МОЩНАЯ ГИБРИДНАЯ ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА СВЧ-ДИАПАЗОНА Российский патент 2007 года по МПК H01L25/11 H05K1/18 

Изобретение относится к электронной технике, а именно к конструкции мощных гибридных интегральных схем СВЧ-диапазона.

Известна гибридная интегральная схема СВЧ-диапазона содержащая диэлектрическую подложку с топологическим рисунком металлизации. На лицевой стороне диэлектрической подложки выполнено углубление для расположения кристалла полупроводникового прибора. Два кристалла полупроводниковых приборов соединены параллельно, при этом один из кристаллов полупроводникового прибора расположен в углублении диэлектрической подложки, а второй расположен над первым, своей обратной стороной над лицевой стороной первого, причем внешние концы однофункциональных выводов соединены между собой и с топологическим рисунком металлизации [1].

Недостатком данной гибридной интегральной схемы СВЧ-диапазона является низкий теплоотвод от кристаллов полупроводниковых приборов и низкая механическая прочность.

Известна гибридная интегральная схема СВЧ-диапазона, содержащая диэлектрическую подложку с топологическим рисунком металлизации на лицевой стороне и экранной заземляющей металлизацией на обратной стороне [2] - прототип. Диэлектрическая подложка обратной стороной расположена на металлическом теплоотводящем основании и соединена с ним экранной заземляющей металлизацией. В диэлектрической подложке выполнено отверстие, а в металлическом теплоотводящем основании со стороны диэлектрической подложки - выемка, которые совпадают в плане. Два транзистора в корпусах, соединенные параллельно и взаимно расположенные друг к другу сторонами, на которых выполнены плоские выводы, а один из указанных транзисторов расположен в выемке металлического теплоотводящего основания. Однофункциональные плоские выводы транзисторов соединены между собой и с топологическим рисунком металлизации.

Недостатком данного технического решения является, как и в первом аналоге, низкий теплоотвод и низкие электрические характеристики.

Техническим результатом изобретения является улучшение теплоотвода и электрических характеристик мощной гибридной интегральной схемы СВЧ-диапазона.

Технический результат достигается тем, что в известной мощной гибридной интегральной схеме СВЧ-диапазона, содержащей диэлектрическую подложку с топологическим рисунком металлизации на лицевой и экранной заземляющей металлизацией на обратной стороне, которая расположена обратной стороной на металлическом теплоотводящем основании и соединена с ним экранной заземляющей металлизацией, в диэлектрической подложке выполнено отверстие, а в металлическом теплоотводящем основании со стороны диэлектрической подложки - выемка, которые совпадают в плане, по крайней мере два транзистора, соединенные параллельно и взаимно расположенные друг к другу сторонами, на которых выполнены плоские выводы, по крайней мере один из транзисторов расположен в выемке металлического теплоотводящего основания, однофункциональные плоские выводы одного из и другого транзисторов соединены между собой и одни из них с топологическим рисунком металлизации, один из и другой транзисторы выполнены в виде кристаллов с плоскими балочными выводами, на металлическом теплоотводящем основании выполнен выступ, который совпадает в плане с отверстием в диэлектрической подложке и который расположен в нем, при этом высота выступа на металлическом теплоотводящем основании обеспечивает расположение его верхней плоскости заподлицо с лицевой стороной диэлектрической подложки, а выемка в металлическом теплоотводящем основании выполнена на верхней плоскости выступа металлического теплоотводящего основания, сквозной со стороны плоских балочных выводов кристалла одного из транзисторов, соединенных с топологическим рисунком металлизации, на верхней плоскости выступа металлического теплоотводящего основания, по крайней мере, с одной стороны кристалла одного из транзисторов выполнена монтажная площадка, размером равная или больше 0,3×0,3 мм, которая снабжена металлической хорошо электро- и теплопроводящей пластиной и соединена с ней, в металлической хорошо электро- и теплопроводящей пластине выполнена по крайней мере одна канавка, в которой расположен и закреплен хорошо электро- и теплопроводящим связующим веществом по крайней мере один кристалл другого транзистора, при этом она выполнена сквозной со стороны его плоских балочных выводов, соединенных с топологическим рисунком металлизации, соразмерна ему и с толщиной дна, равной 0,1-5,0 мм, при этом расстояния от боковых сторон кристаллов одного из и другого транзисторов до боковых стенок соответственно выемки металлического теплоотводящего основания и канавки в металлической хорошо электро- и теплопроводящей пластине равно или менее 0,3 мм, а расстояние между сторонами кристаллов одного из и другого транзисторов, на которых расположены плоские балочные выводы, равно 0,006-0,5 мм, а другие плоские балочные выводы кристаллов одного из и другого транзисторов соединены с выступом на металлическом теплоотводящем основании.

