгезией металлизации к керамике обеспечивается за счет комплексного взаимодействия молибдена, марганца и входящих в состав талька 31,7% MgO, 63,5% SiO₂ и 4,8% Н₂О. Поскольку в составе талька содержится H₂O, не требуется предварительного окисления алюмонитридной керамики. Состав пасты вместо молибдена может содержать вольфрам.

Введение в состав более высокого количества талька по сравнению с заявленным соотношением (масс. доля), %: Мо - 78-80, Mn - 5, тальк - 15-17, не приводит к повышению адгезии металлизации к A1N керамике, но снижает электропроводность металлизации.

Пример. Пасту получали смешиванием порошков из материалов с составами, приведенными в таблице 1. Порошки смешивали в шаровой мельнице. За основу связки использовали поливинилбутираль с терпиниолом. Затем пасту наносили через сеткотрафарет на пластины из A1N керамики и помещали в высокотемпературную печь. Вжигание металлизации проводили в среде водорода при температурах 1340-1380°С в течение 60 минут.

На полученных образцах была замерена прочность сцепления металлизации с керамикой после пайки припоем на основе серебра при температуре 820°С. Прочность сцепления металлизации с керамикой, в сравнении с прототипом, существенно увеличилась.

Результаты измерений приведены в таблице 1.

Источники информации

1. Патент РФ №2154361 от 10.08.2000.

2. В.Н. Батыгин, И.И. Метелкин, A.M. Решетников. Вакуумно-плотная керамика и ее спаи с металлами. - М.: Энергия, 1973, с. 254-255.

3. Патент РФ №2528815 от 24.07.2014.

Паста для металлизации алюмонитридной керамики, включающая молибден и марганец, отличающаяся тем, что в состав пасты дополнительно введен тальк при следующих соотношениях компонентов (масс. доля), %:

Мо - 78-80

Mn - 5

Тальк - 15-17.