Скачать PDF файл.

Текст

Смотреть все

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ НЕМАГНИТНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Физико-технический институт Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Купченко Геннадий Владимирович Майонов Александр Владимирович Поко Ольга Александровна Тарасиков Михаил Васильевич Соловьев Ярослав Александрович Купченко Владимир Геннадьевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Физико-технический институт Национальной академии наук Беларуси(57) Немагнитный сплав на основе никеля, включающий ванадий, отличающийся тем, что дополнительно включает хром при следующем соотношении компонентов, мас.никель 92,2-93,0 ванадий 0,5-1,2 хром 5,9-7,0. Изобретение относится к области металлургии сплавов на основе никеля и изделий,выполненных из этих сплавов, предназначенных для использования в микроэлектронике. Для обеспечения возможности пайки полупроводниковых кристаллов на их поверхность (как планарную, так и обратную) наносится многослойная металлизация, состоящая как минимум из трех слоев адгезионного, обеспечивающего адгезию всей металлизации к поверхности кристалла (, , , , -) непосредственно паяемого (монтажного) слоя(С или ), легко смачиваемого припоем и малорастворимого в нем защитного наружного слоя, защищающего второй от окисления (А, , ). Все слои, как правило, наносятся методом вакуумного напыления, в том числе магнетронного, в едином технологическом цикле. Расходным элементом для распыления являются катоды-мишени, химический состав которых во многом определяет качество металлизации и, как следствие, качество электронной техники. Известно использование чистого никеля для изготовления мишеней, распылением которых наносят монтажный слой в многослойной металлизации. Никель хорошо смачивается припоями и нерастворим в них 1. Недостатком использования чистого никеля является то, что он обладает магнитными свойствами и в процессе нанесения на подложку происходит т.н. замыкание линий маг 10288 1 2008.02.28 нитного поля. Поэтому для распыления никелевых мишеней применяют магнетроны с сильным магнитным полем и большой мощности. Однако и в этом случае возможны негативные эффекты - разогрев, окисление, электрические пробои, деформация, оплавление мишени, что снижает коэффициент использования материала мишени, который в среднем составляет 10 . Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению (прототип) является сплав для нанесения промежуточных слоев ИМС, представляющий собой не чистый никель (магнитный атериал), а его сплав с ванадием 2. Использование немагнитной никель-ванадиевой мишени для нанесения слоев при многослойной металлизации позволило ощутимо повысить эффективность и производительность оборудования и повысить коэффициент использования материала мишени более, чем в 2 раза. Однако недостатком металлизации с использованием никель-ванадиевых мишеней (в частности при металлизации системы- ( - ) - Ад) является невысокая коррозионная стойкость промежуточного слоя. Появление на границе раздела / оксида никеля приводит к существенному росту контактного сопротивления границы. Окисление никелевого подслоя приводит к ухудшению качества посадки кристаллов на выводную рамку из-за ухудшения паяемости. Задачей предложенного изобретения является улучшение паяемости напыляемых магнетронным способом тонких пленок из немагнитного сплава на никелевой основе и улучшение качества посадки кристаллов электронных приборов на выводную рамку. Поставленная задача достигается тем, что немагнитный сплав на основе никеля, включающий ванадий, дополнительно включает хром при следующем соотношении компонентов, мас.никель 92,293,0 ванадий 0,51,2 хром 5,97,0. И хром, и ванадий, растворяясь в кристаллической решетке никеля, образуют т.н. твердые растворы. Однако у хрома температурный коэффициент сопротивления в 1,5 раза ниже, а теплопроводность в 2,8 раза выше, чем у ванадия. За счет этого замена ванадия хромом приводит к снижению теплового сопротивления слоя и контактного сопротивления на границе монтажный слой - защитный слой. Кроме того, повышение качества металлизации и, как следствие, надежности посадки полупроводниковых кристаллов на рамку обеспечивается за счет того, что введение хрома в состав никелевого сплава для нанесения промежуточного слоя повышает стойкость слоя к окислению. Прослойка оксида никеля на границе раздела никелевый сплав - серебро после растворения припоем слоя серебра не позволяет эффективно смачивать монтажный слой. Хром, обладая высоким сродством к кислороду, эффективно диффундирует к поверхности и замещает никель в решетке оксида , образуя сложные оксиды или шпинели типа 24. Это приводит к существенному снижению пористости оксидной пленки. В результате диффузионные процессы в пленке замедляются, скорость ее роста значительно замедляется. Хром тормозит рост оксидных пленок 10 и 25 и снижает концентрацию дефектов в кристаллической структуре оксидного слоя, являющихся основными путями трансмиссии никеля к поверхности, а кислорода вглубь слоя. Как следствие,повышается адгезия серебра к слою сплава- С -и улучшается его паяемость, что положительно