Герметичное микроэлектронное устройство Советский патент 1993 года по МПК H01L23/00 

Изобретение относится к области микроэлектронных устройств (МЭУ), в том числе к разработке конструкции и технологии изготовления СВЧ монолитно-интегральных приборов (МИП),

Целью изобретения является снижение потерь при использовании устройства в СВЧ-диапазоне.

На фиг. 1 и 2 представлено схематическое изображение предлагаемого герметичного микроэлектронного устройства с полосковыми выводами.

Устройство содержит металлическое основание 1, к которому припаяна диэлектрическая п. 2 с навесными компонентами 3, размещенными на плате, и (или) в ее отверстиях на основании, и соединенных с микрополосковыми выводами 4, расположенными на плате. С платой 2 по ее периферии герметично соединена выпуклая металлическая крышка 5, снабженная окнами 6 над полосковыми выводами 4. Форма окон 6 близка к прямоугольной, с верхними скругленными углами. Размеры окон 6 отвечают соотношениям

U W, L2 3W, R W,

где W - ширина полосковой линии;

Li - высота окон в крышке;

- ширина окон в крышке;

R - радиус скругления верхних углов окон.

Окна 6 заполнены пенопластовыми пробками, соединенными со слоем пенопласта 7, размещенным вдоль внутренней

XI

8

2

Iw

границы соединения крышки с платой, шириной,-превышающей 1 мм, и толщиной, превышающей высоту окна более чем на 1 мм.

Наличие окон в крышке (над полосковы- ми выводами) позволяет использовать крышку из металла, что и обеспечивает довольно высокую электрогерметичность заявленного устройства (для чего необходимо также электрическое соединение крышки с основанием), а соединение крышки с платой при помощи пенодиэлектрика, полностью закрывающего упомянутые окна, обусловливает сохранение необходимой герметич

ности конструкции.

Размер и конфигурацию окон в крышке (над полосковыми выводами) выбирают из условия минимальности влияния крышки на Кет V МПЛ с одной стороны, и с учетом получения максимально достижимой электрогерметичности МЭУ - с другой стороны.

Минимально допустимая высота окна в крышке над микрополоском определяется из условия исключения влияния заземленного экрана (крышки) на KcW МПЛ. Из известных соотношений следует, что оптимальным по отношению к KCTV МЭУ является окно высотой W и шириной 3W по нижнему краю.

В полосковой плате электромагнитное поле сосредоточено, главным образом, на границе диэлектрик-полосок. Однако часть электромагнитного поля выходит на- ружуи распространяется над поверхностью полоска. Электрическая составляющая этого поля (или, что то же самое, плотность СВЧ токов) на контуре окна над полосковым выводом будет максимальна в местах наиболь- шей кривизны окна, т.е. на углах его контура. Использование окон со скругленными углами позволяет снизить плотность СВЧ токов, что, в свою очередь, приводит к уменьшению площади окна, и, в конеч- ном счете, позволяет повысить электрогерметичность корпуса. Конкретная форма (радиусы закруглений) подбирались экспериментально.

Необходимым условием обеспечения герметичности и высоких СВЧ параметров заявленной конструкции МЭУ с полосковыми выводами является использование в качестве диэлектрика, изнутри прилежащего к крышке и плате в области их сопряжения, а значит и к полосковым выводам, материала, к которого близок к 1, a не более 1x10 , обладающего также высокой адгезией как к металлу, так и к материалу платы.

5

5

0

5 0

5 0 5

0 5

Малые значения Б и пенопласта, высокая адгезия его к различным материалам и газонепроницаемость при толщине прослойки 1 мм обусловливает его преимущест- венное использование в качестве материала, с помощью которого (путем вспенивания) осуществляют герметичное соединение металлической крышки и диэлектрической платы.

Для обеспечения герметичности устройства ширина размещаемого вдоль внутренней границы соединения крышки с платой слоя пенопласта должна превышать 1 мм, а толщина - превышать высоту окна более чем на 1 мм.

