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

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

Известна гибридная интегральная схема СВЧ-диапазона, содержащая многослойную печатную плату с плоским гибким изолирующим слоем, на котором выполнен ряд проводящих контактов для соединения с выводами модульных элементов схемы или держателем. Соединения между контактами обеспечивают проводящие перемычки, расположенные в одной или нескольких плоскостях внутри многослойной платы в местах установки модулей или держателей компонентов схемы. В гибком диэлектрике выполнены отверстия. Отдельный жесткий металлический элемент служит для отвода тепла от деталей схемы. Его накладывают на плату таким образом, что металлические выступы, проводящие тепло, входят в отверстия и соприкасаются с модулями или держателями элементов схемы. Дополнительно к этому на верхнюю часть деталей схемы можно наложить еще один или несколько жестких элементов, также изготовленных из теплопроводящего материала. Для обеспечения контакта выступа с деталями схемы используются зажимные скобы.

Гибкость слоистой структуры предотвращает концентрацию механических напряжений, которые обусловлены различием коэффициентов теплового расширения слоистой структуры и деталей схемы. Слоистая структура может изгибаться между модулями или держателями, что улучшает контакт выступов с деталями и сводит к минимуму опасность отрыва деталей от поверхности платы (GB, А, 2129223).

Указанной гибридной схеме присущи недостаточно высокие массогабаритные и электрические характеристики.

Известен полупроводниковый прибор с обратным монтажом, в котором на кристалле сформированы выступающие цилиндрические выводы из металла. Поверхность кристалла за исключением выводов покрыта слоем изоляционной смолы, толщина которого совпадает с высотой выводов. Присоединение кристалла к носителю осуществлено с помощью припоя, залитого в полость выводов (JP, А, 57-57303).

Указанному полупроводниковому прибору присущи низкие электрические параметры в случае использования в СВЧ-диапазоне, что связано с наличием больших по площади контактных площадок, например 100 х 100 мкм, и, соответственно, больших кристаллов, например больше 1 х 1 мм. Тогда, как наиболее распространенными на СВЧ-диапазоне являются кристаллы с размерами 0,5 х 0,5 мм (или 1 х 1 - 0,08 х 0,08 мм) с размерами контактных площадок, например 0,03 х 0,03 - 0,015 х 0,015 мм, что связано с желанием иметь минимальные паразитные емкости.

Кроме того, изготовление выступа на металлическом основании размером, близким к размеру контактной площадки, и его точная установка в отверстии платы вызывает определенные трудности, в особенности при маленьких кристаллах.

В основу настоящего изобретения была положена задача создания гибридной интегральной схемы СВЧ-диапазона, конструктивное выполнение которой обеспечивало бы улучшение электрических и теплорассеивающих характеристик, расширение частотного диапазона работы схемы и снижение трудоемкости изготовления.

Это достигается тем, что в гибридной интегральной схеме СВЧ-диапазона, содержащей диэлектрическую плату с топологическим рисунком металлизации на лицевой стороне платы, экранной заземляющей металлизацией на обратной стороне и отверстием, металлические основание, скрепленное с экранной заземляющей металлизацией платы и имеющее выступ, расположенный в отверстии платы, кристалл бескорпусного полупроводникового прибора, установленный контактными площадками к лицевой поверхности платы, часть которых электрически соединена с топологическим рисунком металлизации, а другая часть, подлежащая заземлению, электрически соединена с выступом металлического основания, согласно настоящему изобретению, отверстие в плате имеет сужение на высоте 1-300 мкм от лицевой поверхности платы, выступ металлического основания расположен в широкой части отверстия, контактные площадки кристалла, подлежащие заземлению, электрически соединены с металлическим выступом основания через сужение отверстия, которое заполнено электро- и теплопроводящим материалом, причем размер широкой части отверстия равен от 0,2 х 0,2 мм до размера кристалла, а расстояние между боковыми стенками выступа и боковыми стенками широкой части отверстия равно 0,001- 1,0 мм.

Отверстие в плате может быть металлизировано.

Целесообразно, чтобы расстояние между боковыми стенками выступа и боковыми стенками отверстия было заполнено электро- и теплопроводящим материалом.

Наличие сужения отверстия к лицевой поверхности платы позволяет выполнить выход заземляющего контакта на поверхности платы соизмеримым с размерами контактных площадок, подлежащих заземлению, то есть с малыми паразитными параметрами и малой площадью, а значит позволяет улучшить электрические и массогабаритные характеристики.

Наличие широкой части отверстия и расположение в нем выступа металлического электро- и теплопроводящего основания обеспечивает улучшение качеств заземления и приближает теплопроводящее основание к наиболее сильно нагреваемой части кристалла, а именно к его лицевой поверхности в области, например, затвора, в случае полевого транзистора или p-n переходов в случае биполярного транзистора, а значит улучшает теплорассеивающие характеристики схемы.

Соединение контактных площадок кристалла с выступом основания через сужение отверстия, заполненного электро- и теплопроводящим материалом, обеспечивает хороший электрический и тепловой контакт, а значит улучшает электрические и теплорассеивающие характеристики схемы.

Высота сужения снизу определяется минимально возможной толщиной платы, а сверху - паразитной индуктивностью соединения. Ограничение расстояния между боковыми стенками выступа и боковыми стенками отверстия позволяет снизить требования по точности изготовления и совмещения отверстия и выступа и, тем самым, повысить технологичность схемы.

Наличие металлизации отверстия улучшает электрический и тепловой контакт и облегчает заполнение сужения отверстия электро- и теплопроводящим материалом.

