Гибридная интегральная схема свч-диапазона

Изобретение относится к электронной технике, а именно к гибридным интегральным схемам СВЧ-диапазона. Техническим результатом изобретения является повышение надежности гибридной интегральной схемы СВЧ как за счет повышения механической прочности соединений, так и за счет улучшения теплоотвода от кристалла полупроводникового прибора. Сущность изобретения: в гибридной интегральной схеме СВЧ-диапазона в металлическом теплоотводящем основании непосредственно под отверстием в диэлектрической подложке выполнено отверстие, соразмерное по сечению отверстию в диэлектрической подложке, в котором расположена часть металлической теплоотводящей вставки, а соединена металлическая теплоотводящая вставка боковыми поверхностями с боковыми поверхностями отверстий в диэлектрической подложке и металлическом теплоотводящем основании, при этом зазор между ними менее или равен 0,4 мм, а высота металлической теплоотводящей вставки равна или меньше на высоту кристалла полупроводникового прибора суммарной толщины металлического теплоотводящего основания и диэлектрической подложки. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к электронной технике, а именно к гибридным интегральным схемам СВЧ-диапазона.

Известна гибридная интегральная схема СВЧ-диапазона, содержащая диэлектрическую подложку с топологическим рисунком металлизации на лицевой стороне и экранной заземляющей металлизацией на обратной, в диэлектрической подложке выполнено сквозное отверстие, диэлектрическая подложка расположена обратной стороной на металлическом теплоотводящем основании, имеющем выступ, который расположен в отверстии диэлектрической подложки, причем выступ металлического теплоотводящего основания и отверстие в диэлектрической подложке соразмерны, на выступе расположен и закреплен кристалл бескорпусного полупроводникового прибора, контактные площадки которого соединены с топологическим рисунком металлизации.

Недостатками данной конструкции являются высокая трудоемкость изготовления из-за сложности изготовления металлического теплоотводящего основания с выступом и низкая надежность.

Известна гибридная интегральная схема-прототип, содержащая диэлектрическую подложку с топологическим рисунком металлизации на лицевой стороне и экранной заземляющей металлизацией на обратной стороне, диэлектрическая подложка обратной стороной расположена на металлическом теплоотводящем основании и соединена с ним, в диэлектрической подложке выполнено отверстие, в котором расположена теплоотводящая вставка из золота, соединенная с металлическим теплоотводящим основанием, при этом теплоотводящая вставка и отверстие в диэлектрической подложке соразмерны и по сечению и по высоте, на торце теплоотводящей вставки с лицевой стороны диэлектрической подложки расположен и соединен с ней кристалл полупроводникового прибора, контактные площадки которого соединены с топологическим рисунком металлизации проводниками.

Недостатками данной конструкции являются низкая надежность, обусловленная как недостаточной прочностью соединений, так и низким теплоотводом от кристалла полупроводникового прибора.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности как путем повышения прочности соединений, так и улучшения теплоотвода от кристалла полупроводникового прибора.

Технический результат достигается тем, что в известной конструкции гибридной интегральной схемы СВЧ-диапазона, содержащей диэлектрическую подложку с топологическим рисунком металлизации на лицевой стороне и экранной заземляющей металлизацией на обратной стороне, диэлектрическая подложка обратной стороной расположена на металлическом теплоотводящем основании и соединена с ним, в диэлектрической подложке выполнено отверстие, в котором расположена металлическая теплоотводящая вставка из материала с хорошей тепло- и электропроводностью, при этом металлическая теплоотводящая вставка по сечению соразмерна отверстию в диэлектрической подложке и соединена с металлическим теплоотводящим основанием, на торце металлической теплоотводящей вставки расположен и соединен с ней кристалл полупроводникового прибора, контактные площадки которого соединены с топологическим рисунком металлизации, в металлическом теплоотводящем основании непосредственно под отверстием в диэлектрической подложке выполнено отверстие, соразмерное по сечению отверстию в диэлектрической подложке, в котором расположена часть металлической теплоотводящей вставки, а соединена металлическая теплоотводящая вставка боковыми поверхностями с боковыми поверхностями отверстий в диэлектрической подложке и металлическом теплоотводящем основании, при этом зазор между ними менее или равен 0,4 мм, а высота металлической теплоотводящей вставки равна или меньше на высоту кристалла полупроводникового прибора суммарной толщины металлического теплоотводящего основания и диэлектрической подложки.

