Металлизационная паста и способ металлизации алюмонитридной керамики


 


Владельцы патента RU 2528815:

Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Пульсар" (RU)

Изобретение относится к области электронной техники, в частности металлизации алюмонитридной керамики с высокой теплопроводностью для электронных приборов с высокой рассеиваемой мощностью. Изобретение позволяет получать металлизированные изделия из алюмонитридной керамики с повышенной адгезией металлизации к керамике и пригодные для высокотемпературной пайки в среде водорода. Состав металлизационной пасты включает компоненты в следующих соотношениях, масс. доля, %: молибден - 78-80, марганец - 5, оксид кремния - 10-15, оксид магния - 5. Процесс металлизации включает предварительную термообработку керамики на воздухе при температуре 800-1200°C, нанесение пасты на поверхность керамики, вжигание металлизации при температуре 1340-1380°C в среде водорода с точкой росы +10-+20°C. 2 н.п. ф-лы, 1 пр., 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 (AlN) керамика. При этом особенное внимание уделяется решению вопросов, связанных с ее металлизацией. Безуспешными оказались попытки металлизировать AlN керамику известными пастами для металлизации алюмооксидной керамики.

Известен способ металлизации алюмонитридной керамики (1), согласно которому с помощью эвтектики оксид алюминия-медь непосредственно на поверхность AlN керамики наносят слой меди. Однако данный процесс пригоден только для металлизации пластин. Также в этом процессе формируется сплошное покрытие без формирования топологического рисунка металлизации. Для получения топологического рисунка металлизации необходимо проводить последующее фотолитографическое травление. Кроме того, изделия, получаемые таким способом, не допускают высокотемпературную пайку в среде водорода из-за восстановления адгезионного эвтектического слоя.

В известном способе металлизации (2) 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°C. Однако данный процесс пригоден только для металлизации сырых, не спеченных керамических изделий и не предназначен для металлизации спеченных пластин, отшлифованных в размер.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является металлизационная паста (3), предназначенная для металлизации алюмонитридной керамики, включающая (мас.ч. из 100 мас.ч.) молибден 90, марганец 5 и SiO2 5. Пасту наносят на алюмонитридную керамику и обжигают при 1200-1400°C в неокислительной среде.

Данный состав пасты практически не может создавать с керамикой из нитрида алюминия переходный адгезионный слой. Данную пасту можно использовать для металлизации алюмооксидной керамики. При обжиге пасты в неокислительной среде также нельзя получить качественного металлизационного покрытия, поскольку вжигание металлизирующих покрытий, основными компонентами которых являются тугоплавкие металлы, проводятся в увлажненной газовой среде. 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 200 кг/см2 и более.

Техническим результатом настоящего изобретения является создание высокопроизводительного способа получения металлизированной пастой AlN керамики с повышенным значением адгезии металлизации к керамике и допускающей высокотемпературную пайку в среде водорода.

Технический результат, обеспечиваемый изобретением, достигается тем, что в состав пасты для металлизации алюмонитридной керамики, включающий молибден, марганец и оксид кремния, дополнительно введен оксид магния при следующих соотношениях компонентов мас.доля, %:

Mo - 78-80

Mn - 5

SiO2 - 10-15

MgO - 5

В заявляемом способе металлизации алюмонитридной керамики составом пасты, включающим молибден, марганец, оксид кремния и оксид магния при следующих соотношениях компонентов, мас.доля, %: Mo - 78-80; SiO2 - 10-15; MgO - 5, перед нанесением пасты на AlN керамику, керамику предварительно термообрабатывают на воздухе при температуре 800-1200°C, а вжигание металлизации проводят при температуре 1340-1380°C в среде, содержащей водород с точкой росы +10-+20°C.

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

Металлизированная пастой аплюмонитридная керамика, допускающая высокотемпературную пайку в среде водорода, получена благодаря введению в состав пасты новых компонентов, а именно марганца, оксидов кремния и магния в заявленных соотношениях, которые в комплексе организуют устойчивый к среде водорода переходной слой между AlN керамикой и электропроводящим слоем металлизации, обеспечивающий повышенную адгезию металлизации к керамике.

