МНОГОСЛОЙНАЯ ГИБРИДНАЯ ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА СВЧ И КВЧ ДИАПАЗОНОВ Российский патент 2000 года по МПК H01L27/02 H01L25/16 

Изобретение относится к электронной технике, в частности к многослойной гибридной интегральной схеме СВЧ и КВЧ диапазонов, и может быть использовано в полупроводниковой микроэлектронике.

Известен объемный высокочастотный интегральный модуль (SU, А, 1679664), представляющий собой объемную гибридную интегральную схему, содержащую пакет 10 жестких диэлектрических микрополосковых плат. Возможность размещения бескорпусных полупроводниковых приборов в данной конструкции обеспечивается изготовлением сквозных отверстий в прокладках из пенообразного диэлектрика, располагаемого между жесткими диэлектрическими платами объемной интегральной схемы, и расположением полупроводниковых приборов в этих отверстиях.

Данная конструкция имеет недостаточно высокие электрические и массогабаритные характеристики, обусловленные необходимостью установки прокладок из пенообразного диэлектрика.

Известен объемный интегральный высокочастотный модуль (SU, А, 1700789), представляющий собой объемную многослойную гибридную интегральную схему, содержащую пакет жестких диэлектрических плат, закрепленных в металлических рамках. Возможность установки бескорпусных полупроводниковых приборов обеспечивается тем, что платы через слой выполнены более длинными и в образовавшемся пространстве через слой могут быть установлены бескорпусные полупроводниковые приборы.

В данной конструкции используются длинные соединительные проводники, соединяющие контактные площадки кристаллов бескорпусных полупроводниковых приборов и топологический рисунок металлизации платы, а также длинные коммутационные проводники плат, обусловленные невозможностью установки кристаллов в любом месте на платах, что ухудшает электрические характеристики схемы.

Выполнение части плат более длинными ухудшает массогабаритные характеристики, а наличие большой воздушной прослойки вокруг кристаллов ухудшает условия теплоотводов от кристаллов полупроводниковых приборов.

В основу настоящего изобретения положена задача создания многослойной гибридной интегральной схемы СВЧ и КВЧ диапазонов с таким размещением навесных кристаллов бескорпусных полупроводниковых приборов, которое обеспечивало бы улучшение электрических и массогабаритных характеристик и улучшение условий теплоотвода от кристаллов.

Поставленная задача решается тем, что в многослойной гибридной интегральной схеме СВЧ и КВЧ диапазонов, содержащей пакет скрепленных между собой твердых диэлектрических плат с топологическим рисунком металлизации по меньшей мере на одной стороне плат и навесными кристаллами бескорпусных полупроводниковых приборов, расположенными в углублениях плат и закрепленными в них связующим веществом, контактные площадки кристаллов электрически соединены с топологическим рисунком металлизации, согласно изобретению углубления для кристаллов бескорпусных полупроводниковых приборов выполнены в тех платах, на которых устанавливаются кристаллы по меньшей мере на одной из сторон платы, причем их глубина обеспечивает размещение лицевых поверхностей кристаллов полупроводниковых приборов в одной плоскости с поверхностью платы, на которой выполнено углубление, а расстояние между боковыми стенками углубления и кристаллами бескорпусных полупроводниковых приборов составляет 1 - 180 мкм, расстояние между лицевой поверхностью приборов и поверхностью, прилегающей в пакете платы по отношению к плате, на которой установлены кристаллы бескорпусных полупроводниковых приборов, составляет 1-100 мкм.

Углубления в платах выполнены металлизированными, причем в дне углубления выполнены металлизированные отверстия, электрически соединенные с металлизационным рисунком противоположной стороны платы, а связующее вещество для закрепления кристаллов бескорпусных полупроводниковых приборов в углублениях является электро- и теплопроводящим веществом.

В поверхности платы, прилегающей к той, на которой в углублениях расположены кристаллы бескорпусных полупроводниковых приборов, под кристаллами с противоположной стороны платы выполнено дополнительное углубление, заполненное теплопроводящим материалом и соединенное с теплоотводом, причем глубина дополнительного углубления составляет 5-950 мкм, а его длина и ширина превышают размеры кристаллов полупроводниковых приборов.

Выполнение определенным образом, указанным в формуле изобретения, углублений на поверхности плат и размещение в них кристаллов навесных бескорпусных полупроводниковых приборов обеспечивает: во-первых, уменьшение длины проводников, а следовательно, улучшение электрических характеристик; во-вторых, улучшение массогабаритных характеристик.

