11.07.2018

Металлокерамические корпуса и материалы АО «ТЕСТПРИБОР» для изделий микроэлектроники

А. Максимов, Н. Василенков

Среди ключевых направлений деятельности АО «ТЕСТПРИБОР» (www.test-expert.ru) – разработка и производство металлокерамических корпусов, материалов и изделий для электронной промышленности. За последние несколько лет компания выполнила более 30 НИР и ОКР в области разработки металлокерамических корпусов для интегральных микросхем как гражданского, так и специального назначения. Номенклатура корпусов АО «ТЕСТПРИБОР» насчитывает более 70 наименований. Гибкость производства позволяет обеспечить как серийное, так и мелкосерийное и единичное производство. Рассмотрим основную номенклатуру корпусной продукции АО «ТЕСТПРИБОР» для интегральных микросхем, их конструктивное исполнение, технические характеристики, а также основные типы материалов и изделий для электронной промышленности, освоенные компанией в последнее время.

Металлизированные керамические платы

Металлизированные керамические платы предназначены для электрической изоляции конструкций, узлов и элементов различных электронных устройств, в качестве основных материалов (Таблица 1) применяются алюмооксидная керамика (Al2O3 92%, 96% или 99,6%) и алюмонитридная керамика (AlN). Керамические подложки могут иметь как одно или двухстороннюю сплошную металлизацию, так и топологический рисунок, сформированный в соответствии с техническими требованиями Заказчика. Для металлизации керамических плат в АО «ТЕСТПРИБОР» наиболее часто применяются 2 технологии:

  • Металлизация на основе толстопленочной технологии THICK-FILM (Рис. 1, б): представляет собой способ, при котором покрытие или проводящий топологический рисунок формируется трафаретным нанесением пасты с последующим вжиганием в защитной среде.
  • Металлизация на основе технологии STC (Рис. 1, в): технология STC используется АО «ТЕСТПРИБОР» для изготовления керамических плат на основе алюмооксидной керамики (Al2O3 96%) и алюмонитридной керамики (AlN) с металлизацией медью толщиной до 400 мкм с возможностью последующего формирования заданного топологического рисунка фотолитографическими методами

Металлокерамические корпуса для микросхем
Рис. 1. Металлизированная керамическая плата: а) нанесение металлизации методом трафаретной печати б) топологический рисунок сформирован по толстопленочной технологии, в) металлизация медью толщиной 350 мкм по технологии STC

Таблица 1 - Основные характеристики материалов керамических подложек металлизированных плат.

Характеристика

Ед. измерения

Значение

Al 2 O392%

Al 2 O396%

Al 2 O399,6%

AlN 98%

Цвет

-

Черный

Белый

Белый

Серый

Плотность

г/см 3

-

3,72

3,89

3,30

Влагопоглощение

%

0

0

0

0

Теплопроводность

Вт/(м·К)

14

28

29

180-220

КТЛР (20-1000°С)

10 -6 /°К

7,1

6,8-8,0

7,2-8,2

6,2

Диэлектрическая проницаемость (1 МГц)

-

9,8

9,0

9,75

Тангенс угла диэлектрических потерь (1 Мгц)

-

0,0024

0,0002

0,0001

0,0003

Напряжение пробоя

кВ/мм

15,0

25

15,0

Предел прочности при изгибе

МПа

400

300

400

260

Модуль упругости

ГПа

310

330

390

320

Прочность на сжатие

МПа

-

2100

-

-

Твердость

кг/мм 2

-

14÷15

-

1110

Удельное объемное электрическое сопротивление (20 °С)

Ом·см

-

10 13

-

10 15

Изделия из технической керамики на основе оксида алюминия

В соответствии с техническими требованиями заказчика АО «ТЕСТПРИБОР» выпускает керамические изоляторы с металлизацией, а также сложнопрофилированной формы (рис. 2, 3). Металлизированные боковые, торцевые и внутренние поверхности изоляторов обеспечивают вакуумплотные спаи с металлическими деталями твердыми припоями (Ag72Cu28) при температуре 800–850 °С.