Требования к функционированию размещенных на плате бескорпусных полупроводниковых приборов (кристаллов) исключают контакт этих кристаллов с какими-либо средами. Вследствие этого не допускается полное заполнение пространства под крышкой устройства герметизирующим пенопластом, а пенопласт размещают таким образом, чтобы он не соприкасался с кристаллами.

Пример. Заявленная конструкция реализована втранзисторном усилителе диапазона частот до 26 ГГц. Прибор содержит плату из поликора толщиной 0,5 мм, припаянную припоем ПОС-61 к основанию из сплава 29 НК толщиной 0,5 мм с покрытием Мб, 0-Ви9. Часть кристаллов активных элементов размещена на плате, а часть - в окнах платы на основании. Выводы кристаллов из золотой проволоки диаметром 30 мкм методом микросварки соединены с соответствующими контактными площадками на плате.

Крышка прибора выполнена из меди и покрыта сплавом олово-висмут. В крышке в местах, соответствующих прохождению 50- омных (шириной 0,5 мм) микрополосков Вход, Выход и +12В, выполнены окна высотой 0,5 мм, длиной по нижнему краю 1,5 мм и радиусом закруглений по верхнему краю 0,5 мм.

С внутренней стороны крышки по всему периметру ее сопряжения с платой к крышке и плате прилежит валик из пенопласта ПЭН-И. Ширина валика (вдоль платы) и высота валика (вдоль крышки) составляют 2 мм.

Герметизацию устройства осуществляют путем размещения под крышкой заготовки из пенопласта, спрессованного в форме рамки, конфигурация которой повторяет конфигурацию края крышки, и его последующего вспенивания путем термообработки при температуре 110°С.

Герметичность устройства достаточно велика, натекание по гелию в прибор составляет не более 5 х 107 л -мкм .

Электрогерметичность устройства не хуже 40 дБ KcW усилителя по входу усилителя не более 1,18 (на частоте 20 ГГц).

Таким образом, по сравнению с известными, заявленная конструкция герметичного микроэлектронного устройства с

0

полосковыми выводами имеет значительные преимущества, так как обеспечивает герметичность и электрогерметичность приборов и улучшение их СВЧ параметров.

Использование изобретения при создании перспективных СВЧ микроэлектронных устройств создает предпосылки продвижения вверх по частотному диапазону, что является актуальной задачей микроэлектроники.

Изобретение относится к микроэлектронным устройствам, в том числе к СВЧ монолитным интегральным приборам. В герметичном микроэлектронном устройстве, содержащем металлическое основание, припаянную к нему диэлектрическую плату, навесные компоненты, размещенные на плате и соединенные с микрополосковыми выводами, расположенными на плате, и выпуклую крышку, герметично соединенную с платой, крышка соединена электрически с основанием и выполнена металлической с расположенными над выводами прямоугольными окнами с верхними скругленными углами, размеры которых выбраны из вы ражений U W; л 3W; R W, где W - ширина полосковой линии, LI - высота окон в крышке; L2 - ширина окон в крышке; R - радиус скругления верхних углов окон, заполненными пенопластовыми пробками, соединенными со слоем пенопласта, размещенными вдоль внутренней границы соединения крышки с платой, шириной превышающей 1 мм и толщиной, превышающей высоту окна более чем на 1 мм. 2 ил. ел

Формула изобретения Герметичное микроэлектронное устройство, содержащее металлическое осно- вание, припаянную к нему диэлектрическую плату, навесные компоненты, размещенные на плате и соединенные с микрополосковы- ми выводами, расположенными на плате, и выпуклую крышку, герметично соединен- ную с платой, отличающееся тем, что, с целью снижения потерь при использовании в СВЧ-диапазоне, крышка соединена электрически с основанием и выполнена металлической с расположенными над выво- дами прямоугольными окнами с верхними

скругленными углами, размеры которых выбраны из выражений

Li W, L2 3W, R W, где W - ширина полосковой линии;

U - высота окон в крышке ;

- ширина окон в крышке;

R - радиус скругления верхних углов окон,

заполненными пенопластовыми пробками, соединенными со слоем пенопласта, размещенным вдоль внутренней границы соединения крышки с платой, шириной, превышающей 1 мм, и толщиной, превышающей высоту окна более чем на 1 мм.

Фиг.I