Мощная гибридная интегральная схема

 

Использование: полупроводниковая микроэлектроника. Сущность изобретения: гибридная интегральная схема содержит металлизированную с двух сторон диэлектрическую плату с топологическим рисунком металлизации на лицевой стороне и по меньшей мере с одной монтажной площадкой, расположенной в углублении на лицевой стороне платы на теплоотводе. Кристалл бескорпусного электронного прибора расположен и закреплен на монтажной площадке таким образом, что лицевая поверхность кристалла находится в одной плоскости с топологическим рисунком металлизации. Теплоотвод представляет собой систему глухих отверстий, выполненных в дне углубления и заполненных теплопроводящим материалом. Остаточная толщина дна глухих отверстий равна 1 - 999 мкм. Промежутки между кристаллом и боковыми стенками углубления заполнены по меньшей мере частично теплопроводящим связующим материалом. Обратная сторона платы соединена с теплопроводящим основанием. Техническим результатом изобретения является улучшение теплоотвода от кристалла. 5 з.п.ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к электронной технике, а более точно касается мощной гибридной интегральной схемы, и может быть использовано при конструировании мощных гибридных интегральных схем и корпусов мощных полупроводниковых приборов.

Известна гибридная интегральная схема (US, A, 4737235), содержащая диэлектрическую плату с топологическим рисунком металлизации и выемками, в которых с помощью связующего вещества закреплены полупроводниковые кристаллы, причем поверхности кристаллов с контактными площадками лежат в одной плоскости с поверхностью платы, а контактные площадки кристаллов электрически соединены с топологическим рисунком металлизации.

Данная конструкция характеризуется малой площадью теплопереноса от кристалла к плате, а значит, и недостаточной теплорассеивающей способностью.

Известна гибридная интегральная схема (ЕР, A, 0334397), содержащая металлизированную с двух сторон диэлектрическую плату с топологическим рисунком металлизации на лицевой стороне и по меньшей мере с одной монтажной площадкой, расположенной в углублении на лицевой поверхности платы на теплоотводе, представляющем собой систему отверстий в дне углубления, заполненных теплопроводящим материалом. Обратной стороной плата соединена с теплопроводящим основанием, кристалл бескорпусного электронного прибора расположен и закреплен на монтажной площадке в углублении таким образом, что лицевая поверхность кристалла находится на одной плоскости с топологическим рисунком металлизации.

В данной конструкции невозможно использовать широкий круг полупроводниковых приборов.

В основу настоящего изобретения положена задача создания мощной гибридной интегральной схемы с таким выполнением теплоотвода, которое обеспечивало бы улучшение теплоотвода от кристалла.

Поставленная задача решается тем, что в мощной гибридной интегральной схеме, содержащей металлизированную с двух сторон диэлектрическую плату с топологическим рисунком металлизации на лицевой стороне и по меньшей мере с одной монтажной площадкой, расположенной в углублении на лицевой стороне платы на теплоотводе, представляющем собой систему отверстий в дне углубления, заполненных теплопроводящим материалом, обратной стороной плата соединена с теплопроводящим основанием, кристалл бескорпусного электронного прибора расположен и закреплен на монтажной площадке в углублении таким образом, что лицевая поверхность кристалла находится в одной плоскости с топологическим рисунком металлизации, согласно изобретению отверстия теплоотвода в дне углубления выполнены глухими, причем остаточная толщина дна глухих отверстий равна 1-999 мкм, а промежутки между кристаллом и боковыми стенками углубления по меньшей мере частично заполнены теплопроводящим связующим материалом.

Размещение теплопроводящих элементов в системе глухих отверстий платы, выполненных в монтажной площадке и заполненных теплопроводящим связующим материалом, позволяет одновременно расширить область применения за счет возможности реализации схем с включением, например, биполярного транзистора по схеме с общим эмиттером или общей базой и возможности использования зазора между металлизацией в углублении и экранной металлизацией в качестве конденсатора, встроенного в объем платы за счет электрической изоляции кристалла при сохранении теплоотвода от кристалла.