Возможные варианты исполнения керамические изоляторов:

  • Покрытие металлизированных поверхностей:
    - Н2 (никель 2–7 мкм);
    - Н2 Зл.0,5 (никель 2–7 мкм, золото 0,5 мкм (макс.)).
  • Материал металлизированной поверхности: молибден-марганец (20–40 мкм).
  • Значения шероховатостей поверхности:
    - без дополнительной обработки Rа 2–5 мкм;
    - после обработки Rа < 1 мкм.

Керамический изолятор

Втулка керамическая

Рис. 2 Керамический изолятор.

Рис. 3 Втулка керамическая.

Изделия микроэлектроники со стеклянными изоляторами

Компания «ТЕСТПРИБОР» запустила собственную производственно-технологическую линию по выпуску изделий для электронной промышленности со стеклянными изоляторами. В настоящее время обеспечивается производство:

  • металлостеклянных корпусов для интегральных микросхем, полупроводниковых приборов, резонаторов, датчиков и т. д. (рис. 4 и 5);
  • проходных изоляторов;
  • герметизированных вводов для блоков радиоэлектронной аппаратуры, двигателей и т. д.

Нанесение гальванического покрытия на металлостеклянные корпуса

Корпус металлостеклянный для микоросхем типа ТО-5

Рис. 4 Нанесение гальванического покрытия на металлостеклянные корпуса типа ТО

Рис. 5 Корпус металлостеклянный типа ТО-5

Для групповой пайки и вжигания стеклянных изоляторов АО «ТЕСТПРИБОР» применяет нестандартную технологическую графитовую оснастку (рис. 6 и 7), для изготовления которой используется графит марок ТР-10 и ТР-808 (Таблица 2). Изначально созданные для применения в области космического приборостроения эти марки графита отличаются рядом преимуществ благодаря следующим особенностям Табл. 2):

  • рабочая температура до 2 000 °С;
  • высокая устойчивость к знакопеременным нагрузкам;
  • не менее 500 рабочих циклов нагрева и охлаждения;
  • полное отсутствие газовыделения;
  • небольшой коэффициент теплового линейного расширения.

Сборка изделий в графитовую оснастку

Графитовая технологическая оснастка для групповой пайки и вжигания стеклянных изоляторов

Рис. 6 Сборка изделий в графитовую оснастку

Рис. 7 Графитовая технологическая оснастка для групповой пайки и вжигания стеклянных изоляторов

Таблица 2 - Основные технические характеристики графита марок ТР-10 и ТР-808

Наименование характеристики и параметра

Единица измерения

Норма для марки графита

ТР-10

ТР-808

Плотность

г/см 3

1,75

1,77

Предел прочности при изгибе

МПа

58,8

50,0

Предел прочности при сжатии

МПа

98,0

120,0

Удельное электрическое сопротивление

мкОм*см

1400

1400

Теплопроводность

Вт/мК

104,4

80,0

ТКЛР

×10 -6 /о С

3,8

3,9

Модуль упругости

ГПа

10,8

10,5

Твердость

-

50,0

70,0

Зольность

%

0,01

0,02

Коэффициент пористости

%

15,0

13,0

Корпуса для интегральных микросхем (ИМС)

АО «ТЕСТПРИБОР» выпускает более 70 наименований корпусов следующих типов:

  • 2-й тип по ГОСТ Р 54844;
  • 4-й тип по ГОСТ Р 54844;
  • 5-й тип по ГОСТ Р 54844;
  • 6-й тип по ГОСТ Р 54844;
  • 8-й тип по ГОСТ Р 54844;
  • КТ по ГОСТ 18472.

Кроме того, в настоящее время компания выполняет опытно-конструкторские работы, в рамках которых разрабатываются 22 типа металлокерамических корпусов категории качества «ВП».

