Полупроводниковый прибор

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Н 01 L 23/34, 23/48

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

I с

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4423938/21 (22) 12.05.88 (46) 23.04.91. Бюл. № !5 (71) Казанский авиационный институт им. А. Н. Туполева (72) А. А. Мальцев и И. Х. Исхаков (53) 621.396.67.7 (088.8) (56) Заявка Японии № 60-11465, кл. Н 01 L 23/28, 23.06.85.

Патент (,ША № 3487275, кл. Н 01 1 /10, 30. 12.69. (54) ПОЛУПРОВОДНИКОВЫ! 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.

„„SU, 1644258 А1

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 6000. 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.

1644258

Формула изобретения

55 з

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 1 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 198HTIB в металло-керамическом корпусе. ИС 198HTIB представ5

35 ляет собой матрицу п-р-п-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 80Я, 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 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 приводит 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 предлагаемого прибора.

1. Полупроводниковый прибор, содержащий корпус из теплопроводного материала с выводами, в котором на его основании закреплен полупроводниковый кристалл, электрически соединенный с выводами корпуса, и крышку из теплопроводного материала, установленную на боковых стенках корпуса и герметично соединенную с ним с образованием полости между ними, которая заполнена диэлектрической жидкостью с порошком теплопроводного материала, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса охлаждения, корпус 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

1644258

Составитель А. Попова

Редактор Н. Тупица Техред А. Кравчук Корректор О. Кравцова

Заказ 1245 Тираж 375 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат <Патент>, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

5 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 ма5 териала, 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 10 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.

2. Прибор по п. 1, отличающийся тем, что в качестве диэлектрической жидкости использована кремнийорганическая жидкость

ПМС-200, в качестве клея — клей ПАК1, в качестве материала вкладыша — фотопласт-4, в качес-.ве теплопроводного материала слоя внутренней поверхности крышки — припой ПОС-61, а в качестве алмазного порошка — алмазный порошок с размерами частиц 1 — 2 мкм.