Гибридная интегральная схема свч-диапазона

 

Использование: в электронной технике, при конструировании гибридных интегральных схем для твердотельных модулей. Техническим результатом изобретения является улучшение теплорассеивания от кристалла полупроводникового прибора и повышение надежности схемы. Сущность изобретения: кристалл полупроводникового прибора расположен в углублении на лицевой стороне диэлектрической подложки платы, с обратной стороны подложки выполнены глухие металлизированные отверстия, металлизация которых служит нижней обкладкой конденсаторов, диэлектриком конденсаторов является остаточная толщина дна диэлектрической подложки в глухих металлизированных отверстиях, верхние обкладки конденсаторов расположены в составе топологического рисунка металлизации на лицевой стороне диэлектрической подложки, а толщина подложки между металлизированными отверстиями и сторонами углубления равна 0,001–1 мм. 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к электронной технике, а именно к конструкции гибридных интегральных схем СВЧ.

Известна гибридная интегральная схема СВЧ диапазона, содержащая диэлектрическую плату с топологическим рисунком на лицевой стороне платы и экранной заземляющей металлизацией на обратной стороне, соединенной с металлическим основанием, конденсатор, соединенный нижней обкладкой с основанием через отверстие в плате, верхней обкладкой, расположенной в составе топологического рисунка металлизации, а диэлектриком конденсатора служит материал платы [1].

Недостатками данного технического решения являются низкие массогабаритные характеристики и низкая рассеиваемая мощность.

Наиболее близким техническим решением является гибридная интегральная схема СВЧ диапазона, содержащая диэлектрическую подложку с топологическим рисунком металлизации на лицевой стороне и экранной заземляющей металлизацией на обратной ее стороне, конденсаторы, под которыми расположены металлизированные отверстия, при этом нижние обкладки конденсаторов соединены через металлизированные отверстия с экранной заземляющей металлизацией, углубление на лицевой стороне диэлектрической подложки, в котором размещен и закреплен кристалл полупроводникового прибора заподлицо с лицевой поверхностью диэлектрической подложки, контактные площадки кристалла полупроводникового прибора соединены проводниками с верхними обкладками конденсаторов и топологическим рисунком металлизации, теплоотводящее основание, соединенное с экранной заземляющей металлизацией связующим электро- и теплопроводящим веществом, а конденсаторы выполнены в виде кристаллов, расположенных в одном фигурном углублении с кристаллом полупроводникового прибора таким образом, что верхние обкладки находятся в одной плоскости с топологическим рисунком платы [2].

Недостатками данного технического решения являются низкие надежность и рассеиваемая мощность.

Техническим результатом изобретения является улучшение теплорассеивания от кристалла полупроводникового прибора и повышение надежности.

Технический результат достигается тем, что в известной гибридной интегральной схеме СВЧ диапазона, содержащей диэлектрическую подложку, на лицевой стороне которой расположен топологический рисунок металлизации, а на обратной экранная заземляющая металлизация, конденсаторы, под которыми расположены металлизированные отверстия, при этом нижние обкладки конденсаторов соединены через металлизированные отверстия с экранной заземляющей металлизацией, углубление на лицевой стороне диэлектрической подложки, в котором размещен и закреплен связующим веществом кристалл полупроводникового прибора заподлицо с лицевой поверхностью диэлектрической подложки, контактные площадки кристалла полупроводникового прибора соединены проводниками с верхними обкладками конденсаторов и топологическим рисунком металлизации, теплоотводящее основание, соединенное с экранной заземляющей металлизацией связующим электро- и теплопроводящим веществом, металлизированные отверстия выполнены глухими с лицевой стороны диэлектрической подложки с толщиной дна 0,001-0,5 мм, металлизация которых служит нижними обкладками конденсаторов, а верхние обкладки конденсаторов выполнены в составе топологического рисунка металлизации, толщина подложки между металлизированными отверстиями, глухими с лицевой стороны диэлектрической подложки, и сторонами углубления равна 0,001-1 мм.

Металлизированные отверстия, глухие с лицевой стороны диэлектрической подложки, могут быть полностью или частично заполнены электро- и теплопроводящим веществом.

