СВЧ ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА Российский патент 2005 года по МПК H05K3/10 

Изобретение относится к электронной технике СВЧ диапазона, в частности к конструированию и изготовлению СВЧ интегральных схем (ИС).

Известна конструкция СВЧ интегральной схемы, содержащая диэлектрическую плату, на лицевой стороне которой выполнены пассивные элементы, а в центре платы выполнено сквозное отверстие, в котором расположены активные компоненты и шунтирующие элементы - конденсаторы и резисторы, соединенные с платой проволочными соединениями. Отверстие закрыто диэлектрической крышкой таким образом, что лишь части пассивных элементов, являющиеся входом, выходом и выводами питания оставлены свободными [1].

Данная конструкция обеспечивает хороший теплоотвод.

Однако даже при оптимальном расположении активных компонентов и шунтирующих элементов - по периферии отверстия число и длина соединительных проволочек достаточно велики, что приводит к большому разбросу параметров, а следовательно, и к низкой их воспроизводимости, и к снижению надежности из-за высокой сложности и трудоемкости сборки, и настройки схемы.

Известна конструкция СВЧ интегральной схемы, содержащая диэлектрическую плату, на лицевой стороне которой в едином технологическом цикле выполнены пассивные элементы - конденсаторы, резисторы и копланарные линии, а также расположены навесные активные компоненты - бескорпусные транзисторы и диоды [2].

Плата лицевой стороной соединена с обратной металлизированной стороной диэлектрической рамки, на лицевой стороне которой расположены микрополосковые выводы. Микрополосковые выводы рамки и копланарные линии платы соединены между собой проволочными соединениями. Рамка с платой установлена на металлическое основание, а лицевая сторона рамки закрыта диэлектрической крышкой.

Наличие копланарной линии позволило легко включать пассивные элементы, в том числе и шунтирующие, без проволочных соединений и тем самым сократить частично, но не достаточно число и длину проволочных соединений и позволило уменьшить разброс параметров и тем самым повысить их воспроизводимость, а также повысить надежность схемы.

Однако данная конструкция СВЧ-интегральной схемы имеет более низкий теплоотвод по сравнению с предыдущим аналогом.

Известна конструкция СВЧ интегральной схемы - прототип, содержащая диэлектрическую плату, на лицевой стороне которой выполнены пассивные элементы, в том числе и шунтирующие, копланарные линии и выводы, и установлены активные компоненты, например микросхемы, транзисторы или диоды и т.п.

Диэлектрическая плата лицевой стороной установлена на металлическое основание, в котором выполнена выемка под активные компоненты и пассивные элементы, и соединена с ним по периферии [3].

Эта конструкция позволила по сравнению со вторым аналогом еще более уменьшить число и длину проволочных соединений за счет исключения из конструкции микрополосковых линий и соответственно их проволочных соединений с копланарными линиями, упростить сборку, а следовательно, уменьшить разброс параметров и тем самым увеличить их воспроизводимость и снизить стоимость.

Недостатком этой конструкции является плохой отвод тепла от активных элементов (диодов и транзисторов). Это связано с тем, что отвод тепла идет за счет периферийной части металлического основания. То есть тепло течет вдоль диэлектрической платы, что приводит к повышенному тепловому сопротивлению и ухудшению теплоотвода, а следовательно, надежности.

Техническим результатом данного изобретения является повышение воспроизводимости параметров СВЧ интегральной схемы из-за исключения проволочных соединений и повышение надежности как за счет улучшения отвода тепла от активных элементов, так и исключения проволочных соединений, а также снижение стоимости.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в известной конструкции СВЧ интегральной схемы, содержащей диэлектрическую плату, на лицевой стороне которой выполнены пассивные элементы, в том числе шунтирующие, копланарные линии и выводы и установлены активные компоненты и которая установлена лицевой стороной на металлическое основание, в котором выполнена выемка, активные компоненты установлены на диэлектрическую плату лицевой стороной, а на лицевой стороне диэлектрической платы в местах соединения шунтирующих элементов и в местах отвода тепла от активных компонентов выполнены металлические столбы сечением и высотой 40-50 мкм, а выемка в металлическом основании выполнена только под активными компонентами.

Пассивные элементы, в том числе шунтирующие, копланарные линии, выводы и металлические столбы могут быть выполнены по групповой технологии.

Наличие на лицевой стороне диэлектрической платы металлических столбов сечением и высотой 40-50 мкм в местах соединения шунтирующих элементов в совокупности с установкой активных компонентов лицевой стороной на диэлектрическую плату позволит полностью исключить проволочные соединения и тем самым максимально снизить разброс параметров, а следовательно, повысить их воспроизводимость.

Полное исключение проволочных соединений позволит повысить надежность и существенно снизить стоимость ИС.

Наличие указанных металлических столбов в местах отвода тепла от активных компонентов в совокупности с выемкой в металлическом основании только под активными компонентами позволит отвести тепло от активного компонента кратчайшим путем и тем самым улучшить теплоотвод и, следовательно, повысить надежность ИС.