Выполнение углублений металлизированными, а в дне углублений металлизированных отверстий, заполненных электро- и теплопроводящим веществом, обеспечивает улучшение условий теплоотвода.

В дальнейшем настоящее изобретение поясняется конкретным примером его выполнения и прилагаемым чертежом, на котором изображен разрез многослойной гибридной интегральной схемы СВЧ и КВЧ диапазонов.

Многослойная гибридная интегральная схема СВЧ и КВЧ диапазонов согласно изобретению содержит пакет скрепленных между собой твердых диэлектрических плат 1, например, поликоровых или сапфировых толщиной 0,5 мм (или 1,0 мм) с топологическим рисунком 2 металлизации, представляющем собой, например, систему металлов из Ti (0,04 мкм) - Pd (0,2 мкм) - Au (3 мкм) или Cr (0,04 мкм) - Cu (напыленная 1 мкм) - Cu (3 мкм) - Ni (0,6 мкм) - Au (3 мкм гальванически осажденное). В схеме имеются кристаллы 3 навесных бескорпусных полупроводниковых приборов, например, транзисторов, контактные площадки 4 которых с помощью электрических соединений 5, например, из золотой проволоки диаметром 15 мкм, соединены с топологическим рисунком 2 металлизации. На поверхности диэлектрических плат 1 выполнены углубления 6 размером 0,6х0,6х0,17 мм в случае транзисторов 3П325А-5 и 0,5х0,5х0,17 мм в случае диодов 3А137А-5, в которых размещены и закреплены связующим веществом 7, например клеем ЭЧЭ-С (ЫУО. 028.052 ТУ) кристаллы 3 навесных бескорпусных полупроводниковых приборов. Часть углублений 8 в платах 1 могут быть выполнены металлизированными, а в части углублений в дне их могут быть выполнены металлизированные отверстия 9 для электрического соединения с металлизационным рисунком 10 противоположной стороны платы 1. Состав
металлизации, например: Pd - Ni (0,2 мкм) - Cu (3 мкм) - Ni (0,5 мкм) - Au (2 мкм). Диаметр отверстий 9 составляет, например, 100 мкм (50 мкм - 1,0 мм). Расстояние между платами 1 в пакете равно, например, 10 мкм.

Кристаллы 3 полупроводниковых приборов закреплены связующим электро- и теплопроводящим веществом 11, например клеем ЭЧЭ-С (ЫУО. 028.052 ТУ) или припоем (Au-Si) эвтектического состава. Металлизированные отверстия 9 в дне углубления 8 заполнены электро- и теплопроводящим веществом, например, припоем (Au-Si) или припоем, содержащим 65 мас.% Zn, 15 мас.% Cu, 20 мас.% А1. Под кристаллами 3 мощных полупроводниковых приборов, в поверхности нижерасположенной платы 1 могут быть выполнены углубления 12 глубиной, например, 300 мкм, заполненные теплопроводящим материалом 13, например, медносодержащей пастой (ПМП-В1 ВТО. 035.243 ТУ). Углубления 12, заполненные теплопроводящим материалом 13, соединены (механическим и тепловым контактом) с теплоотводом, например, охлаждаемым корпусом или тепловой трубой, проходящей через объем многослойной платы.

Схема согласно изобретению работает следующим образом.

В зависимости от функционального назначения гибридной интегральной схемы СВЧ сигнал подают на вход схемы, реализующей, преимущественно, многофункциональные устройства типа диаграммообразующих матриц с большими индексами MxN чисел входных и выходных каналов, наращенных фильтрами, усилителями, элементами контроля сигнала до автономного блока, либо приемо-передаточного модуля. В объемной структуре, образованной (многослойной платой) пространственно скомпонованными пленочными и навесными элементами, послойно разделенными диэлектрическими слоями, выполняется обработка высокочастотного сигнала: усиление, генерирование, преобразование, фильтрация, детектирование. Обработка сигналов и передачи их с одного пространственного уровня на другой уровень по вертикали является совмещенной; при этом функции передачи и согласования могут выполнять объемные распределительные емкостные переходы или межплатные соединения через металлизированные отверстия, а затем обработанный СВЧ сигнал выводится из схемы. Тепло, выделяемое кристаллами полупроводниковых приборов, рассеивается по объему многослойной (объемной) платы и отводится за счет тепловых контактов углублений, заполненных теплопроводящим материалом, а также торцевых поверхностей многослойной платы, с системой охлаждения, например, охлаждаемым корпусом или тепловой трубой, встроенной в объем многослойной платы.

