МОЩНАЯ 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 мощной гибридной интегральной схемы СВЧ-диапазона, и может быть использовано в полупроводниковой микроэлектронике.

Известна мощная гибридная интегральная схема СВЧ-диапазона, содержащая металлическое основание, имеющее сквозные отверстия для размещения кристаллов бескорпусных полупроводниковых приборов, соединенную с основанием изолирующую полимерную пленку со сквозными отверстиями, совпадающими со сквозными отверстиями основания. На первой изолирующей пленке расположена и закреплена вторая изолирующая полимерная пленка со сквозными отверстиями, меньшего размера, над сформированными ранее отверстиями. Кристаллы бескорпусных полупроводниковых приборов установлены на обратной стороне второй полимерной пленки, контактными площадками к пленкам (вверх). На лицевой стороне второй полимерной пленки расположен второй уровень коммутации, соединенный с контактными площадками кристаллов через отверстия, выполненные во второй полимерной пленке (JB, В, 57-036746).

Указанной схеме присущ малый теплоотвод из-за малой площади теплового контакта кристалла и металлического основания.

Известна мощная гибридная интегральная схема, содержащая металлическое основание с углублениями, кристаллы бескорпусных полупроводниковых приборов, размещенные и закрепленные в углублениях связующим веществом, диэлектрическую многослойную плату с топологическим рисунком металлизации на лицевой стороне и отверстиями, соединяющими контактные площадки кристаллов с топологическим рисунком металлизации платы и заполненными электропроводящим материалом. При этом кристаллы лишь слегка заглублены в металлическом основании, а планаризация достигается за счет нанесения полимерных диэлектрических слоев платы (под редакцией И.Н.Воженина "Электронная аппаратура на бескорпусных интегральных микросхемах", 1985, "Радио и связь" (Москва), с. 261).

Указанной схеме присущи недостаточная теплопроводность и низкие электрические характеристики.

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

Это достигается тем, что в мощной гибридной интегральной схеме СВЧ-диапазона, содержащей металлическое основание с углублениями, кристаллы бескорпусных полупроводниковых приборов, размещенные и закрепленные в углублениях связующим веществом, диэлектрическую плату с топологическим рисунком металлизации на лицевой стороне и отверстиями, соединяющими контактные площадки кристаллов с топологическим рисунком металлизации платы и заполненными электропроводящим материалом, согласно настоящему изобретению, глубина углублений в металлическом основании выбрана такой, что лицевая поверхность кристаллов и металлическое основание расположены в одной плоскости, диэлектрическая плата имеет экранную заземляющую металлизацию на обратной стороне в местах, прилегающих к металлическому основанию, металлическое основание герметично и электрически соединено с экранной заземляющей металлизацией платы, а соединяющие отверстия платы герметично заполнены электропроводящим материалом, причем расстояние от боковых поверхностей кристаллов до боковых поверхностей углублений в основании составляет 0,001-0,2 мм.

Контактные площадки кристаллов, подлежащие заземлению, могут быть непосредственно соединены с экранной заземляющей металлизацией платы, причем контактные площадки кристаллов имеют объемные выводы высотой 0,002-0,1 мм.

Объемные выводы могут быть выполнены на обратной стороне платы.

Расположение лицевой поверхности кристаллов и поверхности металлического основания в одной плоскости, наличие экранной заземляющей металлизации, герметичное электрическое соединение металлического основания с экранной заземляющей металлизацией, а также заполнение соединяющих отверстий в плате электропроводящим материалом, обеспечивает герметизацию кристаллов полупроводниковых приборов.

Ограничение расстояния между боковой поверхностью кристаллов и боковых поверхностей углублений в основании снизу обусловлено неровностями соприкасающихся поверхностей, а сверху условиями теплоотвода от кристалла.

Соединение контактных площадок кристаллов, подлежащих заземлению, непосредственно с экранной заземляющей металлизацией обеспечивает короткие заземляющие выводы, а значит их малую паразитную индуктивность.

Ограничение высоты объемных выводов снизу вызвано минимальной высотой, необходимой для соединения платы с контактными площадками кристалла, а сверху сложностью и нецелесообразностью дальнейшего увеличения их высоты.

Далее изобретение поясняется описанием конкретного примера его выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых:
фиг. 1 изображает предлагаемую мощную гибридную интегральную схему СВЧ-диапазона, разрез;
фиг. 2 - то же, вид сверху.

Mощная гибридная интегральная схема СВЧ-диапазона согласно изобретению содержит металлическое основание 1 (фиг. 1). Основание 1 имеет углубление 2 с размерами, например, 0,60х0,55х0,35 мм. Кристаллы 3 бескорпусных полупроводниковых приборов, например, транзисторов ЗП603Б-5 размером 0,5х0,45х0,3 мм, размещены и закреплены в углублениях 2 связующим веществом 4, например, припоем (Au-Sn) эвтектического состава. Диэлектрическая плата 5, например, из поликора или сапфира толщиной, например, 0,5 или 0,45 мм имеет топологический рисунок 6 (фиг. 1 и 2) металлизации со структурой, например, Ti (0,002 мкм) - Pd (0,2 мкм) - Au (3 мкм). Отверстия 7 (фиг. 1) в плате 5, например, диаметром 100 мм соединяют контактные площадки 8 кристаллов 3 с топологическим рисунком 2 металлизации платы 5. Отверстия 7 в плате 5 заполнены электропроводящим материалом 9, например, герметично заращены гальванически Pd-Ni (0,2 мкм) - Сu (48 мкм) - Ni (0,5 мкм) - Au (3 мкм) или заполнены псевдосплавом вольфрам-медь с последующим гальванопокрытием Ni (0,5 мкм) и Au (3 мкм).

