КОРПУС ИНТЕГРАЛЬНОЙ СХЕМЫ СВЧ-ДИАПАЗОНА Российский патент 1997 года по МПК H01L23/02 H01L23/12 H01L23/34 H05K5/06 

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано при разработке корпусов гибридных интегральных схем, монолитных интегральных полупроводниковых схем и полупроводниковых приборов С и других диапазонов.

Известен керамический корпусированный полупроводниковый прибор, например транзистор, в котором благодаря проволочной связи, металлизированным поверхностям и соединительным контактным поверхностям в схеме значительно уменьшено число паразитных элементов, предпочтительно и общего сопротивления истока транзистора. Проволочное соединение выводится одним или несколькими проводами или полосами от контактов истока кристалла на металлизированную поверхность или металлическую раму, на которой монтируется с помощью припоя из золота крышка. Металлизация выполнена в виде параллельной полосы по ширине кристалла и не расширяется в виде трапеции, в результате чего значительно уменьшается емкость связи от металлизации истока к контактной поверхности стока и контактной поверхности затвора. С помощью СВЧ-разрядников уменьшаются максимальное усилие и минимальный коэффициент шума дискретно закрытого транзистора [1]
Недостатком данного технического решения являются недостаточно высокие электрические, массогабаритные и теплорассеивающие характеристики корпуса.

Наиболее близким техническим решением является герметичный корпус полупроводниковой интегральной схемы СВЧ, содержащий диэлектрическую подложку с микрополосковыми линиями, образующими СВЧ-выводы корпуса и металлическое основание, в котором с целью расширения частотного диапазона используемого корпуса путем уменьшения рассогласования СВЧ-вывода корпуса и микрополосковых линий СВЧ-тракта и увеличения развязки между СВЧ-выводами корпуса, он снабжен копланарными линиями с центральными проводниками и с окружающей их заземляющей поверхностью, расположенными на одной из сторон диэлектрической подложки с возможностью соединения с полупроводниковой схемой СВЧ, при этом центральные проводники копланарных посредством металлических проводников, проходящих через диэлектрическую подложку, соединены с внешними выводами корпуса, расположенными на другой стороне диэлектрической подложки.

Цель изобретения улучшение электрических, массогабаритных и теплорассеивающих характеристик, а также расширение рабочего диапазона частот использования корпуса.

Поставленная цель достигается тем, что в известной конструкции корпуса гибридной интегральной схемы СВЧ-диапазона, содержащей металлическое основание, диэлектрическую пластину, с микрополосковыми линиями на одной стороне, которые посредством металлических проводников, проходящих через диэлектрическую пластину соединены с внешними выводами, расположенными на другой ее стороны, и крышку, герметично соединенную с поверхностью диэлектрической пластины, в центре диэлектрической пластины выполнено отверстие для размещения интегральной схемы, причем размер отверстия обеспечивает расстояние между схемой и краем отверстия 0 ^oC 250 мкм, а толщина пластины обеспечивает расположение поверхности схемы и поверхности пластины с микрополосковыми линиями в одной плоскости, диаметр сечения металлических проводников, проходящих через пластину, составляет 0,1 ^oC 1,0 от ширины микрополосковой линии, металлическое основание совместно с системой выводов корпуса и имеет толщину 0,03 ^oC 1,2 мм и перекрывает отверстие в диэлектрической пластине на величину 0,1 ^oC 1,5 мм и герметично соединено с ней.

Крышка может быть выполнена металлической, а боковая поверхность диэлектрической пластины частично металлизирована за исключением мест вокруг выводов, причем расстояние от вывода до металлизации боковой поверхности пластины равно 0,9 ^oC 1,1 ширины вывода.

Между крышкой и диэлектрической пластиной может быть расположена диэлектрическая рамка, металлизированная по внешней боковой и верхней прилегающей к крышке поверхности, герметично соединения с ними, причем ширина рамки обеспечивает перекрытие мест прохождения металлических проводников через диэлектрическую пластину на величину 0 ^oC 1 мм.

Крышка может быть выполнена плоской, из диэлектрического материала, причем толщина крышки может быть выбрана из соотношения где h - толщина крышки, l длина волны, 4 e диэлектрическая проницаемость материала крышки, а в отверстии пластины на металлическом основании может быть расположена и закреплена пластина из тепло- и электропроводящего материала.

