МНОГОСЛОЙНОЕ МЕТАЛЛИЧЕСКОЕ ПОКРЫТИЕ КОРПУСА СВЧ-ПРИБОРА Российский патент 1996 года по МПК H01L23/48 H01L21/28 

Изобретение относится к производству корпусов СВЧ-приборов, например мощных СВЧ-транзисторов, в частности к производству многослойных металлических покрытий корпусов мощных СВЧ-транзисторов методами электрохимического осаждения.

Известны корпуса Stripak фирмы MSC (США), содержащие двухслойное гальваническое покрытие никель-золото, причем толщина золотого слоя составляет 5-6 мкм [1]
При температуре напайки кристалла 400-450^оС на поверхности золотого слоя наблюдаются потемнение и ухудшение смачиваемости припоем поверхности золота, что связано с локальной диффузией никеля через слой золотого покрытия, и окисление продиффундировавшего никеля.

Известно многослойное металлическое покрытие корпуса мощного СВЧ-транзистора [2] содержащее слой никеля толщиной 0,8-2 мкм, которым покрывают корпус транзистора методом электрохимического осаждения, и этим же методом формируют сверху слоя никеля токоведущее и коррозионностойкое покрытие со следующей последовательностью слоев: нижний слой золота толщиной 0,5-0,8 мкм, слой палладия толщиной 0,5-1 мкм и верхний слой золота толщиной 3-4 мкм. Данное техническое решение является прототипом.

К недостаткам покрытия по прототипу относится то, что токоведущий слой покрытия имеет небольшую толщину (около 4 мкм), расположенный под токоведущим слоем никель является ферромагнетиком, что приводит к большим электрическим потерям на СВЧ, в частности, из-за потерь энергии, затрачиваемой на перемагничивание никеля. К недостаткам следует отнести недостаточно хорошую теплопроводность покрытия.

Техническим эффектом, на который направлено изобретение, является уменьшение электрических потерь на СВЧ в металлическом покрытии корпуса прибора.

Данный технический эффект достигается тем, что в многослойном металлическом покрытии корпуса СВЧ-прибора, содержащем последовательно расположенные слои никеля толщиной 0,8-2 мкм, нижний золота, палладия толщиной 0,5-10 мкм, верхний золота, между нижним слоем золота и слоем палладия введен слой серебра, при этом нижний слой золота имеет толщину 0,1-0,6 мкм, а суммарная толщина слоев серебра и верхнего золота находится в пределах
≅ d_Ag+d_Au≅ где d_Au толщина верхнего слоя золота, мкм, причем
1 мкм ≅ d_Au<
d_Ag толщина слоя серебра, мкм;
ω_н нижняя частота рабочего диапазона (заранее установленного) СВЧ-прибора, ω_н=2π f_н, f_н[Гц]
Следует отметить, что все признаки, указанные в форме изобретения, находятся в неразрывном конструктивно-функциональном единстве и каждый из признаков выполняет одновременно несколько функций и проявляет ряд свойств как сам по себе, так и в совокупности с другими признаками. Так, например, нижний слой золота наносится для улучшения адгезии серебряного покрытия. В случае осаждения серебра непосредственно на никель при нагреве, например, во время напайки кристаллов наблюдается вспучивание серебряного покрытия. Одновременно слой золота совместно с нанесенным слоем серебра выполняет функцию компенсации внутренних напряжений покрытия. Введенный серебряный слой, как основной токоведущий, перераспределяет токи СВЧ, которые в основном проходят по данному слою, что существенно уменьшает потери на перемагничивание и позволяет уменьшить толщину верхнего слоя золота, выполняющего одновременно функции антикоррозионного покрытия и проводящего слоя, в большинстве случаев до величин порядка 1,5-2,5 мкм. Уменьшение толщин верхнего и нижнего слоев золота позволяет сэкономить до 30% этого самого дорогого из наносимых драгоценных металлов. При этом существенно улучшаются теплопроводность и электропроводность покрытия за счет наличия достаточно толстого слоя серебра, а также другие электрические характеристики, что позволяет значительно снизить электрические потери в металлическом покрытии на СВЧ. Существенным является также выбор толщин слоев покрытия. Экспериментально установлено, что уменьшение толщины нижнего слоя золота менее 0,1 мкм приводит к некачественной адгезии серебра. Увеличение толщины нижнего слоя золота более 0,6 мкм нецелесообразно, так как не дает увеличения качества адгезии. Также экспериментально установлено, что указанный технический результат достигается при толщине d суммарного слоя серебра и верхнего золота, находящейся в диапазоне ≅ d ≅ При толщине данного слоя, меньшей нижнего указанного предела, не происходит указанного уменьшения электрических потерь на СВЧ, а при толщине слоя, большей верхнего указанного предела, не происходит дальнейшего сколько-нибудь заметного нарастания уже улучшенных электрических характеристик, и, кроме того, при толщинах, больших указанного верхнего предела, наблюдается в ряде случаев отслоение серебра. Данная последовательность слоев никель-золото-серебро-палладий-золото при указанных диапазонах толщин слоев позволяет снизить толщину верхнего слоя золота до величины порядка 1-3 мкм, причем границы диапазона толщин установлены экспериментально. Выход за границы диапазонов толщин любого из слоев влечет за собой либо недостижение указанного результата, либо отслоение толстых слоев, а также неоправданно высокий расход драгоценных металлов.