Углубление на лицевой стороне диэлектрической подложки может быть металлизировано.

В металлизированных отверстиях, глухих с лицевой стороны диэлектрической подложки, могут быть расположены и закреплены связующим веществом теплопроводящие вставки.

В дне углубления на лицевой стороне диэлектрической подложки могут быть выполнены металлизированные отверстия диаметром от 0,01 мм до диаметра вписанной окружности в проекцию кристалла полупроводникового прибора и заполнены электро- и теплопроводящим веществом.

Металлизированные отверстия в дне углубления могут быть выполнены глухими.

Боковые стенки углубления могут быть наклонены под углом 90,1-150° к плоскости поверхности диэлектрической подложки, а зазоры между боковыми стенками углубления и кристаллом полупроводникового прибора могут быть равны или менее 0,4 мм.

Металлизированные отверстия, глухие с лицевой стороны диэлектрической подложки, могут иметь наклон стенок 90,1-150° к плоскости обратной стороны диэлектрической подложки.

Выполнение металлизированных отверстий глухими с лицевой стороны диэлектрической подложки, с металлизированным дном и расположение верхней обкладки в составе топологического рисунка металлизации позволит использовать металлизацию дна глухих отверстий в качестве нижних обкладок конденсаторов, остаточную толщину диэлектрической подложки в отверстиях в качестве диэлектрика конденсатора, сформировать конденсаторы в составе платы и тем самым исключить часть сварных и паяных соединений из конструкции гибридной интегральной схемы, а значит повысить ее надежность.

Толщина дна металлизированных отверстий, глухих с лицевой стороны диэлектрической подложки, в пределах, указанных в формуле изобретения, обеспечит сохранение прочности, а значит надежность конструкции, толщина дна менее 0,001 мм не обеспечит необходимой прочности, а более 0,5 мм не имеет смысла, так как не сказывается на надежности и уменьшит изготавливаемую емкость конденсатора.

Выполнение толщины подложки между металлизированными отверстиями и сторонами углубления в пределах, указанных в формуле изобретения, увеличит надежность, толщина подложки менее 0,001 мм не обеспечит достаточной прочности и надежности, а более 1 мм не сказывается существенно на теплорассеивание и значит не увеличит надежность.

Заполнение полностью или частично металлизированных отверстий, глухих с лицевой стороны диэлектрической подложки, электро- и теплопроводящим веществом улучшит теплорассеивание от кристалла полупроводникового прибора и повысит прочность конструкции, а значит ее надежность.

Выполнение углубления на лицевой стороне диэлектрической подложки позволит улучшить тепловой контакт кристалла полупроводникового прибора с диэлектрической подложкой, а значит улучшит теплорассеивание от кристалла полупроводникового прибора.

Расположение и закрепление связующим веществом в металлизированных отверстиях, глухих с лицевой стороны подложки, теплопроводящих вставок повысит теплорассеивание от кристалла полупроводникового прибора, а значит повысит надежность.

Выполнение в дне углубления на лицевой стороне диэлектрической подложки металлизированных отверстий и заполнение электро- и теплопроводящим веществом дополнительно улучшит теплорассеивание от кристалла полупроводникового прибора.

Выполнение в дне углубления на лицевой стороне диэлектрической подложки металлизированных отверстий диаметром в пределах, указанных в формуле изобретения, увеличит теплорассеивание от кристалла, а значит увеличит надежность работы схемы, выполнение отверстия диаметром менее 0,01 мм не увеличит теплорассеивания и надежность, а более диаметра вписанной окружности в проекцию кристалла не сказывается существенно на теплорассеивание и надежность.

Выполнение боковых стенок углубления наклонными повысит точность ориентации кристалла полупроводникового прибора, а значит равномерность и эффективность теплорассеивания от него.