Таким образом, патентуемая многослойная гибридная интегральная схема обеспечивает:
- во-первых, одновременное улучшение электрических характеристик схемы, уменьшение паразитных индуктивностей за счет уменьшения длины проводников, соединяющих контактные площадки, уменьшение длины коммутационных проводников в составе плат;
- во-вторых, одновременное улучшение массогабаритных характеристик за счет размещения кристаллов в объеме подложек плат;
- в-третьих, улучшение условий теплоотвода от кристаллов за счет выполнения под кристаллами углублений, заполненных теплопроводящим материалом, за счет реализации возможности размещения навесных бескорпусных полупроводниковых приборов в каждом слое многослойной платы гибридной интегральной схемы за счет размещения кристаллов в углублениях, выполненных в платах (в твердых диэлектрических подложках).

Кроме того, уменьшение длины соединительных и коммутационных проводников сократит расход драгоценных металлов в случае их применения.

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 вариантом 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: многослойная гибридная интегральная схема СВЧ и КВЧ диапазонов содержит пакет скрепленных между собой твердых диэлектрических плат с топологическим рисунком металлизации по меньшей мере на одной стороне плат и навесными кристаллами бескорпусных полупроводниковых приборов, расположенными в углублениях плат и закрепленными в них связующим веществом. Контактные площадки кристаллов электрически соединены с топологическим рисунком металлизации. Углубления для кристаллов выполнены в тех платах, на которых устанавливаются кристаллы по меньшей мере на одной из сторон платы. Глубина углублений обеспечивает размещение лицевых поверхностей кристаллов в одной плоскости с поверхностью платы, на которой выполнено углубление, а расстояние между боковыми стенками углубления и кристаллами составляет 1 - 180 мкм. Расстояние между лицевой поверхностью приборов и прилегающей в пакете платы по отношению к плате, на которой установлены кристаллы, составляет 1 - 100 мкм. Техническим результатом изобретения является улучшение электрических и массогабаритных характеристик и улучшение условий теплоотвода от кристаллов. 2 з. п.ф-лы, 1 ил.

1. Многослойная гибридная интегральная схема СВЧ и КВЧ диапазонов, содержащая пакет скрепленных между собой твердых диэлектрических плат с топологическим рисунком металлизации по меньшей мере на одной стороне плат и навесными кристаллами бескорпусных полупроводниковых приборов, расположенными в углублениях плат и закрепленными в них связующим веществом, контактные площадки которых электрически соединены с топологическим рисунком металлизации, отличающаяся тем, что углубления для кристаллов бескорпусных полупроводниковых приборов выполнены в тех платах, на которых устанавливаются кристаллы по меньшей мере на одной из сторон платы, причем их глубина обеспечивает размещение лицевых поверхностей кристаллов полупроводниковых приборов в одной плоскости с поверхностью платы, на которой выполнено углубление, а расстояние между боковыми стенками углубления и кристаллами бескорпусных полупроводниковых приборов составляет 1 - 180 мкм, расстояние между лицевой поверхностью приборов и прилегающей в пакете платы по отношению к плате, на которой установлены кристаллы бескорпусных полупроводниковых приборов, составляет 1 - 100 мкм. 2. Многослойная гибридная интегральная схема СВЧ и КВЧ диапазонов по п. 1, отличающаяся тем, что углубления в платах выполнены металлизированными, причем в дне углубления выполнены металлизированные отверстия, электрически соединенные с металлизационным рисунком противоположной стороны платы, а связующее вещество для закрепления кристаллов бескорпусных полупроводниковых приборов в углублениях является электро- и теплопроводящим веществом. 3. Многослойная гибридная интегральная схема СВЧ и КВЧ диапазонов по п.1 или 2, отличающаяся тем, что в поверхности платы, прилегающей к той, на которой в углублениях расположены кристаллы бескорпусных полупроводниковых приборов, под кристаллами с противоположной стороны платы выполнено дополнительное углубление, заполненное теплопроводящим материалом и соединенное с теплоотводом, причем глубина дополнительного углубления составляет 5 - 950 мкм, а его длина и ширина превышают размеры кристаллов бескорпусных полупроводниковых приборов.