Монтажная площадка на выступе металлического теплоотводящего основания может быть выполнена с двух противоположных сторон от кристалла одного из транзисторов.

В случае расположения, по крайней мере, по крайней мере, двух пар кристаллов одного из и другого транзисторов выемка и канавка разделены на части монтажными площадками.

Другие плоские балочные выводы могут быть соединены с выступом на металлическом теплоотводящем основании непосредственно через монтажные площадки.

Расположение по крайней мере одной канавки в металлической хорошо электро- и теплопроводящей пластине определяется расположением монтажных площадок.

Металлическая хорошо электро- и теплопроводящая пластина может быть выполнена составной из двух или нескольких пластин.

Выполнение одного из и другого транзисторов в виде кристаллов с балочными выводами позволяет уменьшить паразитные параметры - паразитные индуктивности гибридной интегральной схемы и тем самым улучшить электрические характеристики.

Наличие выступа на металлическом теплоотводящем основании, расположенном в отверстии диэлектрической подложки и соразмерного с ним, высота которого обеспечивает расположение его верхней плоскости заподлицо с лицевой стороной диэлектрической подложки и выполнение выемки в верхней плоскости выступа, соразмерной с кристаллом одного из транзисторов, обеспечивает контакт последнего с металлическим теплоотводящим основанием и тем самым улучшает теплоотвод.

Выполнение выемки в металлическом теплоотводящем основании сквозной со стороны плоских балочных выводов кристалла одного из транзисторов, соединенных с топологическим рисунком металлизации, позволяет сократить длину выводов и тем самым улучшить электрические характеристики и одновременно эффективно отводить выделяющееся при работе указанного транзистора тепло.

Выполнение на верхней плоскости выступа металлического теплоотводящего основания, по крайней мере, с одной стороны кристалла одного из транзисторов, по крайней мере одной монтажной площадки указанного размера, которая снабжена металлической хорошо электро- и теплопроводящей пластиной и соединена с ней и выполнение в ней по крайней мере одной канавки, для расположения и закрепления хорошо электро- и теплопроводящим связующим веществом по крайней мере одного кристалла другого транзистора обеспечивает тепловой и электрический контакт и этого кристалла транзистора с металлическим теплоотводящим основанием и тем самым улучшает теплоотвод и электрические характеристики гибридной интегральной схемы СВЧ.

Выполнение канавки сквозной со стороны плоских балочных выводов кристалла другого транзистора, соединенных с топологическим рисунком металлизации, позволяет сократить длину выводов и другого кристалла транзистора и тем самым улучшить электрические характеристики гибридной интегральной схемы СВЧ.

Выполнение расстояний от боковых сторон кристаллов одного из и другого транзисторов до боковых стенок выемки в металлическом теплоотводящем основании и канавки в металлической хорошо электро- и теплопроводящей пластине соответственно равным или менее 0,3 мм позволяет улучшить теплоотвод от кристаллов обоих транзисторов и сократить длину плоских балочных выводов кристаллов также обоих транзисторов, а значит, улучшить электрические характеристики гибридной интегральной схемы СВЧ.

Выполнение вышеуказанных расстояний более 0,3 мм нецелесообразно, так как удлиняет плоские балочные выводы и ухудшает электрические характеристики гибридной интегральной схемы СВЧ.

Выполнение расстояний между сторонами кристаллов одного из и другого транзисторов, на которых расположены плоские балочные выводы, равным 0,006-0,5 мм, и соединение других плоских балочных выводов кристаллов указанных транзисторов с выступом металлического теплоотводящего основания обеспечивает:

- во-первых, малую длину плоских балочных выводов, что улучшает электрические характеристики и

- во-вторых, тепловую изоляцию между кристаллами указанных транзисторов и тем самым улучшает теплоотвод гибридной интегральной схемы СВЧ.

Выполнение вышеуказанных расстояний менее 0,006 мм не позволяют плоские балочные выводы, а более 0,5 мм - приводит к их удлинению.