Металлическая теплоотводящая вставка может быть выполнена составной.

Выполнение отверстия в металлическом теплоотводящем основании указанным образом и с указанными размерами, расположение и соединение в нем указанным образом металлической теплоотводящей вставки позволят:

во-первых, повысить прочность конструкции за счет увеличения площади соединения и тем самым повысить надежность;

во-вторых, увеличить площадь теплового контакта металлической теплоотводящей вставки с металлическим теплоотводящим основанием и диэлектрической подложкой и тем самым улучшить теплоотвод от кристалла полупроводникового прибора и, следовательно, повысить надежность.

Выполнение зазора между боковыми поверхностями металлической теплоотводящей вставки и боковыми поверхностями отверстий в диэлектрической подложке и металлическом теплоотводящем основании менее или равным 0,4 мм позволит за счет капиллярного всасывания полностью заполнить зазор материалом соединения, например припоем, в случае соединения металлической теплоотводящей вставки пайкой, увеличить площадь соединения и тем самым повысить надежность.

Выполнение высоты металлической теплоотводящей вставки, равной или меньше на высоту кристалла полупроводникового прибора суммарной толщины металлического теплоотводящего основания и диэлектрической подложки, позволит дополнительно увеличить площадь теплового контакта, сократить путь отвода тепла от кристалла полупроводникового прибора и тем самым улучшить теплоотвод и, следовательно, повысить надежность.

Выполнение металлической теплоотводящей вставки составной позволит:

во-первых, приблизить площадь металлической теплоотводящей вставки к площади кристалла полупроводникового прибора и тем самым дополнительно улучшить теплоотвод;

во-вторых, снизить напряжения, возникающие из-за разницы в коэффициенте линейного температурного расширения материалов кристалла полупроводникового прибора и металлической теплоотводящей вставки и тем самым повысить прочность соединений.

И первое, и второе позволят дополнительно повысить надежность гибридной интегральной схемы.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 представлена предлагаемая гибридная интегральная схема СВЧ, где

- диэлектрическая подложка - 1,

- топологический рисунок металлизации - 2,

- экранная заземляющая металлизация - 3,

- металлическое теплоотводящее основание - 4,

- отверстие в диэлектрической подложке - 5,

- металлическая теплоотводящая вставка - 6,

- кристалл полупроводникового прибора - 7,

- контактная площадка - 8,

- соединение контактных площадок с топологическим рисунком металлизации - 9,

- отверстие в металлическом теплоотводящем основании - 10.

На фиг.2 представлена гибридная интегральная схема СВЧ, в которой металлическая теплоотводящая вставка выполнена составной.

Пример 1.

Гибридная интегральная схема СВЧ-диапазона, например усилитель мощности, содержит диэлектрическую подложку 1, выполненную из поликора (ВК-100-1) Ще.781.000ТУ размером 30×48×0,5 с топологическим рисунком металлизации 2 на лицевой стороне и экранной заземляющей металлизацией 3 на обратной стороне, выполненные из структуры металлов Cr-Cu-Cu-Ni-Au, толщиной, равной 0,02, 1,3, (0,6-0,8), 3 мкм соответственно, при этом слои Cr и Cu (1 мкм) нанесены вакуумным напылением, а Cu (3 мкм), Ni, Au нанесены гальваническим осаждением. В диэлектрической подложке 1 выполнено отверстие 5 диаметром, равным 1,2 мм.

Диэлектрическая подложка 1 обратной стороной расположена на металлическом теплоотводящем основании 4, которое выполнено из сплава МД-50 (50% меди и 50% молибдена) толщиной, равной 1 мм, на который нанесен гальваническим осаждением слой никеля и золота толщиной, равной 0,5 и 3 мкм соответственно. Диэлектрическая подложка 1 соединена с металлическом теплоотводящем основанием 4, например, припоем Au-Si эвтектического состава. Теплопроводность МД-50 равна 250 Вт/м·°К.