Заполнение по меньшей мере частично промежутков между кристаллом и боковыми стенками углубления теплопроводящим связующим материалом увеличивает площадь теплообъема и тем самым улучшает отвод тепла от кристалла.

Ограничение остаточной толщины дна глухих отверстий снизу обусловлено необходимостью иметь изоляцию кристалла от экранной заземляющей металлизации, а сверху - минимальным эффектом увеличения площади теплопередачи, а значит и улучшения теплопередачи.

Выполнение на обратной стороне платы между глухими отверстиями в дне углубления встречных глухих отверстий, заполненных теплопроводящим материалом, увеличивает площадь теплопередачи, а значит, и теплосъем от кристалла. Остаточная толщина диэлектрика между глухими отверстиями равна 1-500 мкм.

Ограничение остаточной толщины диэлектрика между глухими отверстиями снизу определяется необходимостью электрической изоляции кристалла от экранной заземляющей металлизации, сверху - минимальным эффектом улучшения теплопередачи от кристалла к теплопроводящему основанию.

Выполнение системы глухих отверстий в виде решетки увеличивает поверхность теплового контакта, а значит, улучшает теплоотвод от кристалла.

Выполнение на лицевой поверхности платы вдоль периметра углубления глухих прорезей, заполненных теплопроводящим материалом, увеличивает площадь теплового контакта и тем самым улучшает теплоотвод от кристалла.

Выполнение углубления, глухих отверстий и глухих прорезей металлизированными облегчает заполнение их теплопроводящим материалом за счет улучшения смачиваемости и тем самым способствует улучшению теплового контакта.

В дальнейшем настоящее изобретение поясняется описанием конкретных примеров его выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых: фиг. 1 изображает разрез мощной гибридной интегральной схемы; фиг. 2 - разрез гибридной схемы с глухими отверстиями с обратной стороны платы; фиг. 3 а, b - разрез и вид сверху платы мощной гибридной интегральной схемы с системой глухих отверстий в дне, выполненных в виде решетки; фиг. 4 - разрез мощной гибридной интегральной схемы с дополнительными глухими отверстиями на боковой поверхности углубления и системой глухих отверстий на обратной стороне платы в виде решетки; фиг. 5 - вид сверху мощной гибридной интегральной схемы с глухими прорезями по периметру углубления.

Мощная гибридная интегральная схема согласно изобретению содержит металлизированную с двух сторон диэлектрическую плату 1 (фиг. 1), например, поликоровую с топологическим рисунком 2 металлизации на лицевой стороне платы 1. Состав металлизации: Ti (100 Ом/мм²) - Pd (0,2 мкм) - Au (3 мкм) или Cr (100 Ом/мм²) - Cu (1 мкм) - Cu (гальванически осажденная, 3 мкм) - Ni (0,6 мкм) - Au (3 мкм).

Плата 1 имеет одну монтажную площадку 3, расположенную в углублении 4 размером 0,6х0,55х0,33 мм на теплоотводе 5, представляющем собой систему глухих отверстий 6 платы 1, например, диаметром 0,1 мм с шагом 0,2 мм. Площадок 3 может быть множество.

Теплопроводящее основание 7, например, из сплава МД-50 с покрытием Ni (0,6 мкм) - Au (3 мкм) скреплено, например, припоем с металлизацией 8 обратной стороны платы 1. Кристаллы 9 бескорпусных электронных приборов, например кристаллы транзисторов типа 3П603Б-5 размером 0,5х0,45х0,3 мм, закреплены теплопроводящим связующим материалом 10, например припоем (Au-Si) эвтектического состава, на монтажной площадке 3 и на боковой поверхности 11 углубления 4 и электрически соединены с рисунком 2 металлизации с помощью, например, золотой проволоки 12 диаметром 30 мкм. Теплопроводящий связующий материал 10 заполняет глухие отверстия 6 и по меньшей мере частично промежутки между кристаллом 9 и боковыми стенками углубления 4. Остаточная толщина дна глухих отверстий 6 выбрана равной 100 мкм.