Выполнение монтажной площадки размером менее 0,3×0,3 не обеспечит эффективный теплоотвод и необходимую прочность соединения хорошо электро- и теплопроводящей пластины с металлическим теплоотводящим основанием, а более ограничено размерами выступа на металлическом теплоотводящем основании.

Выполнение канавки в электро- и теплопроводящей пластине с толщиной дна менее 0,1 мм не обеспечивает эффективный теплоотвод, а более 3 мм нецелесообразно, так как не приводит к значительному улучшению теплоотвода.

Изобретение поясняется чертежами.

На Фиг.1а, б представлены фрагмент предложенной мощной гибридной интегральной схемы СВЧ (общий вид и тот же вид без металлической хорошо электро- и теплопроводящей пластины - 11 соответственно), где:

- диэлектрическая подложка - 1;

- топологический рисунок металлизации - 2;

- экранная заземляющая металлизация - 3;

- металлическое теплоотводящее основание - 4;

- отверстие в диэлектрической подложке - 5;

- выемка в металлическом теплоотводящем основании - 6;

- кристаллы транзисторов - 7;

- плоские балочные выводы кристаллов транзисторов - 8;

- выступ на металлическом теплоотводящем основании - 9;

- монтажные площадки - 10;

- металлическая хорошо электро- и теплопроводящая пластина - 11;

- канавка в металлической хорошо электро- и теплопроводящей пластине - 12;

- хорошо электро- и теплопроводящее связующее вещество - 13;

На фиг.2а, б, в, г представлены соответственно металлическая хорошо электро- и теплопроводящая пластина 11 с канавкой 12, в которой расположен один кристалл другого транзистора 7 для варианта исполнения с одной монтажной площадкой 10 и для варианта исполнения с двумя монтажными площадками 10, выполненными с двух противоположных сторон от кристалла другого транзистора 7, а также вариант, в котором расположены два кристалла других транзисторов 7, и вариант, в котором металлическая хорошо электро- и теплопроводящая пластина выполнена составной.

На фиг.3 представлен фрагмент мощной гибридной интегральной схемы СВЧ с двумя парами кристаллов одного из и другого транзисторов и общей монтажной площадкой между ними.

На фиг.4а, б представлен вариант мощной гибридной интегральной схемы СВЧ (разрез и вид сверху со снятой металлической хорошо электро- и теплопроводящей пластиной соответственно), в которой другие плоские балочные выводы соединены непосредственно с монтажными площадками.

Пример 1.

Мощная гибридная интегральная схема СВЧ-диапазона, например, усилителя мощности СВЧ, рабочий диапазон 2-4 ГГц,

На лицевой стороне диэлектрической подложки 1, например, из поликора размером 30×24×0,5 мм, толщиной 0,5 мм выполнены топологический рисунок металлизации 2 со структурой Cr 100 Ом/мм², Cu 1 мкм вакуумно-напыленные, Cu 3 мкм, Au 3 мкм - гальванически осажденные, а на обратной стороне - экранная заземляющая металлизация 3 с той же структурой. В диэлектрической подложке 1 выполнено отверстие 5.

Металлическое теплоотводящее основание 4 выполнено из сплава МД 50 (50% меди и 50% молибдена) с гальваническим покрытием никелем и золотом.

На металлическом теплоотводящем основании 4 со стороны диэлектрической подложки 1 выполнен выступ 9 высотой 0,5 мм, на котором выполнена выемка 6 размером 1,0×0,7×0,15 мм соразмерно кристаллу одного из транзисторов 70,9×0,7×0,1 мм, при этом и выступ 9 и выемка 6 совпадают в плане с отверстием 5 в диэлектрической подложке.

Кристаллы одного из и другого транзисторов СВЧ 7 (3П976) выполнены в виде кристаллов с плоскими балочными выводами 8 из золота, гальванически осажденного толщиной 9 мкм. Кристалл одного из транзисторов 7 расположен в выемке 6 и закреплен в ней с помощью припоя Au-Sn эвтектического состава стороной, противоположной стороне, на которой выполнены плоские балочные выводы 8.

Диэлектрическую подложку 1 обратной стороной с расположенной на ней экранной заземляющей металлизацией 3 располагают на металлическом теплоотводящем основании 4 так, чтобы выступ 9 металлического теплоотводящего основания был расположен в отверстии 5 диэлектрической подложки, а его верхняя плоскость была заподлицо с ее лицевой стороной и соединяют их пайкой припоем Au-Si эвтектического состава.