Далее изобретение поясняется описанием конкретного примера его выполнения и прилагаемым чертежом, на котором изображена патентуемая гибридная интегральная схема СВЧ-диапазона (разрез).

Гибридная интегральная схема СВЧ-диапазона, согласно изобретению, содержит диэлектричеcкую плату 1, например поликоровую, толщиной 0,5 мм, имеющую топологический рисунок 2 металлизации на лицевой стороне платы 1 и экранную заземляющую металлизацию 3 на обратной стороне. Состав металлизации, например Ti(100 Ом/мм²)-Pd(0,2 мкм)-Au(3 мкм). Плата 1 имеет отверстие 4.

Металлическое основание 5 скреплено с экранной заземляющей металлизацией 3, например при помощи припоя (Au-Si) эвтектического состава. Основание 5 имеет выступ 6 размеров, например 0,5 х 0,5 х 0,4 мм, расположенный в отверстии 4 платы 1 с размером широкой части отверстия 4, например, 0,8 х 0,8 х 0,4 мм и узкой (сужения) 0,15 х 0,4 х 0,1 мм.

Кристалл 7 бескорпусного полупроводникового прибора, например транзистор ЗП603Б-5 размером 0,5 х 0,45 х 0,3 мм, установлен контактными площадками 8 размером 60 х 60 мкм к лицевой поверхности платы 1, причем часть площадок 8 соединена с топологическим рисунком 2 металлизации, а часть площадок 8, подлежащих заземлению, соединена с выступом 6. Отверстие 4 в плате 1 имеет сужение 9 у лицевой поверхности платы 1. Выступ 6 металлического основания 5 расположен в широкой части 10 отверстия 4. Контактные площадки 8 кристалла 7, подлежащие заземлению, соединены с металлическим выступом 6 основания 5 через сужение 9 отверстия 4, заполненное электро- и теплопроводящим материалом 11, например припоем (Au-Si). Высота (длина) сужения 9 отверстия 4 выбрана равной 0,1 мм, а расстояние между боковыми стенками выступа 6 и боковыми стенками широкой части 10 отверстия 4 выбрано равным 0,15 мм.

Отверстие 4 в плате 1 металлизировано (позиция 12), состав металлизации, например Pd-Ni (0,2 мкм) - Cu (3 мкм) - Ni (0,6 мкм) - Au (2 мкм).

Схема, согласно изобретению, работает следующим образом.

Сигнал подается на вход кристалла 7 полупроводникового прибора, проходит соответствующее преобразование и преобразованный сигнал снимается с выхода схемы. При этом обеспечивается качественное заземление с малыми паразитными параметрами и достаточное теплорассеивание через металлизацию отверстия, электро- и теплопроводящий материал в отверстии, выступ основания и основание.

Патентуемая гибридная интегральная схема СВЧ-диапазона позволяет улучшить электрические параметры схемы за счет создания соединений контактных площадок кристалла, подлежащих заземлению, с выступом основания с малыми паразитными параметрами при обеспечении улучшения теплорассеивания от наиболее сильно нагревающейся части кристалла, улучшает технологичность схемы за счет снижения требований к точности выполнения отверстия, выступа и их совмещения при сборке.

При описании рассматриваемого варианта 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: электронная техника, полупроводниковая микроэлектроника. Сущность изобретения: гибридная интегральная схема СВЧ-диапазона содержит диэлектрическую плату с топологическим рисунком металлизации на лицевой стороне платы, экранной заземляющей металлизацией на обратной стороне и отверстием и металлическое основание с выступом. Отверстие в плате имеет сужение на высоте 1 - 300 мкм от лицевой поверхности платы. Выступ расположен в широкой части отверстия. Контактные площадки кристалла, подлежащие заземлению, соединены с выступом через сужение отверстия, которое заполнено электро- и теплопроводящим материалом. Размер широкой части отверстия равен от 0,2 х 0,2 мм до размера кристалла, а расстояние между боковыми стенками выступа и боковыми стенками широкой части отверстия равно 0,001 - 1,0 мм. Техническим результатом изобретения является улучшение электрических и теплорассеивающих характеристик, расширение частотного диапазона работы схемы и снижение трудоемкости изготовления. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Гибридная интегральная схема СВЧ-диапазона, содержащая диэлектрическую плату с топологическим рисунком металлизации на лицевой стороне платы, экранной заземляющей металлизацией на обратной стороне и отверстием, металлическое основание, скрепленное с экранной заземляющей металлизацией платы и имеющее выступ, расположенный в отверстии платы, кристалл бескорпусного полупроводникового прибора, установленный контактными площадками к лицевой поверхности платы, часть которых электрически соединена с топологическим рисунком металлизации, а другая часть, подлежащая заземлению, электрически соединена с выступом металлического основания, отличающаяся тем, что отверстие в плате имеет сужение на высоте 1 - 300 мкм от лицевой поверхности платы, выступ металлического основания расположен в широкой части отверстия, контактные площадки кристалла, подлежащие заземлению, электрически соединены с металлическим выступом основания через сужение отверстия, которое заполнено электро- и теплопроводящим материалом, причем размер широкой части отверстия равен от 0,2 х 0,2 мм до размера кристалла, а расстояние между боковыми стенками выступа и боковыми стенками широкой части отверстия равно 0,001 - 1,0 мм. 2. Гибридная интегральная схема СВЧ-диапазона по п.1, отличающаяся тем, что отверстие в плате металлизировано. 3. Гибридная интегральная схема СВЧ-диапазона по п.1 или 2, отличающаяся тем, что расстояние между боковыми стенками выступа и боковыми стенками отверстия заполнено электро- и теплопроводящим материалом.