Корпуса 2 типа по ГОСТ Р 54844

Представлены корпусами, которые по своей сути являются уникальными. Корпуса МК 2103.8-А (Рис. 8) и МК 2134.16-А изготовлены по базовой технологии производства многослойных высокотемпературных отожженных керамических модулей, но за счет усовершенствования применяемых материалов обладают немагнитными свойствами и предназначены для производства микросистем анализа слабых магнитных полей, а Основание ФПЗС (Рис. 9) делает уникальным глубина монтажного колодца, которая равна 10,5 мм. Общие технические характеристики корпусов 2 типа представлены в Таблице 3.

Наименование параметра

МК 2103.8-А

МК 2134.16-А

Основание ФПЗС

Количество выводов

8

16

24

Шаг выводов, мм

2,54

2,54

2,50

Размер монтажной площадки, не менее, мм

17,56×4,10

7,55х4,65 и 9,15х4,65

22,9×14,9

Габаритные размеры тела корпуса, не более, мм

20,57×7,57×3,30

20,52х12,60х3,25

31,0×25,0×16,0

Глубина монтажного колодца, мм

0,65±0,10

0,65±0,15

10,5 -0,2

Корпуса 4 типа по ГОСТ Р 54844

В отдельную группу выделены корпуса для интегральных микросхем 4-го типа с количеством выводов 44, 68, 100, 144, 176, 208, 240, 256, 304, 352 и шагом выводов 0,5 мм (табл. 4). Эти изделия разрабатывались в несколько этапов.

На первом этапе были разработаны корпуса с количеством выводов 68 (МК 4239.68-1), 100 (МК 4247.100-1), 144 (МК 4248.144-1), 176 (МК 4249.176-1), 208 (МК 4250.208-1).

В целях расширения конструктивных и функциональных возможностей при производстве интегральных микросхем на втором этапе данный ряд изделий был дополнен планарными корпусами с количеством выводов 44 (МК 4217.44-1), 240 (МК 4245.240-7), 256 (МК 4244.256-4), 304 (МК 4251.304-2) и с максимальным для данного типа количеством выводов – 352 (МК 4254.352-2), конструктивное исполнение которых предполагает монтаж внешних выводов со стороны установочной плоскости корпуса, что позволяет:

  • повысить качество формовки выводов корпусов и уменьшить количество бракованных микросхем на финишных операциях изготовления, таких как обрубка технологической части выводной рамки и формовка выводов микросхем;
  • уменьшить длину выводов микросхем;
  • повысить уровень технологичности и уменьшить трудоемкость при монтаже микросхем на печатные платы.

Все эти преимущества проверены на практике применения корпусов с нижним расположением выводов, что подтверждается положительными отзывами предприятий – производителей изделий микроэлектроники. В связи с этим выполнен комплекс работ по созданию конструктивно функциональных аналогов корпусов МК 4239.68-1, МК 4247.100-1, МК 4248.144-1, МК 4249.176-1 и МК 4250.208-1 с нижним расположением выводов (рис. 9, 10).

К 4-му типу корпусов относятся также планарные металлокерамические корпуса с количеством выводов 64 (два варианта исполнения), 72, 108 (три варианта исполнения), 112, 240 (три варианта исполнения) и 256 (табл. 5).

Корпус микросхемы МК 4239.68-1 с верхним расположением выводов Корпус микросхемы МК 4239.68-2 с нижним расположением выводов

Рис.10 Корпус МК 4239.68-1 с верхним расположением выводов: вид сверху (а) и вид снизу (б)

Рис.11 Корпус МК 4239.68-2 с нижним расположением выводов: вид сверху (а) и вид снизу (б)

Таблица 4 – Основные технические характеристики конструктивно-унифицированного ряда металлокерамических корпусов с количеством выводов 44, 68, 100, 144, 176, 208, 240, 256, 304 и шагом выводов 0,5 мм.

