Способ получения подложек для печатных плат

 

Использование: при изготовлении гибридных интегральных схем микросборок в радиоэлектронной технике. Сущность изобретения: заготовку из алюминия после двустороннего сквозного анодирования отжигают в окислительной атмосфере и пропитывают в насыщенном растворе хромового ангидрида, что обеспечивает уменьшение пористости в анодном оксиде алюминия.

Изобретение относится к радиоэлектронной технике и может быть использовано при изготовлении гибридных интегральных схем микросборок, наборов резисторов РЭА.

Известен способ получения диэлектрических деталей путем электрохимического окисления листового алюминия. Однако анодный оксид алюминия имеет большую пористость 25-30%, что придает ему хорошую адсорбционную способность и отсюда зависимость его диэлектрических свойств от окружающей атмосферы, в частности от влажности воздуха. Пористость отрицательно сказывается на прочность и твердость оксида.

В другом способе с целью повышения диэлектрических свойств подложки после выращивания и отжига вначале на воздухе при 950^оС, затем в вакууме при 530^оС пропитывают водным раствором соли лития, нагревают до 880^оС и выдерживают при этой температуре 10 ч. Подложки, полученные по данному способу, имеют хорошие диэлектрические свойства за счет модификации поверхностного слоя оксида и образования литиевой шпинели, а пористость и, следовательно, прочность и твердость остаются без изменения.

Известен также способ получения подложек для печатных плат (прототип), по которому подложки из анодного оксида алюминия отжигают при 900^оС, пропитывают водным раствором бихромата аммония, нагревают на воздухе до 1300^оС со скоростью 3-4^оС^. мин^-1 и выдерживают при этой температуре 10-20 мин, что приводит к значительным объемным изменениям (усадка достигает 10-15%), снижению пористости до нулевого значения, увеличению прочности и твердости.

Однако лежащие в основе способа твердофазные реакции с образованием изоморфной смеси протекают при достаточно высокой температуре 1300^оС и выше, что обусловлено природой пропитывающего реагента - бихромата аммония, а это требует больших энергетических затрат и дорогостоящего высокотемпературного печного оборудования.

Целью изобретения является сокращение энергозатрат при получении сверхтолстых подложек из анодного оксида алюминия с закрытыми или перекрытыми порами и высокого качества.

Это достигается тем, что в известном способе получения подложек, включающем подготовку заготовок из алюминия или его сплавов, двустороннее сквозное анодирование, отжиг в окислительной атмосфере, обработку в растворе соли, повторное нагревание, пропитывают подложки насыщенным раствором хромового ангидрида, нагревают их до 450-500^оС, повторяют пропитку-нагревание еще два раза, причем окончательный нагрев ведут до 900-920^оС.

Технических решений, содержащих совокупность отличительных признаков изобретения, не обнаружено.

В известном способе уменьшение пористости в анодном оксиде алюминия достигается за счет протекания твердофазных реакций между оксидами алюминия и хрома при нагревании до 1300^оС и выше, что сопровождается значительными объемными изменениями с усадкой образцов в 10-15%. При таких объемных изменениях избежать полностью коробления и растрескивания подложек не удается, а главное осуществление способа требует значительных энергетических затрат (высокая температура и длительное время нагревания) и специального печного оборудования.

В основе изобретения лежит идея максимального заполнения объема пор низшим окислом элемента с последующим его преобразованием каким-то воздействием, например нагреванием, в высший устойчивый окисел, но при низких температурах нагрева. Это достигается тем, что в качестве исходного продукта берется хромовый ангидрид (CrO₃), при термопреобразовании которого активного продукта, устойчивого окисла Cr₂O₃ получается 72%, в то время как из того же бихромата аммония этого окисла образуется всего лишь 60%. Растворимость CrO₃ в воде в 5,4 раза выше, чем растворимость бихромата аммония. Это означает, что при заполнении пор насыщенными растворами одного и другого вещества активного продукта при пропитке CrO₃ на окончательной стадии обработки будет во столько же раз больше, чем при пропитке бихроматом аммония. Разложение CrO₃ до Cr₂O₃ при нагревании происходит в следующей последовательности: CrO Cr₃O Cr₂O CrO Cr₂O₃ с выделением трех молекул кислорода нагревание CrO₃ до 450-500^оС обеспечивает образование промежуточных окислов и удаление воды и кислорода из пор, что восстанавливает адсорбционную способность пор и возможность последующей пропитки. Как показали многочисленные эксперименты, прибавление веса подложек после завершения пропиток (собственно веса Cr₂O₃₎ составляет 16-19% от веса подложки до пропитки, что не достижимо при пропитке бихроматом аммония или растворами других солей. После трехкратной пропитки прибавление веса не происходит, что говорит о заполнении пор.

