МОЩНАЯ ГИБРИДНАЯ ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА СВЧ ДИАПАЗОНА Российский патент 2000 года по МПК H01L27/02 H01L25/16 

Изобретение относится к области электронной техники, а более точно касается мощной гибридной интегральной схемы СВЧ диапазона, и может быть использовано в полупроводниковой микроэлектронике.

Известна гибридная интегральная схема СВЧ диапазона, в которой диэлектрическая плата с топологическим рисунком металлизации на лицевой стороне и экранной заземляющей металлизацией на обратной стороне закреплена на металлическом основании с выступом, который расположен в отверстии платы и имеет в верхней своей части посадочную площадку, на которой расположен кристалл полупроводникового прибора. Заземляющий контакт выполнен в виде прямоугольной части выступа основания, причем верхняя часть заземляющего контакта на выступе основания и лицевая поверхность кристалла расположены в одной плоскости с лицевой поверхностью платы. Контактные площадки кристалла, расположенные со стороны металлического заземляющего выступа, соединены с ним, а контактные площадки, расположенные в центре кристалла, соединены через выступ с топологическим рисунком металлизации платы ("Усилитель на транзисторах", N М 42213, 6Ш2030295 ТУ, Ред. 2-89, ТС2.030.150СБ, 1989).

Вышеописанной гибридной интегральной схеме СВЧ диапазона присущи низкие электрические и массогабаритные характеристики и сложность изготовления, связанная с необходимостью точного изготовления выступа на основании и отверстия в плате.

Известна гибридная интегральная схема СВЧ диапазона, в которой диэлектрическая плата с топологическим рисунком металлизации на лицевой стороне и экранной заземляющей металлизацией на обратной стороне платы также закреплена на металлическом основании с выступом, который также расположен в отверстии платы и имеет в верхней своей части посадочную площадку, на которой расположен кристалл полупроводникового прибора. Выступ имеет два заземляющих контакта в виде металлических параллелепипедов, расположенных с двух противоположных сторон кристалла и находящихся в одной плоскости с лицевой поверхностью кристалла и лицевой поверхностью платы. Выводы (истока и стока) транзистора расположены с двух противоположных сторон и электрически соединены с топологическим рисунком металлизации платы, а затворы транзистора соединены между собой и с заземляющими контактами металлического выступа, что позволило по сравнению с вышеописанной схемой сократить длину вывода и тем самым улучшить характеристики, но не достаточно ("Усилитель транзисторный", N М 42213, 6Ш2030295 ТУ, Ред. 2-89, КРПГ 434815.005СБ, 1989).

Указанной схеме присущи недостаточно высокие электрические и массогабаритные характеристики и сложность изготовления, связанная с необходимостью точного изготовления выступа на металлическом основании и отверстия в плате.

В основу изобретения была положена задача создания мощной гибридной интегральной схемы СВЧ диапазона, конструктивное выполнение которой позволило бы улучшить электрические и массогабаритные характеристики и повысить технологичность.

Это достигается тем, что в мощной гибридной интегральной схеме СВЧ диапазона, содержащей металлическое электро- и теплопроводящее основание с выступом, на котором установлен и закреплен кристалл бескорпусного полупроводникового прибора с контактными площадками, расположенную на основании диэлектрическую плату с топологическим рисунком металлизации на лицевой стороне платы и экранной заземляющей металлизацией на обратной стороне и отверстием, причем выступ с кристаллом расположен в отверстии платы таким образом, что плоскость лицевой поверхности кристалла совпадает с плоскостью лицевой поверхности платы, часть контактных площадок кристалла электрически соединена с сигнальными проводниками топологического рисунка металлизации, а часть заземлена соединением с выступом металлического основания, согласно настоящему изобретению на обратной стороне платы над выступом основания выполнено углубление длиной и шириной, превышающей длину и ширину выступа на 0,1-1,0 мм, с отверстиями в дне диаметром 0,1-0,5 мм или эквивалентные по площади сечения прямоугольные металлизированные отверстия по меньшей мере частично заполненные электро- и теплопроводящим материалом, при этом верхняя часть выступа основания, свободная от кристалла, электрически соединена с дном углубления, причем заземление части контактных площадок кристалла выполнено через отверстия в дне углубления, а расстояние между кристаллом и стенками отверстия, в котором он установлен, менее 150 мкм, а расстояние между отверстием под кристалл и отверстиями для заземления менее 150 мкм.

По краям металлического основания может быть выполнен выступ в виде рамки, а по краю платы с обратной ее стороны выполнена выборка также в виде рамки, при этом рамочный выступ может быть расположен в выборке и герметично соединен с дном выборки, причем толщина платы в выборке равна толщине дна в углублении, расстояние между боковой поверхностью платы в выборке и металлическим рамочным выступом основания должно быть равно половине превышения длины и ширины углубления над длиной и шириной выступа.

Желательно, чтобы заземление контактных площадок кристалла осуществлялось по стороне отверстия под кристалл.