Введение в состав материала более высокого количества марганца, оксидов кремния и магния по сравнению с заявленным соотношением (мас.доля, %: Mn - 5, SiO2 - 10-15, MgO - 5) не приводит к повышению адгезии металлизации к AlN керамике, но снижает электропроводность металлизации.

Достижению технического результата также способствует то, что в заявленном способе металлизации алюмонитридной керамики предложенным составом пасты керамику предварительно термообрабатывают на воздухе при температуре 800-1200°C, а вжигание металлизации проводят при температуре 1340-1380°C в увлажненной среде водорода и азота с точкой росы +10-+20°C.

Предварительная термообработка керамики на воздухе при температуре 800-1200°C и вжигание металлизации при температуре 1340-1380°C в увлажненной среде водорода с точкой росы +10-+20°C способствуют формированию устойчивого к среде водорода переходного слоя между AlN керамикой и электропроводящим слоем металлизации, обеспечивающего повышенную адгезию металлизации к керамике. При этом практически отсутствует коррозия AlN керамики, которая представляет собой рыхлый оксид алюминия и становится заметной при температуре вжигания в среде водорода выше 1400°C при неконтролируемом присутствии влаги.

Нагрев до температуры ниже 1340°C не приводит к формированию переходного слоя между AlN керамикой и электропроводящим слоем металлизации, обеспечивающего повышенную адгезию металлизации к керамике. Нагрев до температуры выше 1380°C приводит к заметной коррозии AlN керамики. Вжигание металлизации при температуре 1340-1380°C в водороде с точкой росы, превышающей +20°C, также приводит к заметной коррозии AlN керамики.

Тем самым, новая совокупность признаков позволяет сделать заключение о соответствии заявленного технического решения критерию «изобретательский уровень».

Пример. Пасту получали смешиванием порошков из материалов с составами, приведенными в таблице. Порошки смешивали в шаровой мельнице. За основу связки использовали поливинилбутираль с терпиниолом. Затем пасту наносили через сеткотрафарет на предварительно термообработанные пластины из AlN керамики, подсушивали на воздухе и помещали в высокотемпературную толкательную печь. Вжигание металлизации проводили при температурах в зонах максимального нагрева 1340-1380°C в течение 60 минут. При этом в печь подавали водород с точкой росы +10-+20°C.

На полученных образцах были замерены величины прочности сцепления металлизации с керамикой после пайки припоем на основе серебра при температуре 820°C. Величины прочности сцепления металлизации с керамикой после пайки при температуре 820°C в сравнении с прототипом существенно увеличились.

Результаты измерений приведены в таблице.

Источники информации

1. Патент США №5165983, кл. H05B 3/10, 24.11.1992.

2. Патент РФ №2154361, кл. H05B 3/10, H01C 17/00, 10.08.2000.

3. Патент Японии 50-075208, Кл. C04B 41/88, опубл. 20.06.1975, реф.

1. Металлизационная паста для алюмонитридной керамики, включающая молибден, марганец и оксид кремния, отличающаяся тем, что в состав пасты дополнительно введен оксид магния при следующих соотношениях компонентов, масс. доля, %:
Mo - 78-80
Mn - 5
SiO2 - 10-15
MgO - 5

2. Способ металлизации алюмонитридной керамики, включающий предварительную термообработку керамики на воздухе при температуре 800-1200°C, нанесение металлизационной пасты на поверхность керамики и вжигание металлизации в среде водорода, отличающийся тем, что металлизационная паста имеет следующие соотношения компонентов, масс. доля, %: Mo - 78-80; Mn - 5; SiO2 - 10-15 и MgO - 5, а вжигание металлизации проводят при температуре 1340-1380°C в среде, содержащей водород с точкой росы +10-+20°C.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области получения материалов, пригодных для формирования высокотемпературных эрозионно-стойких защитных покрытий на особожаропрочные конструкционные материалы (углерод-углеродные и углерод-керамические композиционные материалы, графиты, сплавы на основе тугоплавких металлов), широко применяемые в авиакосмической, ракетной и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к производству изделий из композиционных материалов (КМ) с металлической и карбидно-металлической матрицами, а также из керметов. .