Наименование параметра

МК 4217.44-1

МК 4239.68-1

МК 4239.68-2

Количество выводов

44

68

68

Количество контактных площадок

48

68

72

Шаг выводов, мм

0,5

0,5

0,5

Размер монтажной площадки, не менее, мм

5,4×5,4

7,5×7,5

7,5×7,5

Габаритные размеры тела корпуса, не более, мм

10,2×10,2×3,03

15,15×15,15×2,87

14,15×14,15×2,87

Глубина монтажного колодца, мм

0,50±0,05

0,50±0,05

0,50±0,05

Расположение выводов

Нижнее

Верхнее

Нижнее

Наименование параметра

МК 4247.100-1

МК 4247.100-3

МК 4248.144-1

Количество выводов

100

100

144

Количество контактных площадок

100

104

146

Шаг выводов, мм

0,5

0,5

0,5

Размер монтажной площадки, не менее, мм

9,0×9,0

9,0×9,0

12,5×12,5

Габаритные размеры тела корпуса, не более, мм

18,18×18,18×2,87

18,18×18,18×2,87

22,20×22,20×2,87

Глубина монтажного колодца, мм

0,50±0,05

0,50±0,05

0,50±0,05

Расположение выводов

Верхнее

Нижнее

Верхнее

Наименование параметра

МК 4248.144-3

МК 4249.176-1

МК 4249.176-2

Количество выводов

144

176

176

Количество контактных площадок

153

178

185

Шаг выводов, мм

0,5

0,5

0,5

Размер монтажной площадки, не менее, мм

12,5×12,5

12,0×12,0

12,0×12,0

Габаритные размеры тела корпуса, не более, мм

22,20×22,20×2,87

26,25×26,25×3,17

26,25×26,25×3,0

Глубина монтажного колодца, мм

0,50±0,05

0,50±0,05

0,50±0,05

Расположение выводов

Нижнее

Верхнее

Нижнее

Наименование параметра

МК 4250.208-1

МК 4250.208-2

МК 4245.240-7

Количество выводов

208

208

240

Количество контактных площадок

208

217

244

Шаг выводов, мм

0,5

0,5

0,5

Размер монтажной площадки, не менее, мм

13,0×13,0

13,0×13,0

13,0×13,0

Габаритные размеры тела корпуса, не более, мм

29,29×29,29×3,17

29,29×29,29×3,0

34,34×34,34×3,12

Глубина монтажного колодца, мм

0,50±0,05

0,50±0,05

0,50±0,05

Расположение выводов

Верхнее

Нижнее

Нижнее

Наименование параметра

МК 4244.256-4

МК 4251.304-2

МК 4254.352-1

Количество выводов

256

304

352

Количество контактных площадок

260

308

361

Шаг выводов, мм

0,5

0,5

0,5

Размер монтажной площадки, не менее, мм

17,0×17,0

17,0×17,0

19,0×19,0

Габаритные размеры тела корпуса, не более, мм

36,36×36,36×3,12

42,42×42,42×3,12

48,48×48,48×3,5

Глубина монтажного колодца, мм

0,50±0,05

0,50±0,05

0,50±0,05

Расположение выводов

Нижнее

Нижнее

Нижнее

Таблица 5 – Основные технические характеристики корпусов 4 типа по ГОСТ Р 54844.

Наименование параметра

МК 4165.64-1

МК 4164.64-1

МК 4150.72-А

Количество выводов

64

64

72

Количество контактных площадок

99

198

72

Шаг выводов, мм

0,5

1,0

0,508

Размер монтажной площадки, не менее, мм

14,3×10,4

2МП (14,7×10,2)