Расположение микрополосковых линий на периферийной части диэлектрической пластины позволило выполнить отверстие в центральной части пластины для расположения схемы, что в свою очередь позволяет уменьшить высоту корпуса и тем самым улучшить массогабаритные характеристики, а также закрепить схему на металлическом основании и тем самым улучшить теплорассетвающие характеристики.

Ограничение размера отверстия в диэлектрической пластине снизу позволяет максимально близко расположить схему к микрополосковой линии, расположенной у края отверстия в пластине, а значит, уменьшить длину соединительных проводников и тем самым снизить паразитную индуктивность и улучшить электрические характеристики, а сверху значительно удалить проводник, а значит, и увеличить паразитную индуктивность и тем самым ухудшить электрические характеристики.

Толщина пластины, обеспечивающая расположение поверхности пластины с микрополосковыми линиями в одной плоскости с поверхностью схемы, позволяет снизить длину соединительных проводников, соединяющих контактные площадки и микрополосковые линии на диэлектрической пластине, а значит, снизить паразитные индуктивности выводов и тем самым улучшить электрические характеристики.

Совмещенные металлического основания с системой выводов корпуса ( с выводной рамкой) позволяет упростить конструкцию, а ограничение толщины основания, а в данном случае и толщина выводов снизу объясняется снижением прочности и жесткости конструкции корпуса и выводов, а сверху увеличением теплового сопротивления основания, а значит, ухудшением теплорассеивающих характеристик.

Выполнение крышки металлической и наличие металлизации на боковой поверхности диэлектрической пластины за исключением мест вокруг выводов обеспечивают электро радиоэкранировку схемы, расположенной в корпусе, а расстояние от вывода до металлизации ограничено снизу влиянием металлизации пластины на сигнал, проходящей по сигнальному проводнику (выводу), а сверху - ухудшением электрорадиогерметичности корпуса.

Расположение между крышкой и диэлектрической пластиной с микрополосковыми линиями диэлектрической рамки, металлизированной по внешней боковой поверхности и герметично соединенной с ними, позволяет уменьшить длину и ширину корпуса за счет выноса мести соединения крышки в другую плоскость и тем самым улучшить массогабаритные характеристики за счет увеличения полезно используемой площади, а кроме того, позволит повысить герметичность за счет уплотнения мест прохождения через диэлектрическую пластину, а металлизация ее на внешней боковой стороне способствует электро- и радиогерметичности корпуса.

Перекрытие рамкой мест прохода проводников через диэлектрическую пластину ограничено снизу условиями повышения герметичности, а сверху увеличением размеров корпуса, а значит, ухудшением массогабаритных характеристик.

Выполнение крышки плоской и из диэлектрического материала и выбор толщины их приведенного соотношения позволяют улучшить массогабаритные характеристики при минимальном влиянии крышки на электрическую схему.

Размещение на основании корпуса тепло- и электропроводящей прокладки позволяет выравнить по высоте схему и диэлектрическую пластину и снизить длину соединительных проводников, тем самым уменьшить паразитную индуктивность, а значит, улучшить электрические характеристики.

На фиг. 1-2 представлен разрез, вид сверху (без крышки) и вид снизу предлагаемого корпуса, где показаны диэлектрическая пластина 1; микрополосковые линии 2; металлические проводники 3; внешние выводы 4; металлическое основание 5; крышка 6; отверстие в диэлектрической плате 7; металлизация боковой поверхности платы 8.

На фиг. 3 изображен разрез и вид сверху (без крышки) корпуса для интегральной схемы СВЧ, где показаны диэлектрическая рамка 9; металлизация рамки 10.

На фиг. 4 изображен разрез корпуса в плоской диэлектрической крышкой, где показана пластина из тепло- и электропроводного материала 11.

