RU198076U1 - Теплоотвод из композита алюминий-карбид кремния - Google Patents
Теплоотвод из композита алюминий-карбид кремния Download PDFInfo
- Publication number
- RU198076U1 RU198076U1 RU2020105833U RU2020105833U RU198076U1 RU 198076 U1 RU198076 U1 RU 198076U1 RU 2020105833 U RU2020105833 U RU 2020105833U RU 2020105833 U RU2020105833 U RU 2020105833U RU 198076 U1 RU198076 U1 RU 198076U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- aluminum
- silicon carbide
- composite
- coated
- heat sink
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
- H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
Abstract
Полезная модель относится к области изготовления теплоотводов на основе композита алюминий-карбид кремния и может найти применение в электронной, электротехнической и радиотехнической промышленности, в частности, при производстве мощных широкозонных транзисторов.Техническим результатом полезной модели является создание теплоотвода из композита алюминий-карбид кремния с преимуществами бездефектной монтажной поверхности и высокой адгезии металлизации ко всем участкам поверхности композита. Указанный технический результат обеспечивается использованием в теплоотводе основания из композита алюминий-карбид кремния, по крайней мере, монтажная поверхность которого имеет покрытие, обеспечивающее монтаж пайкой активных и пассивных элементов полупроводниковых приборов, отличающийся тем, что монтажная поверхность основания из композита покрыта осаждённой в вакууме системой металлизации, адгезионный слой металла которой имеет величины теплосодержания ΔH образования карбида кремния и оксида алюминия менее отрицательные, чем величины ΔН образования соединений напыляемого металла с углеродом и кислородом. Предпочтителен титан в качестве адгезионного слоя, либо покрытие поверхности алюминием, осаждённым в вакууме. Покрытием, обеспечивающем монтаж активных и пассивных элементов полупроводниковых приборов может быть медь, никель, золото или совокупность указанных металлов. 2 з.п. ф-лы; 6 ил.
Description
Полезная модель относится к полупроводниковой электронике и может быть использована в составе СВЧ транзисторов на GaN и силовой электроники.
Известен теплоотвод из композиционного материала алмаз-алюминий, полученный инфильтрацией расплава металла в плотный слой частиц и с финишным покрытием теплоотвода химически осаждённым никелем (Фиг. 1) [Бондарь Д., Металлические и композитные теплопроводящие материалы для мощных полупроводниковых корпусов. Компоненты и технологии
2014. – №12, с. 158-159]. В данном техническом решении адгезия химически осаждённых слоёв никеля к частицам алмаза практически отсутствует. В местах выхода частиц алмаза на поверхность композита могут появляться непокрытые никелем пятна и точки, а также после нагрева возможны вздутия химически осаждённого покрытия, что может привести к локальным перегревам, например, транзисторных структур, смонтированных на теплоотводе из композита.
2014. – №12, с. 158-159]. В данном техническом решении адгезия химически осаждённых слоёв никеля к частицам алмаза практически отсутствует. В местах выхода частиц алмаза на поверхность композита могут появляться непокрытые никелем пятна и точки, а также после нагрева возможны вздутия химически осаждённого покрытия, что может привести к локальным перегревам, например, транзисторных структур, смонтированных на теплоотводе из композита.
Известен теплотвод из металломатричного композита AlSiC (Патент РФ №2544319, опубл. 20.03.2015 г.), имеющий сплошное и равномерное покрытие химически осаждённым никелем. К недостаткам данного теплоотвода можно отнести низкую адгезию химического никеля к карбиду кремния поскольку достаточно высокую адгезию металлизации к подобным SiC диэлектрикам можно получить при условии химического взаимодействия материала диэлектрика с осаждаемым металлом. Чтобы химическая реакция между осаждаемым металлом и материалом диэлектрика имела место, необходимо, чтобы она была возможной с точки зрения термодинамики [Третьяков Ю.Д. Твердофазные реакции / Ю.Д. Третьяков. – М.: Химия, 1978. – 359 с.]. Реакция между металлом и материалом диэлектрика термодинамически возможна в том случае, если величина изменения теплосодержания ΔH образования материала диэлектрика, менее отрицательна, чем величина ΔН образования соединения компонентов диэлектрика с напыляемого металла. При этом выделяется тепло. Теплота образования характеризует степень устойчивости соединения. Если при образовании соединения тепло выделяется, то соединение более устойчиво при механических и термических воздействиях. Только в этом случае металл будет отнимать углерод от карбида кремния и могут образовываться промежуточные фазовые слои. Поскольку ΔН образования Ni3C равная -9,2 ккал/моль·град менее отрицательна, чем ΔН образования SiC равная -26,7 ккал/моль·град тепло при образовании соединения не выделяется, и соединение при механических и термических воздействиях будет недостаточно устойчиво, т.е. соединение будет иметь недостаточную адгезию, и при нагревании могут появляться вздутия.