16,75×16,75

Габаритные размеры тела корпуса, не более, мм

20,2×20,2×4,1

40,40×20,20×4,93

27,27×27,27×4,20

Глубина монтажного колодца, мм

0,50±0,05

0,50±0,05

0,75±0,08

Наименование параметра

МК 4238.108-2

МК 4238.108-3

МК 4238.108-4

Количество выводов

108

108

108

Количество контактных площадок

108

108

108

Шаг выводов, мм

0,625

0,625

0,625

Размер монтажной площадки, не менее, мм

12,8×12,8

8,6×8,6

8,6×8,6

Габаритные размеры тела корпуса, не более, мм

22,22×22,22×2,90

22,22×22,22×2,90

22,22×22,22×2,90

Глубина монтажного колодца, мм

0,50±0,05

0,50±0,05

0,50±0,05

Наименование параметра

МК 4233.112-А

4156.132-А К

МК 4245.240-5

Количество выводов

112

132

240

Количество контактных площадок

112

332

240

Шаг выводов, мм

0,635

0,508

0,5

Размер монтажной площадки, не менее, мм

12,5×8,9

16,75х32,75

10,3×10,3

Габаритные размеры тела корпуса, не более, мм

26,95×26,95×3,07

38,38х27,27х6,2

34,33×34,33×4,21

Глубина монтажного колодца, мм

0,50 +0,1

0,75±0,08

0,762±0,08

Наименование параметра

МК 4245.240-6

МК 4245.240-6.01

МК 4244.256-3

Количество выводов

240

240

256

Количество контактных площадок

240

240

256

Шаг выводов, мм

0,5

0,5

0,5

Размер монтажной площадки, не менее, мм

12,8×12,8

12,8×12,8

13,85×12,85

Габаритные размеры тела корпуса, не более, мм

34,33×34,33×4,21

34,33×34,33×4,21

36,36×36,36×3,15

Глубина монтажного колодца, мм

0,762±0,08

0,762±0,08

0,50±0,05

Корпуса для интегральных микросхем 5 типа по ГОСТ Р 54844

К 5-му типу корпусов, выпускаемых АО «ТЕСТПРИБОР», относятся следующие изделия: МК 5119.16-А, МК 5121.20-А, МК 5161.24-А(Рис.12), МК 5123.28-1, МК 5123.28-1.01, МК 5125.40-1 (Рис. 13), МК 5142.48-А, МК 5142.48-В (Рис. 14), МК 5157.64-1 (Рис. 15) и МК 5163.64-1 ( табл. 6).