В глухих микропорах большой протяженности анодного оксида, пропитанного CrO₃ и нагретого до 500^оС, образование Cr₂O₃ не происходит, о чем говорит черная окраска. Поэтому последний нагрев делается до 900-920^оС и цвет подложки становится зеленым, что подтверждает образование Cr₂O₃. Как показали рентгеновские исследования взаимодействие Cr₂O₃ и Al₂O₃ при этих температурах не происходит. Однако поры заполнены Cr₂O₃ и перекрыты настолько, что водопоглощение становится равным и менее 1%, удельное электросопротивление возрастает на два порядка и достигает 1^. 10⁹ Ом ^. м, микротвердость > 350 кг/мм² и прочность на статический изгиб > 30 кг/мм². Температурная граница окончательного нагрева лежит в пределах 900-920^оС. Нижний предел обусловлен технологическими особенностями дальнейшего использования подложек. Нагревать же выше верхнего предела нецелесообразно, так как эффект улучшения качества подложек достигнут и не следует увеличивать энергозатраты. Усадка подложек составляет 1%, поэтому их коробление и растрескивание исключаются, что сокращает потери от брака.

Способ осуществляется следующей совокупностью операций. Подготовка заготовок алюминия, двустороннее сквозное анодирование, отжиг при 900^оС, пропитка раствором хромового ангидрида, нагрев до 450-500^оС, повторение дважды пропитки и нагрева, причем последний нагрев делается до 900-920^оС.

П р и м е р. Берут полированные алюминиевые пластины толщиной 0,5 мм размером 48 х 90 мм, защищают верхний край с двух сторон химостойким лаком и подвергают двустороннему анодированию открытую площадь пластины в 4%-ном растворе щавелевой кислоты при начальной плотности тока 3 А/дм² до полного падения тока на ванну. Отделяют алюминий и подвергают пластины анодного оксида алюминия отжигу на воздухе при 900^оС с переводом анодного оксида в кристаллическое состояние.

Пропитывают пластины концентрированным раствором хромового ангидрида путем окунания, устанавливают пластины в печь и нагревают до 450-500^оС, затем охлаждают. Эти операции повторяют дважды, но последний нагрев ведут до 900-920^оС и охлаждают с печью. Затем вынимают пластины из охлажденной печи и проверяют внешний вид.

Предлагаемый способ позволяет получать сверхтолстые 0,6-0,9 мм диэлектрические оксидные подложки любых размеров и конфигураций, причем по сравнению с прототипом значительно уменьшаются энергозатраты за счет снижения температуры окончательного отжига с 1300 до 900^оС, сокращаются потери от брака. Для выполнения способа не требуется использование специальных высокотемпературных печей. Качество получаемых подложек дает возможность заменить применяемые в радиоэлектронике керамические подложки, трудоемкость и дорогостоимость получения которых общеизвестны, на подложки, получаемые непосредственно из недорогого листового алюминия.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОДЛОЖЕК ДЛЯ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ, включающий подготовку заготовки из алюминия или его сплавов, ее двустороннее сквозное анодирование, отжиг в окислительной атмосфере, пропитку и нагревание, отличающийся тем, что пропитку осуществляют в насыщенном растворе хромового ангидрида, причем пропитку и нагревание осуществляют дважды, при этом первое нагревание проводят до 450 - 500^oС, а второе - до 900 - 920^oС.