Выводы, соединяющие контактные площадки, подлежащие заземлению, могут быть расположены между стенками отверстия в плате и боковой поверхностью кристалла и электрически соединены с металлическим выступом под кристаллом.

Патентуемая мощная гибридная интегральная схема СВЧ диапазона позволяет:
- во-первых, сократить длину соединительных проводников за счет уменьшения расстояния между контактными площадками кристалла и топологическим рисунком металлизации и между контактными площадками кристалла и заземляющими отверстиями и тем самым уменьшить их паразитную индуктивность, а значит улучшить электрические параметры схемы;
- во-вторых, уменьшить площадь заземляющего контакта на плате за счет замены заземляющего контакта выступа на заземляющее отверстие, заполненное электропроводящим материалом, и тем самым улучшить массогабаритные характеристики;
- в-третьих, снизить требования к точности изготовления углубления, выборки, выступа, рамочного выступа, расположения отверстия для кристалла, а также снизить требования к точности сборки платы и основания и кристалла и основания и тем самым повысить технологичность.

Далее изобретение поясняется описанием конкретных примеров его выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых:
фиг. 1 изображает патентуемую мощную гибридную интегральную схему СВЧ диапазона (разрез);
фиг. 2 - то же, что на фиг. 1 (вид сверху);
фиг. 3 - другой вариант выполнения патентуемой гибридной интегральной схемы СВЧ диапазона (разрез);
фиг. 4 - то же, что на фиг. 3 (вид сверху);
фиг. 5 - еще один вариант выполнения патентуемой гибридной интегральной схемы СВЧ диапазона (разрез);
фиг. 6 - то же, что на фиг. 5 (вид сверху).

Патентуемая мощная гибридная интегральная схема СВЧ диапазона содержит металлическое электро- и теплопроводящее основание 1 (фиг. 1) с выступом 2, на котором установлен и закреплен кристалл 3 бескорпусного полупроводникового прибора, например транзистора 3П603Б-5, размером 0,5 х 0,45 х 0,3 мм с контактными площадками 4, расположенную на основании 1 диэлектрическую плату 5, например поликоровую, размером 30 х 48 х 0,5 мм с топологическим рисунком 6 металлизации на лицевой стороне платы 5 и экранной заземляющей металлизацией 7 на обратной стороне, например, имеющих структуру Ti (0,02 мкм) - Pd (0,2 мкм) - Au (3 мкм), и отверстием 8 размером, например, 0,6 х 0,55 мм. Выступ 2 с кристаллом 3 расположен в отверстии 8 платы 5 таким образом, что плоскость лицевой поверхности кристалла 3 совпадает с плоскостью лицевой поверхности платы 5. Часть контактных площадок 4 кристалла 3 электрически соединена с сигнальными проводниками 9 (фиг. 2) топологического рисунка 6 металлизации, а часть заземлена соединением с выступом 2 (фиг. 1) металлического основания 1.

На обратной стороне платы 5 над выступом 2 основания 1 выполнено углубление 10, превышающее длину и ширину выступа 2 основания, например, на 1 мм, а глубина углубления 10 выбрана, например, равной 0,2 мм. Дно углубления 10 длиной и шириной превышает длину и ширину выступа 2 на 0,5 мм. Верхняя часть выступа 2 основания 1, свободная от кристалла 3, электрически соединена с дном углубления 10, например припаяна припоем (Au-Si), или электрически соединена методом диффузионной сварки. Заземление части контактных площадок 4 кристалла 3 выполнено через отверстие 11 в дне углубления 10, заполненное электро- и теплопроводящим материалом, например припоем (Au-Si), которым припаяно дно углубления 10 к выступу 2, или отверстия могут быть заращены гальванически, например, медью с последующим покрытием никелем и золотом. Расстояние между кристаллом 3 и отверстием 11 для заземления выбрано равным 100 мкм, а расстояние между кристаллом 3 и стенками отверстия 8 также выбрано равным 100 мкм. По краям металлического основания 1 выполнен выступ в виде рамки 12, например, шириной 1 мм, высотой 0,3 мм, а по краям платы 5 с обратной ее стороны выполнена выборка 13 в виде рамки, например, шириной 1,25 мм, глубиной 0,2 мм. Рамочный выступ 12 расположен в выборке 13 и герметично соединен, например, припоем Au-Si эвтектического состава с дном выборки 13. Толщина платы 5 в выборке 13 равна толщине в углублении 10. Расстояние между боковой поверхностью платы 5 в выборке 13 и металлическим рамочным выступом 12 основания 1 равно половине превышения длины и ширины углубления 10 над длиной и шириной выступа 2, то есть 0,25 мм. Пространства под платой 5 и над платой 5 соединены отверстием 14 для выравнивания давления.

Выводы, соединяющие контактные площадки 4, подлежащие заземлению, расположены между стенками отверстия 8 в плате 5 и боковой поверхностью кристалла 3 и электрически соединены с металлическим выступом 2 над кристаллом 3.