Рисунок 12 - Корпус для интегральных микросхем МК 5161.24-А

Рисунок 13 - Корпус для интегральных микросхем МК 5125.40-1

Рисунок 14 – Корпус для интегральных микросхем 5142.48-В

Рисунок 15 - Корпус для интегральных микросхем МК 5157.64-1

Таблица 6 – Основные технические характеристики корпусов 5 типа по ГОСТ Р 54844

Наименование параметра

МК 5119.16-А

МК 5121.20-А

МК 5161.24-А

МК 5123.28-1

МК 5123.28-1.01

Количество выводных площадок

16

20

24

28

28

Шаг выводных площадок, мм

1,27

1,27

2,54

0,7

0,7

Размер монтажной площадки, не менее, мм

3,91×3,91

4,78×4,78

13,25х13,25

3,90×3,90

3,90×3,90

Габаритные размеры тела корпуса, не более, мм

7,82×7,82×2,42

9,09×9,09×2,68

18,18х18,18х2,45

6,65×6,65×2,11

6,65×6,65×2,22

Глубина монтажного колодца, мм

0,508±0,05

0,635±0,05

0,50±0,05

0,40±0,05

0,50±0,06

Наименование параметра

МК 5125.40-1

МК 5142.48-А

МК 5142.48-В

МК 5157.64-1

МК 5163.64-1

Количество выводных площадок

40

48

48

64

64

Шаг выводных площадок, мм

0,5

1,016

1,016

0,5

0,7

Размер монтажной площадки, не менее, мм

4,4х4,4

7,47×7,47

5,37×4,37

5,98х5,98

10,4х10,4

Габаритные размеры тела корпуса, не более, мм

7,0х7,0х2,0

12,85×12,85×2,124

14,45×14,45×2,39

9,15х9,15х1,94

13,20х13,20х1,99

Глубина монтажного колодца, мм

0,50±0,05

0,508±0,05

0,508±0,06

0,50±0,05

0,50±0,05

Корпуса для интегральных микросхем 6 и 8 типов по ГОСТ Р 54844

В линейках 6-го и 8-го типов корпусов, выпускаемых АО «ТЕСТПРИБОР», представлены следующие изделия: МК 8306.144-1 (рис. 16), МК 8301.399-1, МК 6120.407-А, МК 8305.483-1, МК 8305.483-2 (Рис. 17), МК 6117.602-А (Рис. 18), МК 6117.602-D, МК 8304.624-1 и МК 8302.675-1 (табл. 7).

Корпус микросхемы МК 8306.144-1 Корпус микросхемы МК 8305.483-2 Корпус микросхемы МК 6117.602-A
Рисунок 16 - Корпус МК 8306.144-1 Рисунок 17 - Корпус МК 8305.483-2 Рисунок18 - Корпус МК 6117.602-A

Таблица 7 – Основные технические характеристики корпусов 6 и 8 типов по ГОСТ Р 54844.

Наименование параметра

МК 8306.144-1

МК 8301.399-1

МК 6120.407-А

Количество выводных площадок

144

399

407

Шаг матрицы выводных площадок, мм

1,0

1,0

1,27

Размер монтажной площадки, не менее, мм

7,9х7,9

11,2×11,2

13,85×13,85

Габаритные размеры тела корпуса, не более, мм

13,64х13,64х2,98

21,21×21,21×3,46

30,79×30,79×3,26

Глубина монтажного колодца, мм

0,60±0,06

0,60±0,06

0,60±0,06

Наименование параметра

МК8305.483-1

МК8305.483-2

МК 6117.602-А

Количество выводных площадок

483

483

602

Шаг матрицы выводных площадок, мм

1,0

1,0

1338

Размер монтажной площадки, не менее, мм

10,8×10,8

12,0х12,0

1’-12,3х12,3
2’-9,75х8,65
3’-9,75х8,65

Габаритные размеры тела корпуса, не более, мм

23,23×23,23×3,50

23,23х23,23х3,52

41,71х41,71х4,52

Глубина монтажного колодца, мм

0,75±0,08

0,60±0,05

0,75±0,08

Наименование параметра

МК 6117.602-D

МК 8304.624-1

МК 8302.675-1

Количество выводных площадок

602

624

675

Шаг матрицы выводных площадок, мм

1,27

1,0

1,0

Размер монтажной площадки, не менее, мм

12,3х12,3

18,71×18,71

15,7×13,5

Габаритные размеры тела корпуса, не более, мм

35,35х35,35х4,47

28,20×28,20×4,34

27,27×27,27×3,51

Глубина монтажного колодца, мм

0,75±0,08

0,75±0,08

0,60±0,06

Корпуса для мощных дискретных полупроводниковых приборов

Кроме корпусов для интегральных цифровых и аналоговых микросхем, АО «ТЕСТПРИБОР» развивает направление корпусов для мощных дискретных полупроводниковых приборов. В настоящее время компания завершила ряд работ, целями которых были разработка и освоение промышленного производства серии корпусов типов КТ (рис. 19) и SMD (рис. 20) категории качества «ВП», соответствующих требованиям ГОСТ РВ 20.39.412-97, ГОСТ РВ 5901-004-2010 и ГОСТ Р 57439-2017, с улучшенными показателями теплопроводности оснований. (табл. 8) При проектировании корпусов для мощных дискретных полупроводниковых приборов особое внимание следует уделять выбору материала теплоотвода, посколькуспособность сохранять заданные параметры в течение всего срока эксплуатации.