Таким образом, при анализе изобретения на соответствие требованию изобретательского уровня установлено следующее. Все признаки изобретения находятся в неразрывном функционально-конструктивном единстве, и было бы неправомерным вычленять отдельные признаки из общей совокупности с целью противопоставления им известных решений. Такую неправомерность также подтверждает тот факт, что большинство признаков одновременно выполняют несколько функций и проявляют несколько технических свойств как сами по себе, так и в сочетании с другими признаками. Изобретение не следует явным образом из известного уровня техники, так как из последнего не выявляется влияние предписываемых этим изобретением преобразований, характеризуемых отличительными от прототипа существенными признаками, на достижение технического результата. Не известны из уровня техники технические решения, содержащие отличительные признаки изобретения.

Изобретение соответствует требованию новизны, так как неизвестны из уровня техники покрытия, характеризующиеся идентичной с предложенным совокупностью признаков.

Изобретение соответствует требованию промышленной применимости, так как оно может быть использовано в промышленности и других отраслях деятельности, причем подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных средств и методов с обеспечением достижения указанного технического результата.

Предложенное многослойное металлическое покрытие корпуса СВЧ-прибора может быть получено следующим способом.

П р и м е р. Вначале производится гальваническое осаждение никеля Ni из электролита состава, г/л: NiSO₄ · 7H₂O 250 Na₂SO₄ 60 NaCl 5 H₃BO₃ 30
Электролит работает без перемешивания при комнатной температуре, катодная плотность тока 20 мА/см², рН 4,5, анод никель марки Н-0 или Н-1, соотношение анодной плотности тока и катодной не меньше 1:1.

Затем проводится гальваническое осаждение нижнего слоя золота Au из электролита золочения состава, г/л: Дицианоаурат калия (в пересчете на металли- ческое золото) 11,5-12,5 Лимонная кислота 18-20 Лимонно-кислый калий 150-160 К₂НРО₄ 35 и более Tl₂(SO₄)₃ 0,0007-0,0008
Электролит работает в условиях перемешивания, температура электролита 60-80^оС, катодная плотность тока 0,5-10 мА/см², рН 6,5-7,5, анод платина или платинированный титан, I_a I_к не меньше 1:1.

Далее производят гальваническое осаждение серебра из электролита состава, г/л:
Дицианоаргентат калия
(в пересчете на металли- ческое серебро) 40-50 Роданистый калий 200-250 К₂СО₃ 20-40
Электролит работает без перемешивания при температуре 18-30^оС, катодная плотность тока 1-2 мА/см², рН 9-10, I_a I_к не меньше 1:1.

