ГИБРИДНАЯ ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА СВЧ-ДИАПАЗОНА Российский патент 2007 года по МПК H01L25/16 

Изобретение относится к электронной технике, а именно гибридным интегральным схемам СВЧ диапазона.

Одними из основных требований, предъявляемых к гибридным интегральным схемам, являются их высокие электрические параметры и массогабаритные характеристики.

Известна гибридная интегральная схема, содержащая диэлектрическую подложку с топологическим рисунком металлизации на лицевой и экранной заземляющей металлизацией на обратной стороне. В диэлектрической подложке выполнены вертикальные металлизированные отверстия и над ними ступенчатая выемка, в которой непосредственно над металлизированными отверстиями расположены кристаллы полупроводниковых приборов (1).

Наличие ступенчатой выемки и расположение в ней полупроводниковых приборов позволило уменьшить габариты и улучшить теплоотвод.

Однако такая конструкция сложна в изготовлении и не обладает достаточной технологичностью.

Известна гибридная интегральная схема СВЧ диапазона, содержащая диэлектрическую подложку с топологическим рисунком металлизации на лицевой стороне и экранной заземляющей металлизацией на обратной. В диэлектрической подложке выполнено отверстие, в котором расположена металлическая теплоотводящая вставка из материала с хорошей тепло- и электропроводностью, которая соразмерна отверстию в диэлектрической подложке. Диэлектрическая подложка обратной стороной расположена на металлическом теплоотводящем основании и соединена с ним. В металлическом теплоотводящем основании, непосредственно под отверстием в диэлектрической подложке, выполнено отверстие, соразмерное отверстию в диэлектрической подложке, в котором расположена часть металлической тепло- и электропроводящей вставки. Металлическая тепло- и электропроводящая вставка соединена боковыми поверхностями с боковыми поверхностями отверстий соответственно в диэлектрической подложке и металлическом теплоотводящем основании. При этом зазор между ними менее или равен 0,4 мм, а высота металлической тепло- и электропроводящей вставки равна или меньше на высоту кристалла полупроводникового прибора и суммарной толщины металлического теплоотводящего основания и диэлектрической подложки. На торце металлической тепло- и электропроводящей вставки с лицевой стороны диэлектрической подложки расположен и соединен с ней кристалл полупроводникового прибора, контактные площадки которого соединены с топологическим рисунком металлизации (2).

Преимуществом данной гибридной интегральной схемы СВЧ диапазона являются высокая прочность и технологичность.

Однако она не предусматривает наличия в схеме, например, кристаллов конденсаторов. И в случае необходимости их установки, они могут быть установлены на поверхности диэлектрической подложки, что увеличит длину соединительных проводников, а следовательно, ухудшит электрические характеристики гибридной интегральной схемы.

Техническим результатом изобретения является улучшение электрических, массогабаритных характеристик и повышение технологичности при расширении функциональной возможности гибридной интегральной схемы СВЧ диапазона и при сохранении ее прочности.

Технический результат достигается тем, что в известной гибридной интегральной схеме СВЧ диапазона, содержащей диэлектрическую подложку с топологическим рисунком металлизации на лицевой стороне и экранной заземляющей металлизацией на обратной, диэлектрическая подложка обратной стороной расположена на металлическом теплоотводящем основании и соединена с ним, в диэлектрической подложке выполнено отверстие, в котором расположена металлическая тепло- и электропроводящая вставка и соединена с металлическим теплоотводящим основанием, при этом металлическая тепло- и электропроводящая вставка по сечению соразмерна отверстию в диэлектрической подложке, а зазор между ними менее 0,4 мм, на торце металлической тепло- и электропроводящей вставки с лицевой стороны диэлектрической подложки расположен и соединен с ней кристалл полупроводникового прибора, контактные площадки которого соединены с топологическим рисунком металлизации, высота металлической тепло- и электропроводящей вставки в месте расположения кристалла полупроводникового прибора меньше толщины диэлектрической подложки на высоту кристалла полупроводникового прибора, на торце металлической тепло- и электропроводящей вставки с двух противоположных сторон кристалла полупроводникового прибора и на расстоянии менее или равном 0,5 мм расположены кристаллы конденсаторов, при этом нижние обкладки конденсаторов соединены с последней, а верхние обкладки конденсаторов соединены с контактными площадками кристалла полупроводникового прибора, высота металлической тепло- и электропроводящей вставки в местах расположения кристаллов конденсаторов меньше толщины диэлектрической подложки на их высоту, зазор между стенками отверстия и двумя другими сторонами кристалла полупроводникового прибора в местах соединения контактных площадок кристалла полупроводникового прибора с топологическим рисунком металлизации менее или равен 0,2 мм.

Стенки отверстия в диэлектрической подложке могут быть металлизированы и соединены с боковыми сторонами металлической тепло- и электропроводящей вставки связующим веществом.

Металлическая тепло- и электропроводящая вставка может быть выполнена составной в сечении как в вертикальном, так и горизонтальном направлениях.