Основание корпуса МК КТ-28В-1 Основание корпуса МК КТ-43G-1 Основание корпуса МК КТ-98A-1 Основание корпуса МК КТ-99C-2 Основание корпуса МК КТ-105-3
Основание корпуса МК КТ-28В-1 Основание корпуса МК КТ-43G-1 Основание корпуса МК КТ-98A-1 Основание корпуса МК КТ-99C-2 Основание корпуса МК КТ-105-3

Рисунок 19 – Серия корпусов типа КТ

Основание корпуса МК КТ-93-3 Основание корпуса МК КТ-94-5 Основание корпуса МК КТ-95-3 Основание корпуса МК КТ-106-2
Основание корпуса МК КТ-93-3 Основание корпуса МК КТ-94-5 Основание корпуса МК КТ-95-3 Основание корпуса МК КТ-106-2

Рисунок 20 – Серия корпусов типа SMD

Таблица 8 – Основные технические характеристики корпусов типа КТ.

Наименование параметра

МК КТ-28В-1

МК КТ-43G-1

МК КТ-98A-1

МК КТ-99C-2

МК КТ-105-3

Количество выводных площадок

3

3

3

3

3

Шаг выводов, мм

2,54

5,08

0,85

1,50

5,08

Размер монтажной площадки, не менее, мм

5,0х6,1

10,0х9,0

0,8х0,8

0,8х0,8

13,0х13,0

Габаритные размеры тела корпуса, не более, мм

10,70х19,05х3,97

24,90х15,90х5,07

3,10х3,40х1,26

4,60х4,25х1,47

32,80х23,60х5,07

Глубина монтажного колодца, мм

0,35±0,05

0,95±0,10

0,30±0,05

0,40±0,05

0,95±0,05

Наименование параметра

МК КТ-93-3

МК КТ-94-5

МК КТ-95-3

МК КТ-106-2

Количество выводных площадок

3

3

3

3

Количество контактных площадок

2

2

2

2

Размер монтажной площадки корпуса, не менее, мм

3,6х5,0

8,33х8,33

9,28х9,28

13,0х13,0

Габаритные размеры тела корпуса, не более, мм

10,20х7,60х3,00

15,93х11,50х3,42

17,60х13,40х2,82

23,60х20,00х3,17

Глубина монтажного колодца, мм

0,55±0,05

1,30±0,15

0,55±0,05

0,50±0,05

Достаточно много материалов отличаются хорошими показателями теплопроводности, однако многие из них невозможно применять в конструкции корпуса из-за несовместимости физико-механических свойств с керамикой. В табл. 9 приведены основные свойства материалов, которые наиболее часто используются для изготовления теплопроводящих подложек в электронной промышленности. Из перечня материалов, представленных в таблице, самое широкое применение в конструкции корпусов нашли молибдено-медные и вольфрам-медные псевдосплавы.

Таблица 9 – Основные физико-механические свойства теплопроводящих материалов.

Тип материала

Наименование материала

Состав

ТКЛР (10 -6о С -1 )

Теплопроводность Вт/(м×К)

