close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY2817

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(19)
BY (11) 2817
(13)
C1
(51)
(12)
6
H 01L 23/053
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ
КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
(54)
ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА
(21) Номер заявки: a 19980514
(22) 1998.05.27
(46) 1999.06.30
(71) Заявитель: Научно-исследовательское
конструкторско-технологическое
предприятие "Белмикросистемы" (BY)
(72) Авторы: Белоус А.И., Емельянов В.А., Кавриго
Н.Ф., Пономарь В.Н., Силин А.В. (BY)
(73) Патентообладатель: Научно-исследовательское
конструкторско-технологическое
предприятие
"Белмикросистемы" (BY)
BY 2817 C1
(57)
Интегральная схема, содержащая выполненное из алюминия или его сплава основание, на которое нанесен окисел путем электрохимического анодирования, с установочным углублением для кристалла и размещенным в нем
полупроводниковым кристаллом, выводы, расположенные по периметру, основания и соединенные токопроводящими перемычками с контактными площадками полупроводникового кристалла, причем между основанием и
кристаллом установлена прямоугольная прокладка, отличающаяся тем, что прокладка выполнена толщиной 0,20,3 мм из материала с коэффициентом теплового расширения, превышающим коэффициент теплового расширения
кристалла не более чем на 20 %, и содержит сквозные отверстия переменного сечения, расположенные большим
сечением в сторону основания, центры которых отстоят друг от друга на расстоянии а вдоль сторон прокладки, где
а = 1,0-1,2 мм, диаметр большего сечения отверстия равен 2/3 а, отношение площадей меньшего и большего сечений отверстия составляет 1:25, при этом прокладка прикреплена к основанию и полупроводниковому кристаллу с
помощью клея.
Фиг. 1
BY 2817 C1
(56)
1. Технология СБИС / Под ред. С. Зи. - М.: Мир, 1986. - т. 2. - С. 358-362.
2. Чернышов А.А., Чистяков Ю.Д. Корпуса для сборки интегральных микросхем // Зарубежная электронная техника. - 1988. - № 9. - С. 3-47.
1. ЕР 0 700 083 А2, МПК - Н 01L 23/057, 23/10, 23/14, 23/06, 1996 (прототип).
Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано при создании интегральных
схем.
Известна интегральная схема, в которой полупроводниковый кристалл устанавливается на металлическую выводную рамку, контактные площадки кристалла соединяют проволочными перемычками, а защиту
от внешних воздействий осуществляют полимерным материалом (пластмассой) путем трансферного прессования [1].
К недостаткам такой конструкции относят узкий температурный диапазон работоспособности интегральной схемы и высокое тепловое сопротивление кристалл-корпус.
Более широким рабочим температурным диапазоном обладает интегральная схема, содержащая основание из стеклокерамики, на которое устанавливается полупроводниковый кристалл, а по периметру основания
с помощью стеклоприпоя закрепляется выводная рамка. Контактные площадки кристалла соединены с выводами рамки проволочными соединениями, а герметизация осуществляется стеклокерамической крышкой и
стеклоприпоем [2].
Недостатками такой конструкции также является пониженная надежность, связанная с невысокой устойчивостью к тепловому и механическому удару.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является интегральная схема [3],
содержащая выполненное из алюминия или его сплава основание, на которое нанесен окисел путем электрохимического анодирования с установочным углублением для кристалла и размещенным в нем полупроводниковым кристаллом, выводы, расположенные по периметру основания и соединенные токопроводящими
перемычками с контактными площадками полупроводникового кристалла, причем между основанием и кристаллом установлена прямоугольная прокладка. Установочное углубление закрыто крышкой из материала,
аналогичного основанию.
Известному техническому решению присущи пониженная надежность работы и ограниченный диапазон
рабочих температур окружающей среды, что связано с отслаиванием от основания либо растрескиванием
кристалла при повышении (понижении) температуры окружающей среды или повышении рассеиваемой
мощности из-за большого различия в коэффициентах теплового расширения полупроводникового кристалла
и алюминиевого основания.
В основу изобретения положена задача расширения температурного диапазона работоспособности интегральной схемы.
Сущность изобретения заключается в том, что в интегральной схеме, содержащей выполненное из алюминия или его сплава основание, на которое нанесен окисел путем электрохимического анодирования, с установочным углублением для кристалла и размещенным в нем полупроводниковым кристаллом, выводы,
расположенные по периметру основания и соединенные токопроводящими перемычками с контактными
площадками полупроводникового кристалла, причем между основанием и кристаллом установлена прямоугольная прокладка, согласно изобретению, прокладка выполнена толщиной 0,2-0,3 мм из материала с коэффициентом теплового расширения, превышающим коэффициент теплового расширения кристалла не более, чем на 20 %, и содержит сквозные отверстия переменного сечения, расположенные большим сечением в
сторону основания, центры которых отстоят друг от друга на расстоянии, а вдоль сторон прокладки, где
2
а= 1,0-1,2 мм, диаметр большего сечения отверстия равен à , отношение площадей меньшего и большего
3
сечений отверстия составляет 1:25, при этом прокладка прикреплена к основанию и полупроводниковому
кристаллу с помощью клея.
Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показал, что заявляемая интегральная схема отличается от известной тем, что прокладка выполнена толщиной 0,2-0,3 мм из материала
с коэффициентом теплового расширения, превышающим коэффициент теплового расширения кристалла не
более, чем на 20 %, и содержит сквозные отверстия переменного сечения, расположенные большим сечением в сторону основания, центры которых отстоят друг от друга на расстоянии а вдоль сторон прокладки, где
2
а=1,0-1,2 мм, диаметр большего сечения отверстия равен à , отношение площадей меньшего и большего
3
сечений отверстия составляет 1:25, при этом прокладка прикреплена к основанию и полупроводниковому
кристаллу с помощью клея.
2
BY 2817 C1
При этом существенным является то, что прокладка имеет сетчатую структуру с отверстиями переменного сечения, что уменьшает термомеханические напряжения в структуре «прокладка- основание», при затекании в них клея обеспечивает соединение кристалла не только с прокладкой, но и непосредственно с основанием и увеличивает тем самым устойчивость интегральной схемы к изменению температур, расширяет
температурный диапазон работоспособности интегральной схемы и увеличивает ее максимально рассеиваемую мощность.
Сущность изобретения поясняется фиг. 1-2, где на фиг. 1 изображена интегральная схема согласно заявляемому техническому решению, а на фиг. 2 прямоугольная сетчатая прокладка со сквозными отверстиями
переменного сечения.
Интегральная схема (фиг. 1) содержит выполненное из алюминия или его сплава основание 1, на которое
нанесен окисел 2 путем электрохимического анодирования. В установочном углублении на основании 1 размещен полупроводниковый кристалл 3. По периметру основания 1 размещены выводы 4, прикрепленные к
основанию с помощью клея и соединенные токопроводящими перемычками 5 с контактными площадками 6
кристалла 3. Между основанием 1 и кристаллом 3 размещена прокладка 7 (фиг. 1) толщиной 0,2-0,3 мм. Коэффициент теплового расширения материала прокладки 7 превышает коэффициент теплового расширения
кристалла 3 не более, чем на 20 %. Прокладка 7 (фиг. 2) выполнена в форме прямоугольной пластины, и содержит сквозные отверстия 8 переменного сечения, расположенные большим сечением в сторону основания
1, центры которых отстоят друг от друга на расстоянии а (фиг. 2) вдоль сторон прокладки, где а=1,0-1,2мм,
2
диаметр большего сечения отверстия 8 равен a , отношение площадей меньшего и большего сечений от3
верстия составляет 1:25, при этом прокладка 7 (фиг. 1) прикреплена к основанию 1 и полупроводниковому
кристаллу 3 с помощью клея.
При подаче питания на интегральную схему при нормальной температуре окружающей среды, интегральная схема выполняет заданные функции, рассеивая при этом в окружающую среду определенную мощность, зависящую от токов, протекающих в интегральной схеме, и теплового сопротивления корпуса. При
этом на границе раздела между кристаллом 3 и основанием 1 возможен небольшой перегрев кристалла по
отношению к корпусу (2-5°С), не приводящий к возникновению больших термомеханических напряжений.
При увеличении температуры окружающей среды температура кристалла 3 и основания 1 увеличивается, что
приводит к их тепловому расширению. Учитывая, что коэффициент теплового расширения (КТР) кристалла
3 (например, кремниевого равен KTP1=4,2 10-6 К-1),более чем в 5 раз отличается от KTP2 материала основания 1 (для алюминия КТР2=25 10-6 К-1), непосредственное клеевое соединение кристалла 3 и основания 1 не
позволит получить систему с небольшим уровнем термомеханических напряжений и из-за большой разности
в значениях коэффициентов теплового расширения кристалла 3 и основания 1 произойдет отслаивание либо
растрескивание кристалла 3 от основания 1 и нарушение работы интегральной схемы. Поэтому между основанием и кристаллом вводится дополнительная прокладка 7 толщиной 0,2-0,3 мм, выполненная в форме пластины с размерами не менее размеров кристалла 3 и КТР3, превышающим KTP1 кристалла 3 не более, чем на
20 %. Таким материалом может быть, например, сплав 42 Н (ТУ 14-1-3913-84) широко используемый в интегральных схемах для рамок и посадочных оснований и имеющий КТР3=5,22⋅10-6 К-1. Прокладка 7 соединяется с кристаллом 3 с помощью клея. Так как KTP1 и КТР3 отличаются незначительно, то температурное
расширение кристалла 3 будет происходить согласованно с тепловым расширением прокладки 7 без увеличения термомеханических напряжений и не приведет к отслаиванию либо растрескиванию кристалла 3 от
прокладки 7, то есть система «кристалл - прокладка» будет представлять собой устойчивую к изменению
температуры систему с увеличенными предельными максимальной и минимальной температурами.
