Kretsar som tål 500 grader

Inte perfekt ännu

Tillverkningen är inte optimerad. Kiselkarbidskivan köps färdigdopad med sex lager i omväxlande n- och p-dopning, och kvaliteten är inte helt övertygande.

– Ibland blir det bra, ibland inte. Vi etsar ut transistorer och andra komponenter genom att etsa bort de p- och n-lager vi inte behöver. Sedan lägger vi på ledarlager av aluminium. Det materialet är dock inte särskilt stabilt, och guld är inte mycket bättre. Vi lutar åt att övergå till platina, säger Carl-Mikael Zetterling.

Han tror att ledarmönstren kommer att bli det stora problemet.

– Vi gör ledarmönstren med både traditionell påångning och etsning, eller så kallad lift-off. Vid traditionell förångning lägger man först på metall och därefter ett lager fotoresist och etsar sedan bort den metall man inte vill ha kvar. Vid lift-off lägger man först på fotoresist och sedan metall, varefter man lyfter bort fotoresisten och metallen på denna med aceton, det är snällt mot skivan. Då får man kvar det önskade ledarmönstret.

Lagren kan råka reagera

Båda metoderna har sina för- och nackdelar, till exempel finns problem med att kanterna kan etsas ut felaktigt eller att det kan bli bryggor av metall kvar. Anslutningarna till kretsen måste göras i titan-volfram, ovanpå aluminium, så det blir många metallager som kan råka reagera med varandra.

– Sedan måste vi kunna göra ”kretskort”. Ett keramiskt basmaterial i aluminiumnitrid, i storlek som en kakelplatta, med ledarmönster av platina. Aluminiumnitrid har ungefär samma temperaturutvidgning som kiselkarbid.
Kretsarna kan fästas mot substratet genom omsmältning med så kallat nanosilver. Därefter måste de bondas mot ledarmönstret på substratet.

Bondning med guldtråd tenderar att bli instabil vid 600 grader, och platina är inte mycket bättre. De kan också skaka sönder av de våldsamma vibrationerna när raketen startar.

Till vänster: kiselkarbid-wafer med 100 millimeters diameter. Det här exemplaret är belagt med testkretsar och testkomponenter. En tom sådan wafer kostar cirka 1 000 euro och dopningen kostar 1 000 euro till.

Till höger: En kiselkarbidkrets med flera testkomponenter. De enkla, stora yt­orna är kondensatorer på uppåt 30 pF. Det finns också lösa transistorer
och induktanser, medan de fullständiga kretsarna bland annat är ringoscillatorer, op-förstärkare och logikgrindar.

Kanske keramisk kapsel

Ett alternativ är så kallad flip-chip, när man lägger chippen upp och ned på substratet, med komponenterna nedåt, och smälter fast kontaktpunkterna direkt mot substratet. Det eliminerar både bondtrådar och behovet av kapsling.

– Vi har ännu inte löst problemet med hur kretsarna ska förpackas, men en keramisk kapsel av den typ som användes i integrerad krets-teknikens barndom torde klara temperaturen, säger Carl-Mikael Zetterling.