Наиболее близким аналогом, принятым за прототип предлагаемой полезной модели, является теплоотвод из металломатричного композита AlSiC с высоким (до 70%) содержанием SiC для полупроводниковых изделий силовой электроники, поверхность которого для соединения с другими элементами изделия с помощью пайки покрыта химическим никелем, обладающим хорошей паяемостью [Каблов Е.Н., Щетанов Б.В., Шавнев А.А. и др. Повышение надёжности IGBT модулей с применением металлического композиционного материала AiSiC// Экономика и управление в машиностроении. – 2011. – № 2. с. 49–52].
В данном техническом решении, как и в описанном выше, адгезия химически осаждённых слоёв никеля к частицам карбида кремния практически отсутствует. В местах выхода частиц карбида кремния на поверхность композита могут появляться непокрытые никелем пятна и точки, а также после нагрева возможны вздутия химически осаждённого покрытия, что может привести к локальным перегревам, например, транзисторных структур, смонтированных на теплоотводе из композита.
Техническим результатом полезной модели является создание теплоотвода из композита алюминий-карбид кремния, преимуществами которого являются бездефектная монтажная поверхность и высокая адгезия металлизации ко всем участкам поверхности композита.
Указанный технический результат обеспечивается использованием в теплоотводе основания из композита алюминий-карбид кремния, по крайней мере, монтажная поверхность которого имеет покрытие, обеспечивающее монтаж пайкой активных и пассивных элементов полупроводниковых приборов, отличающийся тем, что монтажная поверхность основания из композита покрыта осаждённой в вакууме системой металлизации, адгезионный слой металла которой имеет величины теплосодержания ΔH образования карбида кремния и оксида алюминия менее отрицательные, чем величины ΔН образования соединений напыляемого металла с углеродом и кислородом. Предпочтителен титан в качестве адгезионного слоя, либо покрытие поверхности алюминием, осаждённым в вакууме. Покрытием, обеспечивающем монтаж активных и пассивных элементов полупроводниковых приборов может быть медь, никель, золото или совокупность указанных металлов.
Сущность заявленной полезной модели поясняется в Фиг. 1, на которой представлен теплоотвод из композита алюминий-карбид кремния, состоящий из основания 1, представляющего собой основание из композита алюминий-карбид кремния. По крайней мере на монтажной поверхности размещена осаждённая в вакууме система металлизации со слоями титана 2, меди 3 и никеля 4. Первым, адгезионным слоем 2 системы является металл, имеющий величину теплосодержания ДН образования соединений напыляемого металла с углеродом и кислородом более отрицательную, чем величины ΔH образования карбида кремния и оксида алюминия. Такими металлами, например, могут быть титан и алюминий, соединения которых имеют следующие величины ΔН образования соединений: Al4C3 ΔH= -30,9; Al2SiO5 ΔH= -642,2; TiC ΔH = -54; Ti3O5 ΔH = -587 более отрицательные, чем у карбида кремния SiC ΔH= -26,7, в то время как у Ti3O5 ΔH = -587, более отрицательное, чем у оксида алюминия Al2O3 ΔH= -399,09 [Справочник химика, Т.1 ГНТИХЛ, Ленинград-Москва, 1962, с. 776-826].
При рассмотрении вопроса о выборе последующих слоёв целесообразно исходить из предположения, что каждый слой металла образует с предыдущим некоторую область взаимной растворимости. При этом при любых температурных взаимодействиях практически исключается быстрая диффузия металла первого слоя в подложке, что может уменьшить величину адгезии.
Поскольку осаждение в вакууме достаточно толстых слоёв металла является довольно трудоёмким и непроизводительным процессом, при выборе последующих слоёв следует использовать гальванопокрытия. Для этого пригодны медь, никель, золото, платина и другие металлы, не образующие прочных окисных плёнок, препятствующих электрохимическим процессам.
Если первый осаждённый в вакууме металл может хорошо поглощать водород, например, титан, то второе покрытие не должно обладать этим свойством. Такими металлами, например, являются медь и никель. Во многих случаях на поверхность никеля осаждают гальваническое золото, что облегчает сборку приборов.