На фиг. 3 и 4 представлен вариант выполнения патентуемой схемы, когда заземление проходит по боковой стенке отверстия 8 под кристалл 3.

На фиг. 5 и 6 представлен еще один вариант выполнения патентуемой схемы с заземляющими выводами 15, расположенными между стенками отверстия 8 в плате 5 и кристаллом 3 и электрически соединенными с выступом 2 металлического основания 1 под кристаллом 3 полупроводникового прибора.

Таким образом, предлагаемая патентуемая мощная гибридная интегральная схема СВЧ диапазона позволяет:
- во-первых, уменьшить длины выводов, а значит их паразитные индуктивности и емкости и тем самым улучшить электрические параметры;
- во-вторых, сократить площадь заземляющего контакта и придать ему форму, обеспечивающую лучшее теплорастекание, и тем самым улучшить массогабаритные характеристики схемы;
- в-третьих, снизить требования к точности изготовления основания и платы, а также снизить требования к точности сборки платы и основания, кристалла и основания и тем самым повысить технологичность.

Кроме того, из конструкции могут быть исключены рамочные прокладки между основанием и платой и тем самым дополнительно могут быть улучшены массогабаритные характеристики, а также упрощена конструкция.

При описании рассматриваемых вариантов осуществления изобретения для ясности используется конкретная узкая терминология. Однако изобретение не ограничивается принятыми терминами, и необходимо иметь в виду, что каждый такой термин охватывает все эквивалентные термины, работающие аналогично и используемые для решения тех же задач.

Хотя настоящее изобретение описано в связи с предпочтительным видом реализации, понятно, что могут иметь место изменения и варианты без отклонения от идеи и объема изобретения, что компетентные в данной области лица легко поймут.

Эти изменения и варианты считаются не выходящими за рамки сущности и объема изобретения и прилагаемых пунктов формулы изобретения.

Использование: полупроводниковая микроэлектроника. Сущность изобретения: в мощной гибридной интегральной схеме СВЧ диапазона на обратной стороне платы под выступом основания выполнено углубление с отверстиями в дне определенных размеров, при этом верхняя часть выступа основания, свободная от кристалла, электрически соединена с дном углубления, причем заземление части контактных площадок кристалла выполнено через отверстия в дне углубления, расстояние между кристаллом и стенками отверстия, в котором он установлен, менее 150 мкм, а расстояние между отверстием под кристалл и отверстием для заземления менее 150 мкм. Техническим результатом изобретения является улучшение электрических и массогабаритных характеристик интегральной схемы, а также повышение ее технологичности. 3 з.п.ф-лы, 6 ил.

1. Мощная гибридная интегральная схема СВЧ диапазона, содержащая металлическое электро- и теплопроводящее основание с выступом, на котором установлен и закреплен кристалл бескорпусного полупроводникового прибора с контактными площадками, расположенную на основании диэлектрическую плату с топологическим рисунком металлизации на лицевой стороне платы и экранной заземляющей металлизацией на обратной стороне и отверстием, причем выступ с кристаллом расположен в отверстии платы так, что плоскость лицевой поверхности кристалла совпадает с плоскостью лицевой поверхности платы, часть контактных площадок кристалла электрически соединена с сигнальными проводниками топологического рисунка металлизации, а часть заземлена соединением с выступом металлического основания, отличающаяся тем, что на обратной стороне платы над выступом основания выполнено углубление длиной и шириной, превышающей длину и ширину выступа на 0,1 - 1,0 мм, с отверстиями в дне диаметром 0,1 - 0,5 мм или эквивалентные по площади сечения прямоугольные металлизированные отверстия, по меньшей мере, частично заполненные электро- и теплопроводящим материалом, при этом верхняя часть выступа основания, свободная от кристалла, электрически соединена с дном углубления, причем заземление части контактных площадок кристалла выполнено через отверстие в дне углубления, а расстояние между кристаллом и стенками отверстия, в котором он установлен, менее 150 мкм, а расстояние между отверстием под кристалл и отверстиями для заземления менее 150 мкм. 2. Мощная гибридная интегральная схема СВЧ диапазона по п.1, отличающаяся тем, что по краям металлического основания выполнен выступ в виде рамки, а по краю платы с обратной ее стороны выполнена выборка также в виде рамки, при этом рамочный выступ расположен в выборке и герметично соединен с дном выборки, причем толщина платы в выборке равна толщине дна в углублении, расстояние между боковой поверхностью платы в выборке и металлическим рамочным выступом основания равно половине превышения длины и ширины углубления над длиной и шириной выступа. 3. Мощная гибридная интегральная схема СВЧ диапазона по п.1 или 2, отличающаяся тем, что заземление контактных площадок кристалла осуществлено по стороне отверстия под кристалл. 4. Мощная гибридная интегральная схема СВЧ диапазона по п.1 или 2, отличающаяся тем, что выводы, соединяющие контактные площадки, подлежащие заземлению, расположены между стенками отверстия в плате и боковой поверхностью кристалла и электрически соединены с металлическим выступом под кристаллом.