Сечение и высота металлических столбов оптимизированы с одной стороны требованием установки диэлектрической платы лицевой стороной на металлическое основание, а с другой стороны требованием наилучшего отвода тепла - больший диаметр и меньшая высота предпочтительны.

Выполнение металлических столбов с высотой меньше 40 мкм и сечением более 50 мкм не желательно из-за возможного замыкания пассивных элементов, а высотой более 50 мкм и сечением менее 40 мкм - из-за снижения эффективности отвода тепла.

Изобретение поясняется чертежом.

На чертеже приведена предлагаемая конструкция СВЧ интегральной схемы, где:

- диэлектрическая плата 1,

- выводы 2,

- активные компоненты 3,

- металлические столбы 4,

- металлическое основание 5,

- выемка 6.

Пример 1

На лицевой стороне диэлектрической подложки, например, из сапфира диаметром 76 мм выполнены по групповой технологии пассивные элементы, в том числе шунтирующие, копланарные линии и выводы 3, а также в местах шунтирующих элементов и местах отвода тепла от активных компонентов выполнены металлические столбы 4 сечением и высотой равными 45 мкм. После разрезания подложки на платы 1 на плату устанавливают лицевой стороной активные компоненты 3, например диоды, транзисторы или монолитные интегральные схемы. После чего диэлектрическую плату 1 устанавливают лицевой ее стороной на металлическое основание 5, с выемкой 6 под активные компоненты.

Пример 2-5.

Аналогично по примеру 1 были изготовлены СВЧ интегральные схемы, но с другими размерами сечения и высоты металлических столбов 4, как указанными в формуле изобретения (примеры 1-3), так и выходящими за пределы указанных в формуле изобретения (примеры 4-5).

Данные сведены в таблицу.

№ ппСечение металлических столбов, мкмВысота металлических столбов, мкмРезультатэффективность теплоотвода относительно прототипазамыкание элементов14545более 2 разнет24050более 2 разнет35040более 2 разнет43060менее 1.3есть56030менее 1.4есть6 Прототип--1-

Как видно из таблицы СВЧ интегральные схемы с сечением и высотой металлических столбов в пределах указанных в формуле изобретения (примеры 1-3) имеют более эффективный теплоотвод, превышающий теплоотвод прототипа более чем в 2 раза и полное отсутствие замыкания элементов.

СВЧ интегральные схемы с сечением и высотой металлических столбов, выходящими за пределы указанных в формуле изобретения (примеры 4-5), имеют значительно низкий теплоотвод и присутствие замыкания между элементами.

Данная СВЧ интегральная схема может быть конструкцией широкого применения, и как СВЧ усилителя, и как СВЧ-генератора, СВЧ преобразовательная схема и так далее.

Таким образом, предлагаемая конструкция СВЧ интегральной схемы по сравнению с прототипом позволит повысить воспроизводимость параметров СВЧ интегральной схемы из-за полного исключения проволочных соединений и повысить надежность как за счет улучшения отвода тепла от активных элементов, так и исключения проволочных соединений, а также снизить ее стоимость.

Высокая надежность с точки зрения воспроизводимости параметров позволит легко освоить серийное производство СВЧ интегральных схем различного применения.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №276174, Кл. H 01 F, 1970.

2. Патент РФ №2067362, МПК Н 05 К 1/18.

3. Патент РФ №2076473, МПК Н 05 К 1/00, опубл. 27.03.97, бюл. №9.

Изобретение относится к электронной технике СВЧ диапазона, в частности к конструированию и изготовлению СВЧ интегральных схем. Техническим результатом является повышение воспроизводимости параметров СВЧ интегральной схемы из-за полного исключения проволочных соединений и повышение надежности как за счет улучшения отвода тепла от активных элементов, так и исключения проволочных соединений, а также снижение ее стоимости. Кроме того, данная СВЧ интегральная схема может быть надежно и легко воспроизводима в серийном производстве. Это достигается за счет установки лицевой стороной как активных компонентов на диэлектрическую плату, так и лицевой стороной самой диэлектрической платы на металлическое основание, в совокупности с выполнением в местах соединения шунтирующих элементов и отвода тепла от активных компонентов металлических столбов сечением и высотой 40-50 мкм. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. СВЧ интегральная схема, содержащая диэлектрическую плату, на лицевой стороне которой выполнены пассивные элементы, в том числе шунтирующие, копланарные линии и выводы и установлены активные компоненты, диэлектрическая плата установлена лицевой стороной на металлическое основание, в котором выполнена выемка, отличающаяся тем, что активные компоненты установлены на диэлектрическую плату лицевой стороной, а на лицевой стороне диэлектрической платы в местах соединения шунтирующих элементов и в местах отвода тепла от активных компонентов выполнены металлические столбы сечением и высотой 40-50 мкм, посредством которых диэлектрическая плата установлена лицевой стороной на металлическое основание, а выемка в металлическом основании выполнена только под активными компонентами.2. СВЧ интегральная схема по п.1, отличающаяся тем, что пассивные элементы, в том числе шунтирующие, копланарные линии, выводы и металлические столбы выполнены по групповой технологии.