Были собраны образцы теплоотводов с основанием из композита алюминий-карбид кремния толщиной 4 мм, содержащего 70% частиц карбида кремния с размерами 40-70 мкм. Фотография с 25-ти кратным увеличением фрагмента поверхности такого композита представлена на Фиг. 2.
Все образцы были покрыты химическим никелем толщиной 6 мкм. Поверхность первого образца была покрыта только химическим никелем. На втором образце монтажная поверхность была также покрыта осаждённой в вакууме системой металлизации титан-медь; на третьем образце – системой титан-никель; на четвёртом образце – системой титан-медь-никель. На пятом образце монтажная поверхность была покрыта осаждённым в вакууме алюминием.
Образцы были визуально осмотрены под микроскопом при шестнадцатикратном увеличении. На каждом образце припоем золото-германий были припаяны при температуре 420°С штырьки диаметром 1 мм по 10 штырьков на каждом образце.
После пайки образцы были визуально осмотрены под микроскопом. После осмотра была определена адгезия покрытия по усилию отрыва штырьков. Были получены следующие результаты:
- на первом образце, покрытом только химическим никелем, имелись непокрытые участки поверхности частиц карбида кремния, выходящие на монтажную поверхность теплоотвода. Фотография фрагмента поверхности с 12-ти кратным увеличением представлена на Фиг. 3; на 7% поверхности появились вздутия никеля. Фотография фрагмента поверхности с 50-ти кратным увеличением представлена на Фиг. 4; адгезия 7 штырьков составила 2,5-3 кг/мм2; адгезия 3 штырьков, припаянных в зоне нахождения зёрен карбида кремния, составила 0,3-0,5 кг/мм2;
- на втором образце с покрытием титан-медь непокрытые металлизацией участки отсутствовали (Фиг. 5). Осмотр поверхности проводили под микроскопом с 16-ти кратным увеличением. Адгезия всех 10 штырьков составила 2,5-4 кг/мм2. Вздутия металлизации отсутствовали.
- на третьем образце с покрытием титан-никель непокрытые металлизацией участки отсутствовали (Фиг. 5). Осмотр поверхности проводили под микроскопом с 16-ти кратным увеличением. Адгезия всех 10 штырьков составила 2,5-4 кг/мм2. Вздутия металлизации отсутствовали.
- на четвёртом образце с покрытием титан-медь-никель непокрытые металлизацией участки отсутствовали (Фиг. 5). Осмотр поверхности проводили под микроскопом с 16-ти кратным увеличением. Адгезия всех 10 штырьков составила 2,5-4 кг/мм2. Вздутия металлизации отсутствовали.
- на пятом образце с осаждённым в вакууме алюминием непокрытые металлизацией участки отсутствовали (Фиг. 5). Осмотр поверхности проводили под микроскопом с 16-ти кратным увеличением. Адгезия всех 10 штырьков составила 2,5-3 кг/мм2. Адгезия несколько ниже, чем у второго, третьего и четвёртого образцов, но также считается достаточно высокой. Вздутия металлизации отсутствовали.
На Фиг. 6 представлена фотография соответствующего полезной модели теплоотвода с финишным гальваническим золотым покрытием.
Список литературы:
1. Бондарь Д., Металлические и композитные теплопроводящие материалы для мощных полупроводниковых корпусов. Компоненты и технологии, 2014. – №12, с. 158-159
2. Третьяков Ю.Д. Твердофазные реакции / Ю.Д. Третьяков. – М.: Химия, 1978. – 359 с.
3. Каблов Е.Н., Щетанов Б.В., Шавнев А.А. и др. Повышение надёжности IGBT модулей с применением металлического композиционного материала AiSiC// Экономика и управление в машиностроении. – 2011. – № 2. с. 49–52
4. Справочник химика, Т.1 ГНТИХЛ, Ленинград-Москва, 1962. – с. 776-826
Claims (3)
1. Теплоотвод с основанием из композита алюминий-карбид кремния, по крайней мере, монтажная поверхность которого имеет покрытие, обеспечивающее монтаж пайкой активных и пассивных элементов полупроводниковых приборов, отличающийся тем, что монтажная поверхность основания из композита покрыта осаждённой в вакууме системой металлизации, адгезионный слой металла которой имеет величины теплосодержания ∆Н образования карбида кремния и оксида алюминия менее отрицательные, чем величины ∆Н образования соединений напыляемого металла с углеродом и кислородом.
