КОРПУС ИНТЕГРАЛЬНОЙ СХЕМЫ Российский патент 2010 года по МПК H01L23/02 

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано при разработке керамических корпусов интегральных схем с устройствами для съема тепла.

Известен корпус интегральной схемы, содержащий многослойное керамическое основание с центральным монтажным отверстием, в котором установлена интегральная схема.

Монтажное отверстие перекрывается крышкой-радиатором, припаянной к верхней части основания (1).

Недостатком известного устройства является низкая эффективность теплосъема, так как передача тепла от интегральной схемы к радиатору происходит через теплопроводность многослойного основания, паянного шва, а также крышки-радиатора, что в свою очередь не исключает перегрев керамического основания и нарушения его внутренней структуры в условиях жестких дестабилизирующих факторов.

Наиболее близким к заявленному изобретению по совокупности признаков (прототипом) является корпус интегральной схемы, включающий многослойное основание с матрицей шариковых выводов и смонтированную на основании интегральную схему. Зона расположения интегральной схемы закрыта металлической крышкой, имеющей тепловой контакт с радиатором и с внутренней поверхностью интегральной схемы посредством теплопроводящего слоя из компаундной смеси, который обеспечивает передачу тепла от интегральной схемы на крышку и радиатор (2).

Недостаток известного технического решения состоит в том, что предложенная конструкция представляет собой жесткую структуру и состоит из различных материалов с разными коэффициентами теплового линейного расширения (основание, интегральная схема, теплопроводящий слой, крышка), что в условиях больших термических перепадов, вибрации и ударных нагрузок может привести к деформации элементов корпуса и, как следствие, потере работоспособности.

Задача, решаемая изобретением, состоит в улучшении теплорассеивающих характеристик корпуса, обеспечении эксплуатационной надежности в условиях больших температурных перепадов и высоких линейных нагрузок (Класс бортовой ЭА).

Для решения этой задачи в предлагаемом корпусе интегральной схемы, содержащеим многослойное основание с матрицей шариковых выводов и расположенные на нем интегральную схему, теплоотвод, крышку и радиатор, в соответствии с изобретением и в отличие от прототипа крышка выполнена в виде тонкостенной гофрированной пластины, а толщина теплоотвода, закрепленного на интегральной схеме, превышает расстояние между внутренними поверхностями крышки и интегральной схемы на величину Δh, обеспечивающую постоянный тепловой контакт крышки и теплоотвода в диапазоне ускорений от 0 до 100 g, и может быть определена из соотношения

Δh=Ky·a/(2·π·f_o)²,

где Ky - коэффициент передачи при ударе;

a - ударное ускорение, м/с²;

f_o - частота собственных колебаний, Гц.

Изобретение поясняется чертежами,

где на фиг.1 изображен поперечный разрез корпуса интегральной схемы;

на фиг.2 изображен корпус интегральной схемы в плане.

Устройство содержит многослойное основание 1 с матрицей шариковых выводов 2, в центральной зоне которого расположено монтажное отверстие 3, перекрываемое снизу металлической пластиной 4.

На пластине 4 установлена монтажная площадка 5, на которой смонтирована интегральная схема 6, электрически связанная с контактными площадками основания проволочными соединениями 7.

На внутренней стороне интегральной схемы 6 закреплен теплоотвод 8, примыкающий к внутренней поверхности крышки 9. Теплоотвод 8 выполнен в виде пластины из нитрида алюминия, материала, обладающего высокой теплопроводностью. Крышка 9 представляет собой тонкостенную гофрированную пластину, которая крепится шовной контактной сваркой к основанию 1 и пайкой к радиатору 10. Радиатор содержит множество выступов 11, что обеспечивает эффективное рассеивание тепла от корпуса интегральной схемы в окружающую среду. Толщина теплоотвода 8 выполнена бóльшей расстояния между внутренними поверхностями интегральной схемы 6 и крышки на величину Δh, что обеспечивает постоянный тепловой контакт ее с теплоотводом 8, способствуя тем самым эффективной передачи избыточного тепла от интегральной схемы 6 к радиатору 10 в условиях ударных нагрузок с ускорением 100 g.

Величина Δh может быть определена по формуле

Δh=Ky·a/(2·π·f_o)²,

где Ky - коэффициент передачи при ударе;

a - ударное ускорение, м/с²;

f_o - частота собственных колебаний, Гц.

Выполнение устройством основных функций по преобразованию сигналов (усиление, изменение частоты, смещение и т.д.) сопровождается выделением теплоты, которая отводится последовательно через теплоотвод, крышку и радиатор, при этом возникающие деформации, связанные с тепловыми линейными расширениями компонентов, компенсируются упругими свойствами гофрированной крышки.

Развитие микроэлектронных компонентов постоянно идет в направлении увеличения плотности активных элементов на кристалле, что в свою очередь ставит задачу эффективного выведения избыточного тепла для обеспечения работоспособности электронных устройств. Задачи по отводу тепла решаются применением различных конструкций радиаторов и дополнительных деталей с высокой теплопроводностью, расположенных между интегральной схемой и радиатором.

Однако в известных конструкциях решение указанных задач приводит к созданию структур из материалов с разными коэффициентами теплового линейного расширения, что в условиях больших перепадов температур неблагоприятно сказывается на надежность корпусов, создавая внутренние напряжения на конструктивные элементы.

Предложенный корпус интегральной схемы позволяет исключить указанные недостатки за счет пружинных свойств тонкостенной гофрированной крышки, позволяющей обеспечить постоянный тепловой контакт крышки и теплоотвода, а также создать самоустанавливающуюся структуру с компенсацией величин деформаций, связанных с тепловым линейным расширением элементов конструкции и с высокими линейными нагрузками.

Источники информации

1. US 70053482, кл. H01L 23|02, 2003 г.

2. US 5552635, кл. H01L 23/10, 1996 г.

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано при разработке керамических корпусов интегральных схем с устройствами для съема тепла. Сущность изобретения: в корпусе интегральной схемы, содержащем многослойное основание с матрицей шариковых выводов и расположенные на нем интегральную схему, теплоотвод, крышку и радиатор, крышка выполнена в виде тонкостенной гофрированной пластины, а толщина теплоотвода, закрепленного на интегральной схеме, превышает расстояние между внутренними поверхностями крышки и интегральной схемы на величину Δh, обеспечивающую постоянный тепловой контакт крышки и теплоотвода в условиях ударных нагрузок в диапазоне ускорений от 0 до 100 g, которая может быть определена по предложенной формуле, в зависимости от ударного ускорения и частоты собственных колебаний. Изобретение обеспечивает улучшение теплорассеивающих характеристик корпуса, эксплуатационную надежность в условиях больших температурных перепадов и высоких линейных нагрузок. 2 ил.

Корпус интегральной схемы, содержащий многослойное основание с матрицей шариковых выводов и расположенные на нем интегральную схему, теплоотвод, крышку и радиатор, отличающийся тем, что крышка выполнена в виде тонкостенной гофрированной пластины, а толщина теплоотвода, закрепленного на интегральной схеме, превышает расстояние между внутренними поверхностями крышки и интегральной схемы на величину Δh, обеспечивающую постоянный тепловой контакт крышки и теплоотвода в условиях ударных нагрузок в диапазоне ускорений от 0 до 100 g, и может быть определена из соотношения
Δh=K_y·a/(2·π·f_o)²,
где К_у - коэффициент передачи при ударе;
а - ударное ускорение, м/с²;
f_o - частота собственных колебаний, Гц.