На верхней плоскости выступа 9 металлического теплоотводящего основания с двух противоположных сторон от кристалла одного из транзисторов 7, расположенного в выемке 6, выполнены монтажные площадки 10 размером 1,0×0,7 мм, которые снабжены металлической хорошо электро- и теплопроводящей пластиной 11 размером 3,2×0,7×1,5 например, из меди с гальваническим покрытием из никеля 0,8 мкм и золота 3 мкм и которая припаяна припоем ПОСК-50 на монтажные площадки 10, расположенные на верхней плоскости выступа 9 металлического теплоотводящего основания.

В металлической хорошо электро- и теплопроводящей пластине 11 в центральной ее части выполнена канавка 12, в которой расположен и закреплен хорошо электро- и теплопроводящим связующим веществом 13, например припоем Au-Sn эвтектического состава кристалл другого транзистора 7, при этом она выполнена сквозной со стороны плоских балочных выводов 8 указанного транзистора, соединенных с топологическим рисунком металлизации, соразмерна ему и с толщиной дна, равной 1,25 мм.

При этом расстояния от боковых сторон кристаллов одного из и другого транзисторов до боковых стенок соответственно выемки в металлическом теплоотводящем основании и канавки в металлической хорошо электро- и теплопроводящей пластине равно 0,1 мм.

Схема усилителя мощности выполнена на шестнадцати транзисторах 3П976 мощностью 0,9 Вт. Соответственно в диэлектрической подложке 1 выполнено восемь отверстий 4, а на металлическом теплоотводящем основании 5 выполнены восемь выступов 9 и восемь выемок 6 на верхней плоскости их, а в металлической хорошо электро- и теплопроводящей пластине 12 выполнены восемь канавок 13, при этом отверстия, выступы, выемки и канавки совпадают в плане.

Кристаллы одного из и другого транзисторов 7 расположены как указано выше попарно один против другого сторонами друг к другу, на которых выполнены плоские балочные выводы, при этом расстояния от боковых сторон одних из и других кристаллов транзисторов до боковых стенок соответственно выемок металлического теплоотводящего основания 6 и канавок в металлической хорошо электро- и теплопроводящей пластине 13, равны 0,1 мм, а расстояние между сторонами одного из и другого кристаллов транзисторов, на которых расположены плоские балочные выводы, равно 0,2 мм.

Однофункциональные плоские балочные выводы кристаллов одних из и других транзисторов попарно соединены между собой и одни из них с топологическим рисунком металлизации 2, например, контактной сваркой.

Устройство работает следующим образом.

При подаче сигнала на кристаллы одного из и другого транзисторов, включенных параллельно, происходит усиление мощности входящего сигнала и ее суммирование, при этом в кристаллах одного из и другого транзисторов выделяется тепло, которое отводится от кристалла одного из через выступ на металлическом теплоотводящем основании, а от кристалла другого через металлическую хорошо электро- и теплопроводящую пластину, монтажную площадку и выступ на металлическом теплоотводящем основании.

Таким образом, предложенная мощная гибридная интегральная схема СВЧ-диапазона позволит по сравнению с прототипом улучшить теплоотвод и электрические характеристики.

Источники информации

1. Заявка Японии №1-170037, приоритет 25.12.1987 г., МКИ⁴ H01L 23/52.

2. Патент ФРГ №3903346 А1, приоритет 04.02.89 г., МКИ⁴ H01L 25/12, 23/56, 23/48, Н03F 3/60, 3/193, Н05К 1/18, 7/02.