Контактные площадки 8 кристаллов 3, подлежащие заземлению, например истоки транзисторов, соединены непосредственно с экранной заземляющей металлизацией 10 на обратной стороне платы 5. Для обеспечения соединения контактных площадок 8 кристаллов 3 с материалом 9 отверстий 7 или экранной заземляющей металлизацией 10 на контактных площадках 8 выполнены объемные выводы 11, например, высотой 30 мкм, гальваническим наращиванием Ni-Cu-Ni (0,5 мкм) - Au (3 мкм). Объемные выводы 11 могут быть выполнены на обратной стороне платы 5.

Предлагаемая глубина углублений 2 в металлическом основании 1 обеспечивает:
во-первых, увеличение площади контакта кристалла 3 с металлическим основанием 1 и связующим теплопроводящим веществом 4, что улучшает теплорассеивающие характеристики схемы, согласно изобретению;
во-вторых, короткие связи контактных площадок 8, подлежащих заземлению с экранной заземляющей металлизацией 10, и тем самым обеспечивает снижение паразитных индуктивностей выводов 11 и улучшает электрические характеристики схемы, согласно изобретению.

Герметичное и электрическое соединение экранной заземляющей металлизации 10 платы 5 и металлического основания 1 обеспечивает герметизацию кристалла 3 и заземление экранной заземляющей металлизации 10 и через нее контактных площадок 8 кристалла 3 и других элементов схемы кратчайшим путем, что снижает паразитные индуктивности и тем самым улучшает электрические характеристики схемы, согласно изобретению.

Выполнение соединений топологического рисунка 6 металлизации платы 5 с контактными площадками 8 кристаллов 3 через отверстия 7, герметично заполненные электропроводящим материалом 9, обеспечивает защиту кристалла 3 и одновременно малую длину соединения, что снижает паразитные индуктивности.

Ограничение высоты объемных выводов 11 снизу менее 0,002 мм препятствует замыканию металлизации кристалла 3 через металлизацию платы 5 в случае отсутствия диэлектрической пассивации металлизации кристалла 3, а более 0,1 мм не имеет смысла, так как ведет к увеличению габаритов и дополнительному расходу материалов.

Mощная гибридная интегральная схема СВЧ-диапазона, например, в качестве транзисторного усилителя (или корпусированного полупроводникового прибора, например, транзистора) работает следующим образом.

На вход схемы подается сигнал, сигнал проходит соответствующее преобразование и преобразованный (например, усиленный) сигнал снимается на выходе схемы. При работе активных полупроводниковых приборов, например, транзисторов, выделяется теплота, которая рассеивается через металлическое основание 1, плату 5 и выводы 11.

Таким образом, предлагаемая схема позволяет:
во-первых, увеличить площадь контакта с основанием, а значит улучшить теплорассеивающие характеристики;
во-вторых, уменьшить длину коммутации заземляющих проводников, а значит снизить паразитные индуктивности схемы и, тем самым, улучшить электрические характеристики.

Кроме того, схема обладает герметичностью, что позволяет использовать ее без дополнительного корпусирования, например, как корпусированную гибридную схему или корпусированный транзистор.

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 терамины, 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 глубина углублений в металлическом основании выбрана такой, что лицевая поверхность кристаллов и металлическое основание расположены в одной плоскости, диэлектрическая плата имеет экранную заземляющую металлизацию на обратной стороне в местах, прилегающих к металлическому основанию, металлическое основание герметично и электрически соединено с экранной заземляющей металлизацией платы, а соединяющие отверстия платы заполнены электропроводящим материалом, причем расстояние от боковых поверхностей кристаллов до боковых поверхностей углублений в основании составляет 0,001 - 0,2 мм. Техническим результатом изобретения является улучшение электрических и теплорассеивающих характеристик схемы. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Мощная гибридная интегральная схема СВЧ-диапазона, содержащая металлическое основание с углублениями, кристаллы бескорпусных полупроводниковых приборов, размещенные и закрепленные в углублениях связующим веществом, диэлектрическую плату с топологическим рисунком металлизации на лицевой стороне и отверстиями, соединяющими контактные площадки кристаллов с топологическим рисунком металлизации платы и заполненными электропроводящим материалом, отличающаяся тем, что глубина углублений в металлическом основании выбрана такой, что лицевая поверхность кристаллов и металлическое основание расположены в одной плоскости, диэлектрическая плата имеет экранную заземляющую металлизацию на обратной стороне в местах, прилегающих к металлическому основанию, металлическое основание герметично и электрически соединено с экранной заземляющей металлизацией платы, а соединяющие отверстия платы герметично заполнены электропроводящим материалом, причем расстояние от боковых поверхностей кристаллов до боковых поверхностей углублений в основании составляет 0,001 - 0,2 мм. 2. Мощная гибридная интегральная схема СВЧ-диапазона по п.1, отличающаяся тем, что контактные площадки кристаллов, подлежащие заземлению, непосредственно соединены с экранной заземляющей металлизацией платы, причем контактные площадки кристаллов имеют объемные выводы высотой 0,002 - 0,1 мм. 3. Мощная гибридная интегральная схема СВЧ-диапазона по п.1 или 2, отличающаяся тем, что объемные выводы выполнены на обратной стороне платы.