Предложенное расположение кристаллов конденсаторов также на торце металлической тепло- и электропроводящей вставки, с двух противоположных сторон кристалла полупроводникового прибора и с указанной ее высотой, как под кристаллом полупроводникового прибора, так и под кристаллами конденсаторов, на расстоянии между ними менее или равном 0,5 мм и при указанном их соединении, дает возможность при расширении функциональной возможности, а именно возможность блокирования сигнала с полупроводникового прибора с помощью упомянутых кристаллов конденсаторов:

- во-первых, снизить паразитные индуктивности и емкости гибридной интегральной схемы за счет снижения длины соединительных проводников, а следовательно, улучшить ее электрические характеристики;

- во-вторых, улучшить массогабаритные характеристики за счет уменьшения высоты гибридной интегральной схемы.

Расстояние между кристаллами полупроводникового прибора и конденсаторами более 0,5 мм не желательно, так как увеличивает длину соединительных проводников, а следовательно, увеличивает паразитные индуктивности и тем самым ухудшает электрические характеристики.

Высота металлической тепло- и электропроводящей вставки под кристаллами полупроводникового прибора и конденсаторами меньше толщины диэлектрической подложки на их высоту соответственно обеспечивает расположение верхних обкладок кристаллов конденсаторов и контактных площадок кристалла полупроводникового прибора в одной плоскости с лицевой поверхностью диэлектрической подложки, и тем самым снижает длину соединительных проводников, а следовательно, улучшает электрические характеристики гибридной интегральной схемы.

Зазор между стенками отверстия в диэлектрической подложке и двумя другими сторонами кристалла полупроводникового прибора менее или равный 0,2 мм обеспечивает снижение длины соединительных проводников, а следовательно, улучшает электрические характеристики гибридной интегральной схемы.

Металлизация отверстия в диэлектрической подложке позволяет осуществить соединение металлической тепло- и электропроводящей вставки с диэлектрической подложкой и тем самым дополнительно увеличить прочность гибридной интегральной схемы.

Выполнение металлической тепло- и электропроводящей вставки составной как в вертикальном, так и горизонтальном направлениях позволит повысить технологичность гибридной интегральной схемы благодаря снижению трудоемкости ее изготовления.

Изобретение поясняется чертежом.

На фиг.1а представлена конструкция предлагаемой гибридной интегральной схемы,

На фиг.1б изображен вид сверху и где:

- диэлектрическая подложка - 1,

- топологический рисунок металлизации - 2,

- экранная заземляющая металлизация - 3,

- металлическое теплоотводящее основание - 4,

- отверстие в диэлектрической подложке - 5,

- металлическая тепло- и электропроводящая вставка - 6,

- кристалл полупроводникового прибора - 7,

- контактные площадки кристалла полупроводникового прибора - 8,

- кристаллы конденсаторов - 9,

- нижние обкладки кристаллов конденсаторов - 10,

- верхние обкладки кристаллов конденсаторов - 11,

- выводы кристалла полупроводникового прибора - 12.

Пример 1.

Гибридная интегральная схема содержит диэлектрическую подложку 1, выполненную, например, из поликора толщиной 0,5 мм. На лицевой стороне диэлектрической подложки 1 выполнен топологический рисунок металлизации 2, а на обратной ее стороне экранная заземляющая металлизация 3 со следующей структурой Cr 100 Ом/мм², Cu 1 мкм вакуумно-напыленные Cu 3 мкм, Ni 0,6 мкм и Au 3 мкм, гальванически осажденные. Диэлектрическая подложка 1 обратной стороной расположена на металлическом теплоотводящем основании 4 и соединена с ним. В диэлектрической подложке 1 выполнено отверстие 5, в котором расположена металлическая тепло- и электропроводящая вставка 6, выполненная, например, из сплава МД-50 (50% Cu и 50% Мо). На торце металлической тепло- и электропроводящей вставки 6 с лицевой стороны диэлектрической подложки расположены кристалл полупроводникового прибора 7, например транзистор СВЧ 3П603Б размером 1,0×0,7×0,15 мм, а с двух противоположных его сторон на расстоянии от него равном 0,5 мм кристаллы двух конденсаторов 9, выполненных, например, из керамики размером 0,65×0,65×0,3 мм с нижними и верхними обкладками кристаллов конденсаторов структурой Ti 100 Ом/мм², Pd 0,2 мкм - вакуумно-напыленные и Au 3 мкм - гальванически осажденное. Высота металлической тепло- и электропроводящей вставки в месте расположения транзистора равна 0,35 мм, а в месте расположения кристаллов конденсаторов составляет 0,2 мм.

Металлическое теплоотводящее основание 4 выполнено из сплава МД-50, имеет покрытие из никеля и золота и соединено с экранной заземляющей металлизацией 3 припоем ПОС-61.

