МЕТАЛЛИЗАЦИЯ СИСТЕМОЙ Ti-Cu МЕТАЛЛОМАТРИЧНОГО КОМПОЗИТА AlSiC
Аннотация
Одним из условий надежности полупроводникового прибора служит качественная металлизация поверхности корпуса прибора для осуществления монтажа кристалла на нее. Существует несколько технологий металлизации металломатричного композита на основе алюминия и карбида кремния с использованием химического и гальванического осаждения никеля, однако данные технологии не дает качественной адгезии слоя металлизации к поверхности металломатричного композита, что затрудняет процесс монтажа полупроводникового кристалла. В статье представлены результаты разработки технологии металлизации корпуса полупроводникового прибора, изготовленного из металломатричного композита на основе алюминия и карбида кремния, при помощи вакуумного осаждения титана и меди. Данная технология используется при изготовлении корпусов из металломатричного композита для последующего монтажа кристаллов на основе широкозонных материалов. Были собраны образцы теплоотводов с основанием из металломатричного композита алюминий-карбид кремния толщиной 4 мм, содержащего 70% частиц карбида кремния. Поверхность образцов была покрыта осажденной в вакууме системой металлизации титан-медь исходя из того, что химическая реакция между осаждаемым металлом и материалом диэлектрика имеет место, если она возможна с точки зрения термодинамики. Были проведены исследования температурного режима осаждения, в результате которых выбран тепловой режим осаждения 300 °С. На покрытых образцах были проведены исследования качества полученного покрытия при помощи электронной микроскопии, а также проведена проверка прочности паянного соединения, позволяющая оценить величину прочности адгезии слоя металлизации к композиту. Значение величины адгезии слоя металлизации по разработанной технологии обеспечивает проведение монтажа полупроводниковых кристаллов к корпусу полупроводникового прибора.
Литература
Komiak. J.J. GaN HEMT: Dominant Force in HighFrequency Solid-State Power Amplifiers. Eng. IEEE
Microwave Magazine. 2015. 16(3). P. 97-105. DOI: 10.1109/MMM.2014.2385303.
Quay R. Gallium Nitride Electronics. М.: Tekhnosfera. 2011. 587 p. (in Russian).
Meneghesso G., Meneghini M. Reliability issues of Gallium Nitride High Electron Mobility Transistors. Internat. J. Microwave and Wireless Technol. 2010. 2(01). P. 39-50. DOI: 10.1017/S1759078710000097.
Danqiong H., Bilbro G., Trew R.J. Analytic Model for Conduction Current in AlGaN/GaN HFETs/HEMTs. Active and Passive Electron. Comps. 2012. P. 2-11. DOI: 10.1155/2012/806253.
Kharkovsky S., Zoughi R. Microwave and millimeter wave nondestructive testing and evaluation - Overview and
recent advances. IEEE Instrum. Measur. Magazine. 2007. V. 10. Iss. 2. P. 26-38. DOI: 10.1109/MIM.2007.364985.
Wu Y., Moore M., Saxler A., Wisleder T., Parikh P. 40- W/mm Double Field-plated GaN HEMTs. In: Proc. Device
Research Conf. 2006. P. 151–152.
Isaak R., Diaz J., Gerlach M., Hulse J., Schlesinger L. The First 0.2μm 6-Inch GaN-on-SiC MMIC process. In:
Proc. CS MANTECH Conf. Denver. 2014. CO. May 19–22.
Kikuchi K., Nishihara M., Yamamoto H., Yamamoto T., Mizuno S., Yamaki F., Sano S. An 8.5–10.0 GHz 310 W
GaN HEMT for radar applications. In: IEEE MTT-S Int. Microwave Symp. Dig. 2014. P. 1–4.
Iwayama I., Kuwabara T., Nakai Y., Ikeda T., Koyama S., Okamoto M. New Heat Sink for Railroad Vehicle Power Modules. Sei Tech. Rev. 2014. N 78. P. 10-67.
Occhionero M.A., Hay R.A., Adams R.W., Fennessy K.P. Aluminium Silicon Carbide (AlSiC) for Cost-Effective Thermal Management and Functional Microelectric Packaging Design Solutions. 12th European Microelectronics and Packaging Conference. 1999. P. 10-04.
Nishchev K.N., Novopoltsev M.I. The Uniformal Metallization of the AlSiC Metal Matrix Composite Material Surface. J. Surf. Eng. Mater. Adv. Technol. 2014. 04(04). P. 237-241. DOI: 10.4236/jsemat.2014.44026.
Kablov E.N. Manufacturing, Properties and Use of Heatsink Bases from MCM Al-SiC in Power Electronics
and Convertor Technology. Aviat. Mater. Technols. 2012. 2. P. 20-23.
Mikheev R.S. Aluminum matrix composite materials with carbide hardening for solving problems of new technology. М.: Maska. 2013. 356 p. (in Russian).
Molina J. M., Rheme M., Carron. J., Weber L. Thermal conductivity of aluminium matrix composites reinforced
with mixtures of diamond and SiC particles. Scripta Materialia. 2008. 58(5). P. 393 – 396. DOI: 10.1016/ j.scriptamat.2007.10.020.
Neelima D.C., Mahesh V., Selvaraj N. Mechanical characterization of Aluminium silicon carbide composite. Internat. J. Appl. Eng. Res. 2011. 1 (4). P. 793-799.
Singla M., Dwivedi D., Singh L., Chawla V. Development of aluminium based silicon carbide particulate
metal matrix composite. J. Minerals & Materials Characterization & Engineering. 2009. 8 (6). P. 455-467.
DOI: 10.4236/jmmce.2009.86040.
Singh R., Singla E. Tribological characterization of aluminium-silicon carbide composite prepared by mechanical alloying. Int. J. Applied Engineering Research. 2012. 7 (11). P. 1420-1423.
Su Y., Ouyang Q., Zhang W., Li Zh., Guo Q., Fan G. Composite structure modeling and mechanical behavior of
particle reinforced metal matrix composites. Materials Science and Engineering: A. 2014. V. 597. P. 359–369. DOI:
1016/j.msea.2014.01.024.
Loto R.T. Investigation of the influence of SiC content and particle size variation on the corrosion resistance of Al-SiC matrix composite in neutral chloride solution. Internat. J. Adv. Manufact. Technol. 2019. 101(3). P. 2407–2413. DOI: 10.1007/s00170-018-3137-9.
K. Raju Spray forming of aluminium alloys and its composites: an overview. J. Mater. Sci. 2008. N 43. P. 2509-2521. DOI: 10.1007/s10853-008-2464-x.
Nishchev K., Novopoltsev M., Beglov V. The effect of heat treatment on adhesive strength of metal coating on the surface of alsic metal-matrix composite. Izv.Vuzov. Povolzh.
Reg. Fiz. Matem.Nauki. 2019. N 2 (50). P. 98-110 (in Russian). DOI: 10.21685/2072-3040-2019-2-9.
Lee J.C. Control of the interface in SiC/Al composites. Scripta Materialia. 1999. V. 41. N 8. P. 895 – 900. DOI:
1016/S1359-6462(99)00227-4.
Carim A.H. SiC/Аl4C3 interfaces in aluminum - silicon carbide composites. Mater. Lett. 1991. N12. P. 153-157.
DOI: 10.1016/0167-577X(91)90164-2.
Chernyshova Т.А. Interaction of metal melts with reinforcing fillers. М.: Nauka. 1993. 272 p. (in Russian).