Выполнение наклона боковых стенок углубления в пределах, указанных в формуле изобретения (90,1-150°), позволит стабилизировать положение кристалла в центре дна углубления, а значит стабилизировать равномерность теплорассеивания от кристалла полупроводникового прибора в разных направлениях, а значит увеличит надежность работы схемы, наклон более 150° к плоскости обратной стороны диэлектрической подложки увеличит площадь, занимаемую схемой, а следовательно ухудшит массогабаритные характеристики схемы, увеличит расстояние до конденсаторов и тем самым снизит теплорассеивание от кристалла и надежность схемы.

Выполнение зазора между боковыми стенками углубления и кристаллом менее 0,4 мм позволит улучшить теплорассеивание от кристалла полупроводникового прибора.

Выполнение наклона стенок металлизированных отверстий в дне углубления, глухих с обратной стороны диэлектрической подложки, в пределах, указанных в формуле изобретения (90,1-150°), позволит увеличить площадь теплого контакта, а значит увеличит теплорассеивание от кристалла полупроводникового прибора и, тем самым, повысить надежность, выполнение наклона менее 90,1 не сказывается на теплорассеивании, а значит и на надежности, а более 150° увеличит площадь, занимаемую конденсатором, ухудшит массогабаритные характеристики схемы, ухудшит теплорассеивание от кристалла и снизит надежность.

Изобретение поясняется чертежом, где

диэлектрическая подложка - 1;

топологический рисунок металлизации - 2;

экранная заземляющая металлизация - 3;

конденсаторы - 4;

металлизированные отверстия, глухие с лицевой стороны диэлектрической подложки - 5;

нижняя обкладка конденсатора - 6;

углубление на лицевой стороне диэлектрической подложки - 7;

связующее вещество - 8;

кристалл полупроводникового прибора - 9;

контактные площадки кристалла полупроводникового прибора - 10;

проводники - 11;

верхние обкладки конденсаторов - 12;

теплоотводящее основание - 13;

связующее электро- и теплопроводящее вещество - 14;

дно металлизированных отверстий, глухих с лицевой стороны диэлектрической подложки - 15;

металлизация углубления на лицевой стороне диэлектрической подложки - 16;

теплоотводящие вставки - 17;

металлизированные отверстия, выполненные в дне углубления на лицевой стороне диэлектрической подложки - 18.

Пример 1. На диэлектрической подложке (1), например, поликоровой толщиной 0,5 мм или 1 мм и размером 48×60 мм выполнены топологический рисунок металлизации (2) со структурой Сr (100 Ом/мм²) - Сu (1 мкм) напыленная - Сu (3 мкм) гальванически осажденная - Ni (0,6-0,8 мкм) гальванический - Au (3 мкм) гальванически осажденное - на лицевой стороне, а на обратной стороне экранная заземляющая металлизация (3) с той же структурой, что и топологический рисунок металлизации (2), конденсаторы (4), под которыми расположены металлизированные отверстия (5) размером, например, 2×2×0,45 мм в диэлектрической подложке (1), выполнены таким образом, что нижние обкладки (6) конденсаторов образованы металлизацией (5) дна (15) отверстий, глухих с лицевой стороны диэлектрической подложки, имеющей такую же структуру, как и экранная заземляющая металлизация (3). Нижние обкладки конденсаторов через металлизацию боковых сторон отверстий (5) соединены с экранной заземляющей металлизацией (3). На лицевой стороне диэлектрической поликоровой подложки выполнено углубление (7) размером 0,7×0,7×0,20 мм. В углублении расположен и закреплен клеем ЭЧЭ-С (8) кристалл полупроводникового прибора (9), например, транзистор ЗП 325 размером 0,5×0,5×0,15 мм, контактные площадки (10) транзистора соединены проводниками (11), например, плоскими золотыми толщиной 7 мкм, с верхними обкладкими (12) конденсатора, имеющими такую же структуру, как и топологический рисунок металлизации (2). Теплоотводящее основание (13) выполнено из сплава МД - 50 (50% меди и 50% молибдена), соединено, например, припоем Au - Si эвтектического состава с экранной заземляющей металлизацией.

Металлизированные отверстия, глухие с лицевой стороны диэлектрической подложки (5), имеют толщину дна 0,05 мм, металлизация которого служит нижними обкладками конденсаторов и имеет структуру такую же, как и экранная заземляющая металлизация. Толщина подложки между металлизированными отверстиями (5) и сторонами углубления (7) на лицевой стороне подложки равна 0,2 мм.