Одни из концов выводов 12 кристалла транзистора СВЧ 7, например, плоских балочных, выполненных из золота, соединены термокомпрессионной сваркой с его контактными площадками 8, а противоположные концы плоских балочных выводов 12 соединены с верхними обкладками кристаллов конденсаторов 11 контактной сваркой, а нижние обкладки кристаллов конденсаторов 10 соединены с торцом металлической тепло- и электропроводящей вставки 6 диффузионной сваркой или пайкой.

Устройство работает следующим образом.

В процессе работы кристалл полупроводникового прибора 7, например транзистор СВЧ, выделяет тепло, которое отводится через металлическую тепло- и электропроводящую вставку 6 и соединенное с ней металлическое теплоотводящее основание 4, что обеспечивает устойчивый тепловой режим кристалла полупроводникового прибора 7, а следовательно, надежную его работу и всей гибридной интегральной схемы СВЧ диапазона в целом.

Таким образом, предложенная гибридная интегральная схема СВЧ диапазона позволит по сравнению с прототипом улучшить электрические и массогабаритные характеристики, повысить технологичность при расширении ее функциональной возможности и при сохранении ее прочности.

Источники информации

1. Патент РФ №2025822, МПК H01L 21/00, опубл. 30.12.94, бюлл. №24.

2. Совершенствование конструкции ГИС СВЧ. Иовдальский В.А., Моргунов В.Г., Лисицин А.А.,. Электронная техника, Сер.1 СВЧ-техника, Вып.2 (486), 2005, с.34-38 - прототип.

Изобретение относится к электронной технике, а именно гибридным интегральным схемам СВЧ диапазона. Техническим результатом изобретения является улучшение электрических и массогабаритных характеристик, повышение технологичности при расширении функциональных возможностей гибридной интегральной схемы СВЧ диапазона, при сохранении ее прочности. Сущность изобретения: гибридная интегральная схема СВЧ диапазона содержит диэлектрическую подложку с топологическим рисунком металлизации на лицевой стороне и экранную заземляющую металлизацию на обратной. Диэлектрическая подложка обратной стороной расположена на металлическом теплоотводящем основании и соединена с ним, в диэлектрической подложке выполнено отверстие, в котором расположена металлическая тепло- и электропроводящая вставка, на торце которой с лицевой стороны диэлектрической подложки расположен и соединен с ней кристалл полупроводникового прибора, а с двух противоположных его сторон на расстоянии не более 0,5 мм расположены кристаллы конденсаторов. Высота металлической тепло- и электропроводящей вставки в местах расположения кристаллов полупроводникового прибора и конденсаторов меньше толщины диэлектрической подложки на их высоту соответственно, а зазор между стенками отверстия в диэлектрической подложке и двумя другими сторонами кристалла полупроводникового прибора не более 0,2 мм. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Гибридная интегральная схема СВЧ-диапазона, содержащая диэлектрическую подложку с топологическим рисунком металлизации на лицевой стороне и экранной заземляющей металлизацией на обратной, диэлектрическая подложка обратной стороной расположена на металлическом теплоотводящем основании и соединена с ним, в диэлектрической подложке выполнено отверстие, в котором расположена металлическая тепло- и электропроводящая вставка с зазором менее 0,4 мм и соединена с металлическим теплоотводящим основанием, при этом металлическая тепло- и электропроводящая вставка по сечению соразмерна отверстию в диэлектрической подложке, на торце металлической тепло- и электропроводящей вставки с лицевой стороны диэлектрической подложки расположен и соединен с ней кристалл полупроводникового прибора, одни из контактных площадок которого соединены с топологическим рисунком металлизации, высота металлической тепло- и электропроводящей вставки в месте расположения кристалла полупроводникового прибора меньше толщины диэлектрической подложки на его высоту, отличающаяся тем, что на упомянутом торце металлической тепло- и электропроводящей вставки с двух противоположных сторон кристалла полупроводникового прибора и на расстоянии менее или равном 0,5 мм расположены кристаллы конденсаторов, при этом нижние обкладки кристаллов конденсаторов соединены с металлической тепло- и электропроводящей вставкой, а верхние их обкладки соединены с другими контактными площадками кристалла полупроводникового прибора, высота металлической тепло- и электропроводящей вставки в местах расположения кристаллов конденсаторов меньше толщины диэлектрической подложки на их высоту, а зазор между стенками отверстия в диэлектрической подложке и двумя другими сторонами кристалла полупроводникового прибора менее или равен 0,2 мм.2. Гибридная интегральная схема СВЧ-диапазона по п.1, отличающаяся тем, что отверстие в диэлектрической подложке металлизировано, а металлическая тепло- и электропроводящая вставка дополнительно соединена боковыми сторонами со сторонами металлизированного отверстия связующим веществом.3. Гибридная интегральная схема СВЧ-диапазона по п.1, отличающаяся тем, что металлическая тепло- и электропроводящая вставка может быть выполнена составной в сечении как в вертикальном, так и горизонтальном направлениях.