Пример. Корпус интегральной схемы СВЧ-диапазона, содержащий диэлектрическую пластину 1, например, из алюмоксидной керамики 22хC или поликора размером 9х9 ММ х 0,5 мм, с микрополосковыми линиями 2 со структурой, например, паста Pd/Au или Ti (100 Ом/) Pd (0,2 мкм) Au (3 мкм) и шириной 0,5 мм, на одной стороне, с металлическими проводниками 3,например, в виде отверстия, заполненного металлизационной пастой, или металлизированного отверстия заполненное проемом Au Si или гальванически заращенного медью. Проводники 3 проходят через отверстия в диэлектрической пластине 1, соединены с внешними выводами 4, например, выполненными из сплава МД-50 толщиной 100 мкм с покрытием Ni (0,5 мкм) Au (3 мкм), расположенными на другой стороне пластины 1. Металлическое основание 5 выполнено, например, МД-50 толщиной 100 мкм с покрытием Ni (0,5 мкм) А (3 мкм). Крышка выполнена, например, также из МД-50 толщиной 100 мкм с покрытием Ni (0,5 мкм) и Au (3 мкм), высотой 2 мм. Микрополосковые линии 2 расположены на периферийной части диэлектрической пластины 1 в пределах, например, 2 мм от края. В центре пластины 1 выполнено отверстие 7 размером 5,1х5,1 мм для размещения интегральной схемы, например гибридной интегральной схемы размером 5х5-0,5 мм. Расстояние между схемой и краем отверстия равно 50 мкм. Диаметр сечения металлических проводников 3, проходящих через пластину 1, составляет 0,9 от ширины микрополосковой линии, т. е. 0,4 мм. Металлическое основание 5 выполнено в составе выводной рамки, т. е. совмещено с системой выводов корпуса, и выбрано, например, толщиной 50 мкм. Перекрытие отверстия 7 в диэлектрической пластине 1 металлическим основанием составляет величину; например, 0,3 мм. Основание герметично соединено с диэлектрической пластиной, например, методом, указанным в [3] или припаяно припоем Au Si эвтектического состава к предварительно металлизированной поверхности диэлектрической пластины, например, покрытой металлизационной пастой Pd/Au с последующим отжигом. Боковая поверхность 8 диэлектрической пластины 1 может быть частично металлизирована, например, покрыта металлизационной пастой Pd/Au за исключением мест вокруг выводов на расстоянии 0,5 мм от выводов.

Между крышкой 6 и диэлектрической пластиной 1 может быть расположена диэлектрическая рамка 9, например из керамики 22хc размером 9х9х0,5 мм, метеллизированная по внешней боковой поверхности 10, металлизированной пастой.

Рамка 9 герметично соединена с диэлектрической пластиной 1, например, спрессована или соединена стеклом, а с крышкой спаяна по предварительно металлизированной поверхности. Ширина рамки 9 обеспечивает перекрытие мест прохождения металлических проводников 3 через диэлектрическую пластину 1 на величину, например, 200 мкм. Крышка может быть выполнена плоской, например, из кварца, толщиной 200 мкм. В отверстии 7 на металлическом основании 5 может быть закреплена пластина 11, например, из МД-50. В случае применения рамки 9 отверстие 7 может быть 6,1х6,1 мм, а схема будет размером 6х6х0,5 мм.

Устройство работает следующим образом. Сигнал поступает по выводам корпуса, через микрополосковые линии и соединительные проводники и гибридной интегральной схеме, проходит соответствующую обработку (усиление, преобразование частоты, смещение, переключение на разные выводы, ограничение и т.п.). Преобразованный сигнал снимается с выходных выводов корпуса. Теплота, выделяемая схемой, отводится через металлическое основание, а такие через диэлектрическую пластину и плоскую крышку. Таким образом создаются лучшие условия для теплорассеивания.

Использование предлагаемого корпуса позволит по сравнению с прототипом улучшить электрические характеристики за счет коротких соединительных проводников и согласования микрополосковых линий и внешних выводов; улучшить массогабаритные характеристики за счет уменьшения веса и габаритных размеров; улучшить теплорассеивающие характеристики за счет исключения под схемой диэлектрической пластины и уменьшения толщины металлического основания, а значит, снижения теплового сопротивления.

Источники информации
1. Патент ГДР N 240029, кл. H 01 L 29/76, 21,58, 21/60, приоритет 05.08.85 г. публикация 15.10.86 г.

2. А.с. СССР N 1393259, приоритет 22.09.86 г. кл. H 01 L 23/56.

3. Патент Японии 1-50448, кл. H 01 L 23/02, 23/08, 23/34, публикация 27.02.89 г.