Однако при этом сохраняется большое различие в КТР3 прокладки 7 и КТР2 основания (более чем в 4
раза для системы сплав 42Н и алюминия),что при их клеевом соединении не позволяет получить систему с
небольшим уровнем термомеханических напряжений. Для снижения термомеханических напряжений при
повышенной (пониженной) температуре в прокладке 7 выполнены размещенные в виде сетки сквозные отверстия 8 переменного сечения, расположенные большим сечением в сторону основания 1, центры которых
отстоят друг от друга на расстоянии а вдоль сторон прокладки, где а=1,0-1,2 мм, диаметр большего сечения
2
отверстия равен à , отношение площадей меньшего и большего сечений отверстия составляет 1:25.
3
Такая прокладка, соединенная с основанием клеевым соединением, вследствие своей сетчатой структуры
имеет при повышенной температуре меньший уровень напряжений, чем сплошная прокладка, что позволяет
расширить температурный диапазон работоспособности интегральной схемы в сравнении с известной интегральной схемой. Размеры отверстий 8, толщина прокладки 7 и форма размещения отверстий 8 в прокладке
7 подобраны экспериментально по минимуму термомеханических напряжении в ней, а также исходя из вязкости клея и полноты его затекания в отверстие 8.
Степень повышения температуры определяется многими факторами, такими как размер кристалла, размер прокладки, прочность клеевого соединения, определяемая параметрами процесса склеивания, и другими
•
•
3
BY 2817 C1
и требует расчета с помощью ПЭВМ. Так, например, для интегральной схемы, имеющей кристалл размером
6,9х6,8 мм2 присоединенный клеевым соединением к прокладке размером 7,1х7,0 мм2 толщиной 0,2 мм,
имеющей сквозные крупные отверстия с большим диаметром 1,0 мм, меньшим диаметром 0,2 мм, размещенными в форме прямоугольной сетки на расстоянии 1,2 мм друг от друга, увеличение максимальной рабочей температуры составляет 22,4° С, что подтверждено экспериментально с 15 % точностью.
2
2
⋅ 1,0 ìì )
Уменьшение диаметра большего сечения отверстий 8 ниже ⋅ 1,0ìì (меньшего - ниже
5⋅ 3
3
при постоянной вязкости клея ухудшит его затекание в отверстие 8 и уменьшит тем самым прочность креп2
2
⋅ 1,2 ìì (меньшего - выше
⋅ 1,2 ìì )
ления кристалла 3 к прокладке 7, а его превышение свыше
3
5⋅ 3
усилит влияние теплового расширения основания 1 через отверстие 8 на кристалл 3 и тем самым снизит максимальную (повысит минимальную рабочую температуру).
Нижний предел 0,2 мм толщины прокладки 7 обусловлен ее механической прочностью, исключающей ее
механическую деформацию при посадке на основание 1 и обеспечивающей равномерную толщину клеевого
соединения, а превышение верхнего предела 0,3 мм усилит термические деформации в прокладке 7, ослабленные ее сетчатой структурой, снизив тем самым эффект введения прокладки 7.
Таким образом:
введение между основанием 1 и кристаллом 3 дополнительной прямоугольной прокладки 7 толщиной
0,2-0,3 мм из материала с коэффициентом теплового расширения, превышающим коэффициент теплового
расширения полупроводникового кристалла 3 не более, чем на 20 %, позволяет сформировать механически
устойчивую к изменению температур контактную систему «кристалл-прокладка» с увеличенными предельными максимальной и минимальной температурами;
выполнение в прокладке 7 размещенных в виде сетки сквозных отверстий 8 переменного сечения, расположенных большим сечением в сторону основания 1, отстоящих друг от друга на расстоянии а, где а=1,0-1,2
2
мм, большее сечение отверстия имеет размер a , отношение площадей меньшего и большего сечений от3
верстия составляет 1:25, позволяет при повышении (понижении) температуры снизить в ней уровень термических напряжений в сравнении со сплошной прокладкой;
прикрепление прокладки 7 к основанию 1 и полупроводниковому кристаллу 3 позволяет сформировать
механически устойчивую к изменению температур контактную систему «основание - кристалл» через прокладку 7 и повысить максимальную (понизить минимальную) рабочие температуры интегральной схемы.
Таким образом, заявляемая интегральная схема является более термоустойчивой и обеспечивает более
широкий температурный диапазон работоспособности в сравнении с прототипом. Увеличение температурного диапазона работоспособности заявляемой интегральной схемы расширяет сферы ее применения за счет
повышения надежностных и эксплуатационных характеристик без использования дополнительных схемотехнических решений.
4
BY 2817 C1
Фиг. 2
Государственный патентный комитет Республики Беларусь.
220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.
5
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
155 Кб
Теги
by2817, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа