Полупроводниковый прибор Советский патент 1991 года по МПК H01L23/34 H01L23/48 

1

(21)4423938/21

(22)12.05.88

(46) 23.04.91. Бюл. № 15

(71)Казанский авиационный институт им. А. Н. Туполева

(72)А. А. Мальцев и И. X. Исхаков

(53)621.396.67.7(088.8)

(56)Заявка Японии № 60-11465, кл. Н 01 L 23/28, 23.06.85.

Патент США № 3487275, кл. Н 01 L 1/10, 30.12.69.

(54)ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ПРИБОР

(57)Изобретение относится к полупроводниковой электронике, в частности к конструкциям полупроводниковых устройств. Прибор предназначен для отвода тепла от полупроводниковых приборов. Целью изобретения является повышение эффективности охлаждения полупроводникового прибора.

Цель достигается тем, что в диэлектрическую жидкость 4, которая заполняет корпус 1 полупроводникового прибора, добавлен алмазный порошок 5. На поверхность кристалла полупроводника 3 нанесен слой клея 6, в который добавлен алмазный порошок в соотношении не менее 60%. На поверхности клея 6 сформирован монослой алмазного порошка. Внутренняя поверхность основания корпуса 1, за исключением кристалла и выводов, покрыта материалом, смачиваемость которого меньше смачиваемости внутренней поверхности крышки 2 и поверхности монослоя алмазного порошка, причем поверхность материала, контактирующая с жидкостью 4, наклонена в сторону кристалла 3 и имеет шероховатость меньше, чем внутренняя поверхность крышки 2 и поверхность монослоя алмазного порошка 1 з. п ф-лы, 2 ил.

(О

ел

11

О5

Јь Јъ N5 СП

00

Фиг.1

Изобретение относится к полупроводниковой электронике, в частности к конструкциям полупроводниковых приборов, например интегральных схем в корпусах.

Цель изобретения - повышение эффективности процесса охлаждения.

На фиг. 1 представлен полупроводниковый прибор, общий вид; на фиг. 2 - узел I на фиг. 1.

Полупроводниковый прибор содержит герметичный корпус 1, закрытый крышкой 2, на дне корпуса 1 расположен кристалл 3, полость между корпусом 1 и крышкой 2 заполнена диэлектрической полупроводниковой жидкостью 4 с добавкой алмазного порошка 5. На поверхность 6 кристалла 3 нанесен слой клея 6 с добавлением алмазного порошка 5. На поверхности клея 6 сформирован монослой 7 алмазного порошка 5. Внутренняя поверхность 8 основания корпуса I, кроме кристалла 3 и его выводов 9, закрыта вкладышем 10 со скосами 11, который выполнен из материала, смачиваемость которого диэлектрической жидкостью 4 ниже смачиваемости диэлектрической жидкостью 4 поверхности монослоя 7 и внутренней поверхности крышки 2, на внутреннюю поверхность которой нанесен слой теплопроводного материала.

Полупроводниковый прибор работает следующим образом.

После заполнения корпуса 1 диэлектрической жидкостью 4 с алмазным порошком 5 происходит постепенное оседание алмазного порошка на все внутренние поверхности корпуса 1 и крышки 2. Поскольку смачиваемость диэлектрической жидкостью 4 лучше для крышки 2 и монослоя 7 алмазного порошка 5 на поверхности кристалла 3, алмазный порошок 5 в большем количестве оседает либо на поверхность монослоя 7, либо на крышку 2, и в меньшем количестве на поверхность вкладыша 10. При подаче на кристалл 3 мощности часть выделяемого тепла распространяется на корпус 1, другая часть через слой клея 6 с алмазным порошком 5 и через монослой 7 попадает в диэлектрическую жидкость 4 с порошком 5 и затем на крышку 2. Под действием сил конвенции диэлектрической жидкости 4 или при сильных механических или вибрационных воздействиях часть алмазного порошка 5 отрывается от внутренней поверхности корпуса 1 и переходит во взвешенное состояние. После снятия воздействия или отключения мощности кристалла 3 происходит постепенное осаждение порошка 5, большая часть которого опять осядет на крышку 2 или на поверхность монослоя 7. В результате уменьшается внутреннее тепловое сопротивление, а следовательно, и перегрев кристалла 3.

Экспериментальная проверка предлагаемого прибора проводилась с применением микросхемы типа 198НТ1В в металло-кера- мическом корпусе. ИС 198НТ1В представляет собой матрицу п-р-/г-транзисторов, расположенных в одном кристалле. Один из транзисторов использовался в качестве датчика температуры и подключался к вольтметру В7-27А, в котором предусмотрен режим измерения температуры. Другие транзисторы ИС использовались как нагревательные элементы. В качестве заполняющей диэлектрической жидкости использовалась кремнийорганическая жидкость ПМС-200,

которая является структурным аналогом жидкости ДС-200. В диэлектрическую жидкость добавлялся алмазный порошок с размерами частиц 1-2 мкм в количестве 80%, тот же порошок использовался в качестве

заполнителя клеевого слоя на поверхности кристалла, а также для формирования монослоя 7 на поверхности клея. Для этого использовался клей ПАК-1. В качестве материала с плохой смачиваемостью диэлектрической жидкостью, из которого выполнен

0 вкладыш, использовался фотопласт-4.

Как показали экспериментальные исследования по краевому углу смачивания фотопласт-4 имеет угол смачивания порядка 9- 8° для ПМС-200, краевые углы для крышки,

,- покрытой припоем ПОС-61, и для монослоя алмазного порошка лежат в пределах 1-2°, т. е. фотопласт-4 имеет меньшую смачиваемость для жидкости ПМС-200.

Предлагаемый прибор позволяет увеличить эффективность охлаждения, что прио водит к увеличению надежности полупроводниковых приборов. При этом не требуется большого количества дорогостоящего алмазного порошка, не требуется также коренной переделки стандартного корпуса прибора, что расширяет область применения предла5 гаемого прибора.

Формула изобретения

снабжен вкладышем со скосами, размещенным на основании корпуса между полупроводниковым кристаллом и боковыми стенками корпуса с обеспечением контакта с их внутренними поверхностями и ориентированным скосами в сторону полупроводникового

кристалла с обеспечением контакта поверхностей скосов с диэлектрической жидкостью, на внешнюю поверхность полупроводникового кристалла последовательно нанесены

слой клея с алмазным порошком, процентное содержание которого составляет не менее 60%, и монослой частиц алмазного порошка соответственно, а на внутреннюю поверхность крышки - слой теплопроводного материала, причем в качестве порошка теплопроводного материала использован алмазный порошок, а вкладыш корпуса выполнен из материала, угол смачивания диэлектрической жидкостью которого больше угла смачивания диэлектрической жидкостью слоя теплопроводного материала внутренней поверхности крышки и внешней поверхности монослоя алмазного порошка с шероховатостью поверхностей его скосов меньшем,

чем шероховатость внутренней поверхности крышки и внешней поверхности монослоя алмазного порошка, полупроводникового кристалла.

Фиг. 2