Розробка високотеплопровідних підкладок багатокристальних мікрозбірок для роботи в екстремальних умовах - Автореферат

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ “КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ” Робота виконана на кафедрі мікроелектроніки Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут», Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України, та у відділі високотемпературних діелектричних та резистивних матеріалів Інституту проблем матеріалознавства ім. Науковий керівник доктор технічних наук, професор Петровський Віталій Ярославович, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут», професор кафедри мікроелектроніки.До ізолюючих матеріалів підкладки МСМ висувають такі ж вимоги, як і до підкладок гібридних інтегральних мікросхем: високий ізоляційний опір, низька діелектрична проникність і низький тангенс кута діелектричних втрат, висока діелектрична міцність для забезпечення якісної електричної ізоляції мікросхеми, як на постійному струмі, так і в широкому діапазоні частот, висока механічна міцність на згин, стійкість до впливу високих температур та хімічних реактивів, придатність до механічної обробки. В той же час, матеріали на основі Si3N4 давно освоєні і мають ряд переваг: відносно низька собівартість; висока теплопровідність (коефіцієнт теплопровідності ?-Si3N4 при 300 К становить 120-130 Вт/(м•К), гарячепресованої кераміки-15-45 Вт/(м•К)); велика стійкість до ударів (6,5 МПА/м1/2) та міцність на згин (800 МПА); низький коефіцієнт термічного расширення (3•10-6 К-1); витримує перевантаження в 10g, має хорошу полірованість, високу хімічну стійкість і адгезію до покриття; з неї можна отримати підкладки великих розмірів (120 ? 96 мм2) і малої товщини (0,35…0,6 мм). Таким чином, діелектрична кераміка на основі нітриду кремнію має унікальний комплекс властивостей, які дозволяють виготовляти тонкі діелектричні підкладки у вигляді суцільнокерамічних елементів з вбудованими електропровідними шарами, що виконують роль комутації та заземлення. Розробка нових керамічних підкладок на основі нітриду кремнію для крупноформатних багатокристальних мікрозбірок дозволить отримувати модулі з високим рівнем електроізоляції, як на постійному струмі, так і в широкому діапазоні частот, при роботі в екстремальних умовах великих механічних та теплових навантажень для комерційних та спеціальних застосувань, наприклад, в авіа-та космічній галузі. Розробка методик оцінки теплопровідності зразків малого розміру з різною геометрією і шорсткістю поверхні в широкому діапазоні значень, та мікроструктури керамічних композитів за допомогою методів електричного неруйнуючого моніторингу на постійному та змінному струмі дасть змогу оперативного і масового контролю властивостей та структури матеріалу в процесі отримання, не вдаючись до громіздких та руйнівних методів прямого аналізу і здешевить процес виробництва.Температурну обробку проводили методом гарячого пресування (ГП) під тиском 18 МПА в атмосфері повітря з варіацією параметрів (швидкості охолодження 10-90 ?С/хв, тривалості ізотермічної витримки 10-60 хв, температури ізотермічної витримки від 1570 до 1920 ?С), що дозволило встановити технологічні режими, які дозволяють отримувати підкладки із заданими функціональними характеристиками, а також основні закономірності керування фізичними властивостями композитів на основі нітриду кремнію шляхом зміни їх мікроструктури та фазового складу. В роботі проводилось моделювання величини коефіцієнту теплопровідності композитів на основі нітриду кремнію за існуючою тепловою моделлю структури з взаємнопроникними компонентами, що дозволило спрогнозувати з відхиленням від 40 до-10% теплопровідність спечених композитів; а у випадку виділення певної фази у вигляді замкнутих включень, як, наприклад, нітриду кремнію, оберненим розрахунком визначити ефективну теплопровідність цієї компоненти. На основі розрахованих інструментальних похибок та похибок вимірювання електрофізичних характеристик зразків встановлено, що з найбільшою похибкою визначались результати непрямих вимірювань, які зазнавали впливу зовнішнього середовища та фізичних явищ, яких неможливо було уникнути (такі як коефіцієнт теплопровідності (до ±20 %)) та величини з великим числовим значенням (опір діелектриків на постійному струмі (до ±15 %)). Введення сполук титану, порівняно з матеріалами без добавки, призводить до зменшення розміру зерна структури при малих швидкостях охолодження, і до збільшення - при збільшенні швидкості охолодження (в матеріалах з добавками TIO2 - від 2-3 до 4-6 мкм, з добавками TIH2 - від 4 до 6 мкм), що спричинює зменшення тріщиностійкості та мікротвердості до 5,4 МН/м3/2 та 14 ГПА відповідно.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