2. Теплоотвод с основанием из композита алюминий-карбид кремния по п.1, отличающийся тем, что адгезионным слоем покрытия является титан, а покрытием, обеспечивающем монтаж активных и пассивных элементов полупроводниковых приборов является медь, никель, золото или совокупность указанных металлов.
3. Теплоотвод с основанием из композита алюминий-карбид кремния по п.1, отличающийся тем, что поверхность основания из композита покрыта осаждённым в вакууме алюминием.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020105833U RU198076U1 (ru) | 2020-02-07 | 2020-02-07 | Теплоотвод из композита алюминий-карбид кремния |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020105833U RU198076U1 (ru) | 2020-02-07 | 2020-02-07 | Теплоотвод из композита алюминий-карбид кремния |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU198076U1 true RU198076U1 (ru) | 2020-06-17 |
Family
ID=71095702
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020105833U RU198076U1 (ru) | 2020-02-07 | 2020-02-07 | Теплоотвод из композита алюминий-карбид кремния |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU198076U1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2384650C2 (ru) * | 2007-05-08 | 2010-03-20 | Белер Эдельшталь Гмбх | Инструмент с покрытием |
JP2016001747A (ja) * | 2010-04-23 | 2016-01-07 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 半導体装置の作製方法 |
RU2573252C2 (ru) * | 2012-04-27 | 2016-01-20 | Кэнон Кабусики Кайся | Электронный компонент и электронное устройство |
RU2580374C2 (ru) * | 2010-06-29 | 2016-04-10 | Дженерал Электрик Компани | Теплоотводы с с-образными коллекторами и милликанальным охлаждением |
-
2020
- 2020-02-07 RU RU2020105833U patent/RU198076U1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2384650C2 (ru) * | 2007-05-08 | 2010-03-20 | Белер Эдельшталь Гмбх | Инструмент с покрытием |
JP2016001747A (ja) * | 2010-04-23 | 2016-01-07 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 半導体装置の作製方法 |
RU2580374C2 (ru) * | 2010-06-29 | 2016-04-10 | Дженерал Электрик Компани | Теплоотводы с с-образными коллекторами и милликанальным охлаждением |
RU2573252C2 (ru) * | 2012-04-27 | 2016-01-20 | Кэнон Кабусики Кайся | Электронный компонент и электронное устройство |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20160014878A1 (en) | Thermal management circuit materials, method of manufacture thereof, and articles formed therefrom | |
US7170186B2 (en) | Laminated radiation member, power semiconductor apparatus, and method for producing the same | |
Chung | Materials for thermal conduction | |
US5820721A (en) | Manufacturing particles and articles having engineered properties | |
US4590095A (en) | Nickel coating diffusion bonded to metallized ceramic body and coating method | |
US20100147571A1 (en) | Component having a metalized ceramic base | |
WO1997004884A1 (en) | Manufacturing particles and articles having engineered properties | |
JPH0684546B2 (ja) | 電子部品 | |
US6056186A (en) | Method for bonding a ceramic to a metal with a copper-containing shim | |
RU198076U1 (ru) | Теплоотвод из композита алюминий-карбид кремния | |
JP3320336B2 (ja) | ヨウ化物を用いたcvdによるニッケルまたはニッケル合金の付着 | |
US4664942A (en) | Nickel diffusion bonded to metallized ceramic body and method | |
EP0282285A2 (en) | A method of metallization for a nitride ceramic member | |
US4407860A (en) | Process for producing an improved quality electrolessly deposited nickel layer | |
Terasaki et al. | Development of the interfacial microstructure between aluminum nitride and Cu–P–Sn–Ni brazing alloy for different initial titanium layer thicknesses | |
RU196004U1 (ru) | Теплоотвод из металломатричного композита алюминий-карбид-кремния | |
Vysikaylo et al. | Theoretical model of plasma metallization of ceramic heat sinks | |
KR101063576B1 (ko) | 다이아몬드 복합 방열기판 및 그 제조방법 | |
US6914330B2 (en) | Heat sink formed of diamond-containing composite material with a multilayer coating | |
CN112334239A (zh) | 陶瓷金属化基板与其的制备方法 | |
RU2140335C1 (ru) | Производство частиц и изделий с запроектированными свойствами | |
JPS58157963A (ja) | 高融点金属又は金属化合物から成る層の製造方法 | |
WO2023032748A1 (ja) | 放熱回路基板、放熱部材、及び放熱回路基板の製造方法 | |
KR102273696B1 (ko) | 계면접착력이 우수한 회로 기판 및 이의 제조방법 | |
JP3869160B2 (ja) | 複層セラミックスヒータおよびその製造方法 |