В металлическом теплоотводящем основании 4, непосредственно под отверстием в диэлектрической подложке 5, выполнено отверстие 10 диаметром также 1,2 мм. Отверстие в диэлектрической подложке 5 металлизировано структурой металлов Pd-Ni-Cu-Ni-Au толщиной, равной 0,001, (0,1-0.2), 3, (0,6-0,8), 3 мкм соответственно, при этом Pd и Ni (0,1-0,2) осаждены химически, а Cu, Ni (0,6-0,8), Au нанесены гальваническим осаждением.

Металлическая теплоотводящая вставка 6 выполнена из меди диаметром 1,0 мм, расположена в отверстиях 5 и 10 в диэлектрической подложке и металлическом теплоотводящем основании соответственно и соединена боковыми поверхностями с боковыми поверхностями последних припоем Au-Si эвтектического состава.

На торце металлической теплоотводящей вставки 6 с лицевой стороны диэлектрической подложки 1 расположен и соединен с ней, например припоем Au-Sn, кристалл полупроводникового прибора 7, например, транзистора СВЧ-типа 3П612 с размерами 0,95×0,7×0,1, при этом обратная сторона кристалла транзистора металлизирована и имеет золотое покрытие, контактные площадки кристалла полупроводникового прибора соединены с топологическим рисунком металлизации, например, соединительными проводниками 9.

При этом высота металлической теплоотводящей вставки равна 1,5 мм, что равно суммарной толщине металлического теплоотводящего основания 4 и диэлектрической подложки 1.

Пример 2.

Гибридная интегральная схема СВЧ-диапазона выполнена аналогично примеру 1, но имеет более мощный транзистор СВЧ с размерами 2,95×0,7×0,1, размер отверстия в сечении равен 3,3×1,0, а металлическая теплоотводящая вставка выполнена составной, например из трех частей, размером каждая 1×0,8×1,4 мм, соединенных между собой припоем. Это соответствует случаю исполнения гибридной интегральной схемы СВЧ, когда зазор менее 0,4 мм, а высота металлической теплоотводящей вставки менее суммарной толщины металлического теплоотводящего основания 4 и диэлектрической подложки 1 на высоту кристалла транзистора 7.

Таким образом, предложенная конструкция гибридной интегральной схемы СВЧ-диапазона по сравнению с прототипом позволит повысить надежность за счет повышения прочности соединения и улучшения теплоотвода от кристалла полупроводникового прибора.

Источники информации

1. Иовдальский В.А. Совершенствование конструкции и технологии гибридно-интегральных мощных усилителей СВЧ-диапазона. Электронная техника. Сер. СВЧ-техника, вып.4(464), 1994 г., с.13-16.

2. Bissegger C.A. Building an ascillator. Lump it and Like it. // Microwave J. 1978. - Vol.7, p.45-53.

1. Гибридная интегральная схема СВЧ-диапазона, содержащая диэлектрическую подложку с топологическим рисунком металлизации на лицевой стороне и экранной заземляющей металлизацией на обратной, диэлектрическая подложка обратной стороной расположена на металлическом теплоотводящем основании и соединена с ним, в диэлектрической подложке выполнено отверстие, в котором расположена металлическая теплоотводящая вставка из материала с хорошей тепло- и электропроводностью, при этом металлическая теплоотводящая вставка по сечению соразмерна отверстию в диэлектрической подложке и соединена с металлическим теплоотводящим основанием, на торце металлической теплоотводящей вставки с лицевой стороны диэлектрической подложки расположен и соединен с ним кристалл полупроводникового прибора, контактные площадки которого соединены с топологическим рисунком металлизации, отличающаяся тем, что в металлическом теплоотводящем основании непосредственно под отверстием в диэлектрической подложке выполнено отверстие, соразмерное по сечению отверстию в диэлектрической подложке, в котором расположена часть металлической теплоотводящей вставки, а соединена металлическая теплоотводящая вставка боковыми поверхностями с боковыми поверхностями отверстий в диэлектрической подложке и металлическом теплоотводящем основании, при этом зазор между ними менее или равен 0,4 мм, а высота металлической теплоотводящей вставки равна или меньше на высоту кристалла полупроводникового прибора суммарной толщины металлического теплоотводящего основания и диэлектрической подложки.

2. Гибридная интегральная схема СВЧ-диапазона по п.1, отличающаяся тем, что металлическая теплоотводящая вставка выполнена составной.