После этого производят гальваническое осаждение палладия Pd из электролита состава, г/л: PdCl 25 (NH₄)₃PO₄ 50 Na₃PO₄ 100 C₆H₅COOH 2
Электролит работает без перемешивания при t 75^оС, катодная плотность тока 7 мА/см², рН 6,4, анод платина или платинированный титан, соотношение I_a I_к не меньше 2:1.

После осаждения палладия производят гальваническое осаждение верхнего слоя золота в электролите золочения, аналогичном электролиту для нижнего слоя золота.

Для получения предложенного многослойного покрытия были опробованы различные известные электрохимические способы металлизации корпусов, например способ, приведенный в примере или по ГОСТ 9305-84, состав 40 (электролит палладирования). При этом каждый раз достигался указанный технический эффект. Однако наилучшие результаты были получены оригинальным методом электрохимического нанесения покрытия, в котором использованы специально подобранные подобные по составу фосфатные электролиты золочения, серебрения и палладирования. Состав электролитов приведен в таблице.

Этот метод позволил осуществить нанесение покрытий с минимальными временными перерывами ("из ванны в ванну"), что существенно уменьшило загрязнение и окисление покрываемых слоев и загрязнение электролитов посторонними веществами. Кроме того, применение данного метода позволило получить покрытия особо высокой чистоты, например мягкого золота чистоты 99,9% микротвердостью 60-80 кг/мм², эластичного палладия микротвердостью 180-230 кг/мм², что обеспечило отличную смачиваемость слоев золота и получение малонапряженного покрытия в целом, обладающего наилучшими характеристиками по сравнению с покрытиями, полученными известными способами электрохимического осаждения.

Проведенные испытания мощных СВЧ-транзисторов, корпуса которых выполнены с предложенным многослойным металлическим покрытием различными способами электрохимического осаждения металлов, показали существенное улучшение таких электрических параметров, как отдаваемая мощность и КПД за счет уменьшения электрических потерь на СВЧ. Весьма существенной явилась экономия такого драгоценного металла, как золото, особенно на частотах ниже 1 ГГц.

Использование: в производстве корпусов СВЧ-приборов, например мощных СВЧ-транзисторов. Сущность изобретения: многослойное металлическое покрытие корпуса СВЧ-прибора содержит последовательно расположенные слои никеля толщиной 0,8 - 2 мкм, нижний золота, палладия толщиной 0,5 - 1 мкм, верхний золота. Между нижним слоем золота и слоем палладия введен слой серебра. При этом нижний слой золота имеет толщину 0,1 - 0,6 мкм, а суммарная толщина слоев серебра и верхнего золота находится в пределах меньше или равно d_A g + d_A u меньше или равно где d_A u - толщина верхнего слоя золота, мкм, причем 1 мкм меньше или равно d_A u меньше d_A g - толщина слоя серебра, мкм; ω_н численное значение нижней частоты рабочего диапазона СВЧ-прибора, ω_н=2πf_н, f_н(Гц).. Цель изобретения - уменьшение электрических потерь на СВЧ в металлическом покрытии корпуса. 1 табл.

МНОГОСЛОЙНОЕ МЕТАЛЛИЧЕСКОЕ ПОКРЫТИЕ КОРПУСА СВЧ-ПРИБОРА, содержащее последовательно расположенные слои никеля толщиной 0,8 - 2,0 мкм, нижний - золота, палладия толщиной 0,5 - 1,0 мкм, верхний -золота, отличающееся тем, что между нижним слоем золота и слоем палладия введен слой серебра, при этом нижний слой золота выполнен толщиной 0,1 - 0,6 мкм, а суммарная толщина слоев серебра и верхнего слоя золота определена соотношением

где d_A u - толщина верхнего слоя золота, мкм, причем

d_A g - толщина слоя серебра, мкм;
ω_н - численное значение частоты рабочего диапазона СВЧ-прибора, ω_н= 2πf_н, f_н [Гц].