Удельный вес, г/см 3

0-100 о С

100-400 о С

400-800 о С

25 о С

100 о С

Металл

W

4,6

-

4,7

167

159

19,3

Mo

5,2

-

5,7

142

138

10,2

Cu

17,1

-

19,4

394

-

8,93

Al

24,3

26,5

-

238

-

2,7

WCu

W94Cu6

5,9

6,0

6,4

141

137

17,6

W89Cu11

6,5

7,1

7,9

174

167

17

W85Cu15

7,0

7,4

8,6

184

178

16,4

W80Cu20

7,9

8,6

9,8

200

197

15,65

MoCu

Mo85Cu15

6,8

7,3

7,6

148

144

10,01

Mo70Cu30

7,7

7,6

7,5

195

190

9,8

Mo65Cu35

8,2

8,1

7,8

210

205

9,7

Mo60Cu40

8,8

8,5

8,2

220

215

9,6

Mo40Cu60

11,5

10,8

10,5

275

268

9,4

Cu/PCM/Cu

7,7

7,8

7,6

200

195

9,5

Cu/PCM/Cu

10,6

8,8

8,4

235

230

9,3

Cu/PCM/Cu

11,6

9,5

9,8

260

-

9,2

Cu/PCM/Cu

14,4

11,5

12,1

300

-

-

Cu/PCM/Cu

13,8

11,5

12,1

300

-

9,1

Керамика

AlN

-

4,5

-

200

180

3,26

Металло-керамика

Al-SiC

SiC70Al30

8,0

-

-

140

-

2,6

SiC65Al35

9,0

-

-

130

-

2,6

SiC45Al55

14,0

-

-

160

-

2,6

Графит

TPG

-1

-

-

1700

1500

2,3

Медь-графит

8,3

-

-

370

-

5,0

Например, сплав WCu представляет собой комбинацию вольфрама (W) с низким значением ТКЛР и меди (Cu), которая отличается высокой теплопроводностью. Значение ТКЛР сплава WCu, в зависимости от процентного содержания в нем вольфрама и меди, может быть подобрано таким образом, чтобы оно соответствовало значениям ТКЛР алюмооксидной керамики и ковара. Кроме того, данный материал хорошо обрабатывается, из него можно изготавливать детали сложной формы.

В настоящее время псевдосплавы WCu и MoCu – основные коммерческие материалы для изготовления теплоотводов корпусов как для полупроводниковых приборов, так и для ИМС.

Теплопроводность структур теплоотводов на основе «слоистых композитов» Сu / MoCu / Cu и Сu / WCu / Cu (рис. 21) почти в 1,5 раза больше по сравнению с типовыми значениями теплопроводности материалов WCu и MoCu, однако и стоимость их более высокая. Графитовый материал TPG отличается превосходными теплопроводящими свойствами и его применение в структурах теплоотводов (один из вариантов реализации приведен на рис. 22) позволяет снизить тепловое сопротивление переход-корпус более чем на 30%. Однако массовое промышленное применение этого перспективного материала ограничивается из-за сложности технологического процесса производства и высокой стоимости.

Пример структуры теплоотвода на основе «Слоистых композитов»
Рисунок 21 – Пример структуры теплоотвода на основе «Слоистых композитов».

Пример структуры теплоотвода с графитовой вставкой
Рисунок 22 – Пример структуры теплоотвода с графитовой вставкой.

Следует отметить также относительно недавно появившийся на рынке материал Al-SiC, который представляет собой спеченный теплопроводящий материал, удельный вес которого в три раза меньше Cu, а значение теплопроводности составляет 160 Вт / (м • К). Показатель ТКЛР этого материала определяется процентным соотношением Al и SiC, однако его применение ограничено из-за ряда недостатков.

В качестве перспективного материала, оптимально подходящего для решения задач повышения теплопроводности оснований корпусов для мощных дискретных полупроводниковых приборов, можно рассматривать новый композиционный материал медь-графит (Cu-Graphite). Его теплопроводность близка к теплопроводности чистой меди – 370 Вт / (м • К), а удельный вес (5,0 г / см3) в два раза меньше меди и более чем в три раза меньше сплава W85Cu15.

Гальваническое производство

В целях обеспечения непрерывного технологического цикла производства корпусов и металлизированных керамических подложек для изделий микроэлектроники АО «ТЕСТПРИБОР» был создан и введен в эксплуатацию участок гальванических покрытий (Рисунок 23). В настоящее время кроме обеспечения собственного производства на рынке производства микроэлектроники АО «ТЕСТПРИБОР» предлагает услуги по химическому никелированию (толщиной до 11 мкм), химическому золочению (до 0,5мкм) и гальваническому золочению (до 3 мкм) металлизированных поверхностей и поверхностей металлических деталей изделий микроэлектроники

Гальваническое производство АО ТЕСТПРИБОР

Рис. 23 Участок гальванических покрытий.