Металлизированные отверстия (5), глухие с лицевой стороны диэлектрической подложки, могут быть заполнены припоем Au - Si эвтектического состава.

Углубление (7) на лицевой стороне диэлектрической подложки может быть металлизировано (16) с металлизацией, аналогичной топологическому рисунку металлизации.

В металлизированных отверстиях (5), глухих с лицевой стороны диэлектрической подложки, могут быть расположены и закреплены припоем Au - Si теплоотводящие вставки (17) из меди, имеющие никелевое и золотое покрытие (Ni 0,6 мкм - Au 3 мкм), размером 1,8×1,8×0,30 мм.

В дне углубления (7) на лицевой стороне подложки могут быть выполнены металлизированные отверстия (18) диаметром 0,1 мм, заполненные припоем Au-Si.

Отверстия (18) могут быть выполнены глухими, например, с обратной стороны диэлектрической подложки.

Стенки углубления (7) могут иметь наклон стенок, например, 120, к плоскости лицевой стороны диэлектрической подложки (1), а зазоры между стенками углубления (7) и кристаллом полупроводникового прибора (9) равны 0,2 мм.

Металлизированные отверстия (5), глухие с лицевой стороны диэлектрической подложки, могут иметь наклон стенок 120°, к плоскости обратной стороны диэлектрической подложки.

Пример 2. Гибридная интегральная схема СВЧ диапазона выполнена аналогично примеру 1, но с толщиной дна металлизированных отверстий, глухих с лицевой стороны диэлектрической подложки, равной 0,001 мм, толщиной подложки между металлизированными отверстиями и сторонами углубления, равной 0,001 мм, с металлизированными отверстиями в дне углубления диаметром 0,01 мм, боковые стенки углубления наклонены под углом 90,1°, зазором между боковыми стенками углубления и кристаллом полупроводникового прибора, равным нулю, а металлизированные отверстия, глухие с лицевой стороны подложки, имеют наклон стенок 90,1° к плоскости обратной стороны диэлектрической подложки.

Пример 3. Гибридная интегральная схема СВЧ диапазона выполнена аналогично примеру 1, но с толщиной дна металлизированных отверстий, глухих с лицевой стороны диэлектрической подложки, равной 0,5 мм, толщиной подложки между металлизированными отверстиями, глухими с лицевой стороны подложки, и сторонами углубления, равной 1 мм, с диаметром металлизированных отверстий в дне углубления, равным диаметру вписанной окружности в проекцию кристалла полупроводникового прибора, боковые стенки углубления наклонены под углом 150°, зазором между боковыми стенками углубления и кристаллом полупроводникового прибора, равным 0,4 мм, а наклон стенок металлизированных отверстий под конденсаторами равен 90,1°.

Пример 4. Гибридная интегральная схема СВЧ диапазона выполнена аналогично примеру 1, но с толщиной дна металлизированных отверстий, глухих с лицевой стороны диэлектрической подложки, равной 0,0005 мм, толщиной подложки между металлизированными отверстиями, глухими с лицевой стороны подложки, и сторонами углубления, равной 0,0005 мм, с диаметром металлизированных отверстий в дне углубления, равным 0,005 мм, боковые стенки углубления наклонены под углом 90,05°, а наклон стенок металлизированных отверстий, глухих с лицевой стороны диэлектрической подложки, равен 90,05° к плоскости обратной стороны диэлектрической подложки. Такая конструкция не обладает достаточной прочностью, а значит и надежностью.

Пример 5. Гибридная интегральная схема СВЧ диапазона выполнена аналогично примеру 1, но с толщиной дна металлизированных отверстий, глухих и лицевой стороны диэлектрической подложки, равной 0,7 мм, толщиной подложки между металлизированными отверстиями и сторонами углубления, равной 1,5 мм, с диаметром металлизированных отверстий в дне углубления, равным 1,5 диаметра вписанной окружности в проекцию кристалла полупроводникового прибора, боковые стенки углубления наклонены под углом 160°, зазором между боковыми стенками углубления и кристаллом полупроводникового прибора, равным 0,5 мм, а наклон стенок металлизированных отверстий, глухих с лицевой стороны диэлектрической подложки, равен 160° к плоскости обратной стороны диэлектрической подложки.

При работе кристалла полупроводникового прибора выделяется тепло, которое рассеивается через стенки углубления, металлизированные отверстия, глухие с лицевой стороны подложки, через металлизированные отверстия в дне углубления и далее через теплоотводящее основание. Надежность работы схемы зависит от интенсивности теплоотвода.

Предлагаемая конструкция гибридной интегральной схемы СВЧ диапазона по сравнению с прототипом повысит надежность из-за сокращения числа сварных и паяных соединений и улучшит массогабаритные характеристики схемы.

Источники информации

1. Патент РФ №2137256, приоритет 26.09.96 г. МПК – Н 01 L 21/00. Гибридная интегральная схема СВЧ - диапазона.

2. Патент РФ №2025822, приоритет 19.03.91 г. МПК H 01 L 21/00. Гибридная интегральная схема.

Формула изобретения

1. Гибридная интегральная схема СВЧ-диапазона, содержащая диэлектрическую подложку, на лицевой стороне которой расположен топологический рисунок металлизации, а на обратной - экранная заземляющая металлизация, конденсаторы, под которыми расположены металлизированные отверстия, при этом нижние обкладки конденсаторов соединены через металлизированные отверстия с экранной заземляющей металлизацией, углубление на лицевой стороне диэлектрической подложки, в котором размещен и закреплен связующим веществом кристалл полупроводникового прибора заподлицо с лицевой поверхностью диэлектрической подложки, контактные площадки кристалла полупроводникового прибора соединены проводниками с верхними обкладками конденсаторов и топологическим рисунком металлизации, теплоотводящее основание, соединенное с экранной заземляющей металлизацией связующим электро- и теплопроводящим веществом, отличающаяся тем, что металлизированные отверстия выполнены глухими с лицевой стороны диэлектрической подложки с толщиной дна 0,001-0,5 мм, металлизация которых служит нижними обкладками конденсаторов, а верхние обкладки конденсаторов выполнены в составе топологического рисунка металлизации, толщина подложки между металлизированными отверстиями, глухими с лицевой стороны диэлектрической подложки, и сторонами углубления равна 0,001-1 мм.

2. Гибридная интегральная схема по п.1, отличающаяся тем, что металлизированные отверстия, глухие с лицевой стороны диэлектрической подложки, полностью или частично заполнены электро- и теплопроводящим веществом.

3. Гибридная интегральная схема по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что углубление на лицевой стороне диэлектрической подложки металлизировано.

4. Гибридная интегральная схема по пп.1 и 3, отличающаяся тем, что в металлизированных отверстиях, глухих с лицевой стороны диэлектрической подложки, расположены и закреплены связующим веществом теплопроводящие вставки.

5. Гибридная интегральная схема по пп.1-4, отличающаяся тем, что в дне углубления на лицевой стороне диэлектрической подложки выполнены металлизированные отверстия диаметром от 0,01 мм до диаметра вписанной окружности в проекцию кристалла полупроводникового прибора и заполнены электро- и теплопроводящим веществом.

6. Гибридная интегральная схема по пп.1-5, отличающаяся тем, что металлизированные отверстия в дне углубления выполнены глухими с обратной стороны диэлектрической подложки.

7. Гибридная интегральная схема по пп.1-6, отличающаяся тем, что боковые стенки углубления наклонены под углом 90,1-150° к плоскости поверхности диэлектрической подложки, а зазоры между боковыми стенками углубления и кристаллом полупроводникового прибора равны или менее 0,4 мм.

8. Гибридная интегральная схема по пп.1-7, отличающаяся тем, что металлизированные отверстия, глухие с лицевой стороны диэлектрической подложки, имеют наклон стенок 90,1-150° к плоскости обратной стороны диэлектрической подложки.

РИСУНКИ

Рисунок 1