Материаловеды Томского госуниверситета закончили исследования по оптимальному составу металлокерамики, из которой изготавливаются корпуса для интегральных микросхем. Сейчас начинается тестирование образцов на предприятии заказчика — крупнейшего производителя таких корпусов, чья продукция используется практически во всех отечественных изделиях с чипом. К проекту были привлечены коллективы не только из ТГУ, но и из ТУСУРа и Томского политеха. Ради чего собираются межвузовские научные команды, рассказываем в новом выпуске проекта Tomsk.ru и ТГУ «Технотренды».
Как «упаковывается» чип?
Микрочип — это маленькая пластина из полупроводникового материала со встроенной электронной схемой. Он помещается в металлокерамические корпуса, которые должны обладать рядом свойств — сопротивление изоляции, герметичность. Чип — это мозг, а корпус — череп.
Основной производитель таких корпусов — завод полупроводниковых приборов в Йошкар-Оле. Они обеспечивают своей продукцией большинство отечественных предприятий, в чьих изделиях есть чипы — от автомобиле- до ракетостроителей.
Еще в 1977 году заводом были закуплены и введены в эксплуатацию оборудование и технологические процессы японской компании Kyocera, одного из мировых лидеров в отрасли. Технология в общих чертах примерно такова: берется керамический порошок (так называемый глинозем), к нему добавляются определенные химические элементы. Масса раскатывается, словно бумага, затем на ленту трафаретом наносятся металлические «дорожки», все это закрывается металлом (золотом, вольфрамом), спекается — и корпус готов!
Полтора года назад по известным причинам японские партнеры практически полностью ушли от сопровождения производственного процесса. Все сырье, вся оснастка были построены под их технологию. Плюс использовалось рекомендованное ими сырье определенных марок и производителей.
И ЗПП пришел с этой проблемой к нам: как подобрать такой состав керамики на отечественных аналогах, чтобы конечный продукт не уступал по качеству прежней версии. А еще лучше — превосходил ее. И при этом не пришлось бы перестраивать всю технологическую цепочку. На исследования у нас ушло около 10 месяцев, — говорит заведующий лабораторией нанотехнологий металлургии ТГУ Илья Жуков.
Завод полупроводниковых приборов входит в совместное предприятие «Ростеха» и АФК«Система» в области микроэлектроники. В свою очередь, у АФК «Система» и Консорциума томских вузов есть действующее соглашение о сотрудничестве.
Из чего делается металлокерамика?
Основа керамического порошка — оксид алюминия, он составляет около 90% состава, в зависимости от марки корпуса. Остальное — это различные химические элементы для придания нужных свойств. Все должно друг с другом «дружить». При этом если даже на полпроцента изменишь долю какого-либо элемента, свойства металлокерамики могут измениться кардинально…
У нас очень большой опыт работы с металлокерамикой. С одной стороны, мы провели множество фундаментальных исследований по материаловедению, на которых потом защищались кандидатские и докторские. С другой — мы выполняли хоздоговоры для ведущих промышленных и оборонных предприятий России. В данном проекте мы «перекопали» всю цепочку, провели тесты сотен образцов керамики — как японской, так и нашей.
Мы привлекли к работе коллег из СФТИ ТГУ, ТПУ, ТУСУРа, компетенции которых были необходимы — огромный проект невозможно сделать силами одной лаборатории. Например, с нами работал коллектив Владимира Верещагина, одного из сильнейших специалистов в области химии и технологии силикатов из Политеха. Так что получился образцовый междисциплинарный проект Консорциума томских вузов, когда ученые были коллегами, а не конкурентами, — поясняет Илья Жуков.
На основании исследований ученые пришли к выводу, что часть элементов из «канонического» японского состава нужно убрать — они оставались там, можно сказать, по привычке. Например, цирконий. На 1% подняли количество алюминия, ввели магний и так далее. Сейчас по предложенному томичами составу сделан опытный образец металлокерамики, его проверят на самом предприятии с финишной металлизацией. Также в ТГУ открыта целевая аспирантура, куда поступила одна из сотрудниц завода полупроводниковых приборов.
По словам Ильи Жукова, еще одна интересная задача, связанная с производством элементов для микроэлектроники — непосредственно технология спекания. Сейчас в России при производстве металлокерамических компонентов в основном применяется высокотемпературное спекание. Оно проходит при 1600 градусах, а это огромная температура и огромное энергопотребление.
На некоторых предприятиях в России используется низкотемпературное спекание — при 1050 градусов, это существенно экономит ресурсы и позволяет добиться других свойств конечного изделия. Но пока для этой технологии подходит только зарубежное сырье. Томичи готовы взяться за фундаментальные исследования того, как и на каком нашем сырье реализовать полностью импортозамещающую версию технологии.