Изобретение относится к электронной технике, преимущественно к конструированию мощных интегральных схем СВЧ-диапазона длин волн. Техническим результатом является улучшение теплоотвода и электрических характеристик гибридной интегральной схемы. Устройство содержит транзисторы, которые выполнены в виде кристаллов с плоскими балочными выводами. На металлическом теплоотводящем основании выполнен выступ, который совпадает в плане с отверстием в диэлектрической подложке и расположен в нем, при этом высота выступа обеспечивает расположение его верхней плоскости заподлицо с лицевой стороной диэлектрической подложки. На верхней плоскости выступа выполнена выемка, сквозная со стороны плоских балочных выводов кристалла одного из транзисторов, соединенных с топологическим рисунком металлизации. На верхней плоскости выступа металлического теплоотводящего основания, по крайней мере, с одной стороны кристалла одного из транзисторов выполнена, по крайней мере, одна монтажная площадка размером равная или больше 0,3×0,3 мм, которая снабжена металлической хорошо электро- и теплопроводящей пластиной и соединена с ней. В этой металлической пластине выполнена, по крайней мере, одна канавка, в которой расположен кристалл другого транзистора, при этом она выполнена сквозной со стороны его плоских балочных выводов, соединенных с топологическим рисунком металлизации, соразмерна ему и с толщиной дна, равной 0,1-5,0 мм. Другие плоские балочные выводы кристаллов транзисторов соединены с выступом на металлическом теплоотводящем основании. 5 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Мощная гибридная интегральная схема СВЧ-диапазона, содержащая диэлектрическую подложку с топологическим рисунком металлизации на лицевой и экранной заземляющей металлизацией на обратной стороне, которая расположена обратной стороной на металлическом теплоотводящем основании и соединена с ним экранной заземляющей металлизацией, в диэлектрической подложке выполнено отверстие, и, по меньшей мере, два транзистора, соединенные параллельно и взаимно расположенные друг к другу сторонами, на которых выполнены плоские выводы, по меньшей мере, один из транзисторов расположен в отверстии диэлектрической подложки, однофункциональные плоские балочные выводы транзисторов соединены между собой и одни из них - с топологическим рисунком металлизации, отличающаяся тем, что транзисторы выполнены в виде кристаллов с плоскими балочными выводами, на металлическом теплоотводящем основании выполнен выступ, который совпадает в плане с отверстием в диэлектрической подложке и который расположен в нем, при этом высота выступа обеспечивает расположение его верхней плоскости заподлицо с лицевой стороной диэлектрической подложки, при этом на верхней плоскости выступа металлического теплоотводящего основания выполнена выемка, сквозная со стороны плоских балочных выводов кристаллов транзисторов, соединенных с топологическим рисунком металлизации, на верхней плоскости выступа металлического теплоотводящего основания, по крайней мере с одной стороны кристалла одного из транзисторов выполнена, по меньшей мере, одна монтажная площадка, которая снабжена металлической хорошо электро- и теплопроводящей пластиной и соединена с ней, в металлической хорошо электро- и теплопроводящей пластине выполнена, по меньшей мере, одна канавка, в которой расположен и закреплен хорошо электро- и теплопроводящим связующим веществом по крайней мере один кристалл транзистора, при этом она выполнена сквозной со стороны его плоских балочных выводов, соединенных с топологическим рисунком металлизации и соразмерна ему.2. Мощная гибридная интегральная схема СВЧ-диапазона по п.1, отличающаяся тем, что размер монтажной площадки равен или больше 0,3×0,3 мм, а толщина дна канавки, выполненной в металлической хорошо электро- и теплопроводящей пластине, равна 0,1-5,0 мм, при этом расстояния от боковых сторон кристаллов транзисторов до боковых стенок соответственно выемки в выступе металлического теплоотводящего основания и канавки в металлической хорошо электро- и теплопроводящей пластине равно или менее 0,3 мм, а расстояние между сторонами кристаллов транзисторов, на которых расположены плоские балочные выводы, равно 0,006-0,5 мм, а другие плоские балочные выводы кристаллов транзисторов соединены с выступом на металлическом теплоотводящем основании.3. Мощная гибридная интегральная схема СВЧ-диапазона по п.1, отличающаяся тем, что в случае расположения, по крайней мере, двух пар кристаллов транзисторов выемка и канавка разделены на части монтажными площадками.4. Мощная гибридная интегральная схема СВЧ-диапазона по п.1, отличающаяся тем, что другие плоские балочные выводы соединены с выступом на металлическом теплоотводящем основании через монтажные площадки.5. Мощная гибридная интегральная схема СВЧ-диапазона по п.1, отличающаяся тем, что расположение, по крайней мере, одной канавки в металлической хорошо электро- и теплопроводящей пластине определяется расположением монтажных площадок.6. Мощная гибридная интегральная схема СВЧ-диапазона по п.1, отличающаяся тем, что металлическая хорошо электро- и теплопроводящая пластина может быть выполнена составной из двух или нескольких пластин.