Область использования изобретения: изобретение относится к электронной технике. Сущность изобретения заключается в том, что в корпусе для интегральной схемы СВЧ-диапазона, содержащей металлическое основание 5 корпуса, расположенную на нем одной своей стороной с внешними выводами диэлектрическую пластину 1 с микрополосковыми линиями 2 на ее противоположной стороне по периферии, которые электрически соединены с внешними выводами 4 посредством сквозных металлических проводников в диэлектрической пластине 1, интегральную схему СВЧ-диапазона 4, размещенную на диэлектрической пластине 1 и электрически соединенную с ее микрополосковыми линиями 2, и крышку 6 корпуса, герметично соединенную по периметру с диэлектрической пластиной 1, в центре диэлектрической пластины 1 выполнено отверстие 2, диаметр поперечного сечения сквозных металлических проводников 3 диэлектрической пластины 1 составляет 0,1 - 1,0 от ширины микрополосковой линии 2 диэлектрической пластины 1, металлическое основание 5 корпуса расположено в одной плоскости с внешними выводами, выполнено толщиной 0,03 - 1,5 мм с возможностью перекрытия отверстия 7 диэлектрической платины 1, величина которого составляет 0,1 - 1,5 мм, и герметично соединено с диэлектрической пластиной 1, причем интегральная схема СВЧ-диапазона размещена в отверстии 7 диэлектрической пластины 1 с зазором между ней и стенками отверстия, величина которого составляет не более 250 мкм, заподлицо с поверхностью диэлектрической пластины 1 с микрополосковыми линиями 2 с возможностью теплового контакта с основанием 5 корпуса. 6 з.п. ф., 4 ил.

1. Корпус интегральной схемы СВЧ диапазона, содержащий металлическое основание, расположенную на нем одной своей стороной с внешними выводами диэлектрическую пластину с микрополосковыми линиями на ее противоположной стороне, по периферии для электрического соединения с интегральной схемой СВЧ-диапазона, которые электрически соединены с внешними выводами посредством сквозных металлических проводников в диэлектрической пластине, и крышку, герметично соединенную по периметру с диэлектрической пластиной, отличающийся тем, что в центре диэлектрической пластины выполнено отверстие для размещения в нем интегральной схемы СВЧ-диапазона заподлицо с поверхностью диэлектрической пластины с микрополосковыми линиями с возможностью теплового контакта интегральной схемы СВЧ-диапазона с основанием и с зазором между стенками указанного отверстия и указанной интегральной схемой СВЧ-диапазона не более 250 мкм, а сквозные металлические проводники диэлектрической пластины выполнены с диаметром в поперечном сечении, который составляет 0,1-1,0 от ширины микрополосковой линии диэлектрической пластины, причем металлическое основание расположено в одной плоскости с внешними выводами, выполнено толщиной 0,03 1,5 мм с возможностью перекрытия отверстия диэлектрической пластины, величина которого составляет 0,1 1,5 мм, и герметично соединено с диэлектрической пластиной. 2. Корпус по п.1, отличающийся тем, что крышка корпуса выполнена из металла, а части торцовой поверхности диэлектрической пластины, расположенные между внешними выводами, выполнены металлизированными на расстоянии от внешних выводов, равном 0,9 1,1 ширины внешнего вывода. 3. Корпус по п.1 или 2, отличающийся тем, что он снабжен диэлектрической рамкой с металлизированными торцовым поверхностями и металлизированной поверхностью с одной ее стороны, которая расположена между крышкой и диэлектрической пластиной, обращена своей стороной с металлизированной поверхностью к крышке и герметично соединена с ним, причем диэлектрическая рамка выполнена и расположена с обеспечением перекрытия сквозных проводников диэлектрической пластины на величину не более 1 мм. 4. Корпус по п.1, отличающийся тем, что крышка выполнена плоской из диэлектрического материала толщиной, которая выбирается из следующего соотношения

где h толщина крышки, м;
l - длина волны, м;
ε - диэлектрическая проницаемость материала крышки. 5. Корпус по п.1 или 3, отличающийся тем, что крышка по крайней мере частично выполнена из материала, поглощающего СВЧ-излучения. 6. Корпус по п.1, или 2, или 3, или 4, отличающийся тем, что основание снабжено пластиной для размещения интегральной схемы СВЧ-диапазона, которая выполнена из теплопроводного и электропроводного материала, расположена в отверстии диэлектрической пластины на основании и закреплена на нем. 7. Корпус по п.1, или 2, или 3, или 4, или 5, или 6, отличающийся тем, что крышка соединена с металлическим основанием через металлизированное отверстие в диэлектрической пластине.