На обратной стороне платы 1 (фиг. 2) между глухими отверстиями 6 в дне углубления 4 выполнены встречные глухие отверстия 13, например, диаметром 50 мкм, заполненные теплопроводящим материалом 10, например припоем (Au-Si). Остаточная толщина диэлектрика между глухими отверстиями 13 равна 50 мкм.

Система глухих отверстий 6 (фиг. 3 а, b) в дне углубления 4 может быть выполнена в виде решетки, например, с толщиной канавок 0,1 мм и шагом 0,2 мм.

Глухие отверстия 14 (фиг. 4) могут быть выполнены дополнительно на боковой поверхности углубления 4. Система глухих отверстий 15 может быть выполнена на обратной стороне платы 1 в виде решетки с шириной канавки 50 мкм и шагом 0,25 мм.

На лицевой поверхности платы 1 вдоль периметра углубления 4 выполнены глухие прорези 16 (фиг. 5), например, размером 0,05х0,5х0,3 мм, заполненные теплопроводящим материалом 10.

Углубления 4, глухие отверстия 6, 13, 14, 15 и прорези 16 могут быть металлизированы. Структура металлизации, например, Pd - Ni (0,2 мкм) - Au (3 мкм).

Схема согласно изобретению работает следующим образом.

При работе транзистора выделяется теплота, которая рассеивается через систему рассеивания тепла, изготовленную в остаточной толщине дна углубления 4 (фиг. 1), и через боковые стенки углубления 4, что способствует более эффективному рассеиванию тепла и повышает надежность работы транзистора.

Использование патентуемой мощной гибридной интегральной схемы позволяет осуществлять электрическую изоляцию кристалла 9 электронного прибора при условии сохранения или даже увеличения теплорассеивания от кристалла 9 через плату 1 и теплопроводящее основание 7.

Хотя при описании изобретения приведен ряд конкретных примеров, понятно, что возможны некоторые изменения и усовершенствования, которые следуют из подробного описания и которые, тем не менее, не выходят за пределы существа и объема изобретения.

Формула изобретения

1. Мощная гибридная интегральная схема, содержащая металлизированную с двух сторон диэлектрическую плату с топологическим рисунком металлизации на лицевой стороне и по меньшей мере с одной монтажной площадкой, расположенной в углублении на лицевой стороне платы на теплоотводе, представляющем собой систему глухих отверстий в дне углубления, заполненных теплопроводящим материалом, с обратной стороны плата соединена с теплопроводящим основанием, кристалл бескорпусного электронного прибора, расположенный и закрепленный на монтажной площадке в углублении таким образом, что лицевая поверхность кристалла находится в одной плоскости с топологическим рисунком металлизации, при этом промежутки между кристаллом и боковыми стенками углубления по меньшей мере частично заполнены теплопроводящим связующим материалом, отличающаяся тем, что остаточная толщина дна глухих отверстий равна 1 - 999 мкм.

2. Мощная гибридная интегральная схема по п.1, отличающаяся тем, что на обратной стороне платы между глухими отверстиями в дне углубления выполнены встречные глухие отверстия, заполненные теплопроводящим материалом, причем остаточная толщина диэлектрика между глухими отверстиями равна 1 - 500 мкм.

3. Мощная гибридная интегральная схема по п.1 или 2, отличающаяся тем, что глухие отверстия образуют решетку.

4. Мощная гибридная интегральная схема по п.1, или 2, или 3, отличающаяся тем, что глухие отверстия дополнительно выполнены на боковой поверхности углубления.

5. Мощная гибридная интегральная схема по п.1, или 2, или 3, или 4, отличающаяся тем, что на лицевой поверхности платы вдоль периметра углубления выполнены глухие прорези, заполненные теплопроводящим материалом.

6. Мощная гибридная интегральная схема по п.1, или 2, или 3, или 4, или 5, отличающаяся тем, что углубления, глухие отверстия и прорези металлизированы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5