сказывается на процессе сборки уже на этапе разделения пластин на кристаллы. Сплав и распылительную мишень из него получают следующим образом. Проводится шихтовка сплава, причем в качестве исходных компонентов используются металлы высокой чистоты никеля марок НО или 1 У (ГОСТ 849-97), ванадия ВЭЛ-1 и хрома ЭРХ-0(ГОСТ 5905-79). Масса шихтовки составляет 4/3 массы готовой мишени. Никель загружается в плавильный графито-шамотный тигель, а хром и ванадий - в дозатор установки для 2 10288 1 2008.02.28 плавки и разливки металлов в вакууме (ИСВ 0.004). В камере установки откачивается вакуум до 13,33 Па. После этого в камеру запускается аргон марки А до 0,1 МПа (1 атм.). Никель в течение 30 минут разогревается до температуры 15005, после чего в расплав последовательно добавляются из дозатора ванадий и хром. Сплав выдерживается при 15005 в течение 5 минут, после чего переливается в графитовый кокиль. После охлаждения отливки кокиль с отливкой достают из плавильной камеры, извлекают слиток и отрубают прибыльную часть. В последующем заготовка- С -мишени подвергается фрезерной обработке для обеспечения необходимых габаритных размеров. При подготовке образцов для оценки паяемости слои сплава на основе никеля толщиной 0,50,1 мкм наносились магнетронным распылением на установке Магна 2 М на подложки из монокристаллического кремния. Для обеспечения адгезии в едином вакуумном технологическом процессе перед слоем из сплава никеля наносился слой титана толщиной 0,1 мкм. Затем пластина из монокристаллического кремния с нанесенными слоями титана и никелевого сплава разделялась на кристаллы (квадраты) размером 55 мм. На слой никелевого сплава помещалась прокладка из припоя ПОС-10 размером 3,03,0 мм толщиной 30 мкм. В дальнейшем кристалл с прокладкой из припоя помещался в конвейерно-водородную печь ЖК 4007 с температурой 400 С и средой газа 252752. После извлечения кристаллов из печи смачивание оценивалось по площади растекания припоя по поверхности кристалла. В таблице приведены данные о свойствах изделий мишеней для формирования монтажного слоя многослойной металлизации из предлагаемого сплава в сравнении с прототипом. Состав сплава, мас. Если количество хрома или совместно хрома и ванадия в предлагаемом сплаве меньше 7,0 мас. , материал обладает магнитными свойствами. Использование таких мишеней сопряжено с негативными моментами, указанными выше (замыкание линий магнитного поля, необходимость использования магнетронов большой мощности, разогрев, окисление, электрические пробои, деформация, оплавление мишени). Наличие в сплаве менее 5,9 мас.хрома не улучшает паяемость пленок. Введение более 7,0 мас.хрома не дает дальнейшего улучшения свойств. Однако технологичность материала мишени с повышением в нем содержания хрома заметно снижается как при изготовлении мишени, так и при ее эксплуатации (установке) существенно возрастает риск растрескивания. Наличие наряду с хромом ванадия в определенном количестве кроме сохранения основных преимуществ материала по свойствам - немагнитности, воспроизводимости толщины и хорошей паяемости благотворно влияет на макроструктуру мишени визуальный осмотр зоны эрозии после распыления показывает наличие в мишени с ванадием более мелкокристаллической макроструктуры, чем у мишеней никель-хром. Введение в сплав менее 0,5 мас.ванадия не обеспечивает позитивного влияния на макроструктуру. Введение более 1,2 мас. , ванадия нецелесообразно, так как стимулирует образование оксида и ухудшает паяемость. В случае содержания никеля более 93 мас. , сплав является маг 3 10288 1 2008.02.28 нитным и наблюдается разогрев мишени. Когда никеля менее 92,2 мас. , ухудшается технологичность материала появляется склонность к трещинообразованию. Сопоставительный анализ свойств предлагаемого сплава и прототипа позволяет сделать следующие заключения заявляемый материал превосходит прототип по смачиваемости припоем, что повысит качество посадки кристалла на основание или выводную рамку за счет частичной замены ванадия более дешевым хромом стоимость нового материала для напыления монтажного слоя в сравнении с прототипом снижается в 1,7 раза. Таким образом экспериментальные данные, приведенные в таблице, подтверждают технический результат, получаемый в результате реализации предлагаемого изобретения. Использование заявляемого сплава повысит качество посадки кристалла на корпус, уменьшается переходное сопротивление - улучшаются электрические параметры электронных приборов, что, соответственно, увеличит выход годной продукции на 2 . Основной сферой использования нового сплава является микроэлектроника, в частности на УП Завод Транзистор при изготовлении мощных транзисторов типа КТ 8 72, КТ 8225, КТ 8251, КП 726, КП 728, в корпусах ТО 218, ТО 22 0. Источники информации 1. Патент США 4946376, 1989. 2. Патент ФРГ 4139908,1991 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4

МПК / Метки

МПК: C22C 19/05

Метки: сплав, немагнитный, никеля, основе

Код ссылки

<a href="https://bypatents.com/4-10288-nemagnitnyjj-splav-na-osnove-nikelya.html" rel="bookmark" title="База патентов Беларуси">Немагнитный сплав на основе никеля</a>

Похожие патенты