Изобретение относится к нанесению металлических покрытий на керамические изделия и может применяться в электронной, электротехнической и радиотехнической промышленности.
Изобретение относится к металлокерамическому композиционному материалу и способу изготовления композиционного материала или детали из него и может быть использовано для получения тормозного диска, фрикционного элемента или элемента уплотнения.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к изготовлению варистора. .
Изобретение относится к составам паст для металлизации керамики, используемой, например, в производстве электровакуумных приборов. .
Изобретение относится к области газофазной металлургии, в частности к получению композиционных металлокерамических материалов. .

Изобретение относится к области электронно-лучевой обработки материалов и может найти применение при изготовлении изделий на основе керамических материалов в инструментальной промышленности.
Изобретение относится к химии и металлургии, а именно к пастам для металлизации диэлектрических материалов и изделий из них, и может быть использовано в радиотехнике, приборостроении, атомной и других областях техники, где могут быть использованы изделия на основе диэлектрических материалов, прежде всего, в технике СВЧ.

Изобретение относится к технологии приготовления пасты для металлизации керамики и может быть использовано для формирования токопроводящих покрытий на керамике в электронной промышленности и других отраслях народного хозяйства.

Изобретение относится к производству изделий из композиционных материалов с карбидно-металлической матрицей, получаемых методом объемного металлирования. Способ изготовления изделий из композиционных материалов на основе матрицы из карбидов металлов включает изготовление заготовки из пористого углеродсодержащего материала с низкой плотностью и высокой открытой пористостью и ее металлирование паро-жидкофазным методом. Введение в поры материала заготовки металла осуществляют порционно за 2 или более приема, чередуя его с порционным введением углерода путем пропитки коксообразующим связующим с последующим его отверждением и карбонизацией. Для введения ограниченного количества металла в поры углеродсодержащего материала на промежуточных стадиях металлирования размещают заготовку и тигли с металлом в замкнутом объеме реторты, нагревают в вакууме в парах металла, выдерживают при максимальной температуре карбидизации металла и охлаждают. Нагрев заготовки и изотермическую выдержку при температуре выше температуры испарения, но ниже максимальной температуры карбидизации металла проводят при перепаде температур между парами металла и металлируемой заготовкой с меньшей температурой на последней, последующий за ней нагрев и изотермическую выдержку при максимальной температуре карбидизации металла - в отсутствии перепада температур, а охлаждение - с обратным перепадом температур или в отсутствии паров металла, при этом чем меньше требуется ввести в поры материала заготовки металла, тем меньшую температуру устанавливают на заготовке и/или тем меньший перепад температур создают между заготовкой и парами металла и/или тем меньшее время задают на изотермической выдержке, и наоборот. Технический результат изобретения - повышение прочности и окислительной стойкости композиционных материалов. 2 н.п. ф-лы, 2 табл.

Настоящее изобретение относится к монолитному керамическому телу с периферийной областью из смешанного оксида и металлической поверхностью и может быть использовано в качестве имплантата или защитного средства для людей, транспортных средств, зданий или космических аппаратов. Керамическое тело содержит оксид первого металла (I) (предпочтительно циркония или алюминия), периферийную область из смешанного оксида, которая содержит оксид первого металла (I) и второго металла (II), обладающего высоким сродством к кислороду (предпочтительно титана), и металлическую поверхность из металла (II) на периферийной области из смешанного оксида. Периферийная область из смешанного оксида содержит непрерывный концентрационный градиент первого металла (I), начиная от 100% в сердцевине и до 0% в переходной области к металлической поверхности керамического тела, и непрерывный концентрационный градиент второго металла (II) в обратном направлении, в пересчете на общее содержание металлов (I+II). Содержание кислорода в периферийной области из смешанного оксида остается постоянным, а монолитная структура керамического тела не содержит границ раздела фаз. Керамическое тело получают методом ионной имплантации металла (II) в керамическое тело, состоящее из оксида металла (I). Технический результат изобретения - увеличение срока службы и работоспособности изделий. 5 н. и 18 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано для электронных приборов большой мощности. Сущность изобретения заключается в том, что перед операциями металлизации алюмонитридной керамики проводят предварительную термообработку керамики в перегретых парах воды при температуре в пределах 400-600°C с последующими процессами нанесения металлизационной пасты на поверхность керамики методом сеткографии и вжигания пасты. Изобретение позволяет создать высокопроизводительный способ металлизации алюмонитридной керамики с повышенной разрешающей способностью топологического рисунка металлизации. 1 табл.
Наверх