Алмазный теплоотвод полупроводникового прибора

Техническое решение относится к электронной технике и может быть использовано для монтажа и эффективного отвода тепла от активных элементов полупроводниковых приборов.

Результатом технического решения является обеспечение высокого электрического сопротивления между металлизированными поверхностями алмазного теплоотвода. Кроме того, исключается возможность контакта металлизированной поверхности, предназначенной для монтажа кристалла, с находящимися рядом металлическими элементами корпуса полупроводникового прибора.

Указанный технический результат достигается алмазным теплоотводом полупроводникового прибора, состоящим из алмазной пластины, содержащей металлизацию, по крайней мере, на поверхностях, предназначенным для монтажа полупроводникового кристалла и для монтажа теплоотвода на основании прибора, в котором по периметру поверхности, предназначенной для монтажа кристалла, имеется фаска с электроизолирующим участком, поверхность которого не содержит электропроводящих включений, причем ширина электроизолирующего участка не менее 0,05 мм.

1 пункт, 1 таблица, 3 рисунка.

Заявляемое техническое решение относится к электронной технике и может быть использовано для монтажа и отвода тепла от активных элементов полупроводниковых приборов.

Одним из перспективных материалов для теплоотводов в полупроводниковых приборах является алмаз, как природный, так и искусственный, в том числе поликристаллический алмаз, получаемый осаждением из газовой фазы плазмохимическим методом (CVD), теплопроводность которого существенно превышает теплопроводность всех известных материалов.

Использование алмаза для полупроводниковых приборов неразрывно связано с металлизацией поверхностей, предназначенных для монтажа полупроводникового кристалла и для монтажа теплоотвода на основании прибора, причем между указанными поверхностями должно быть обеспечено высокое значение сопротивления изоляции. Обычно алмазный теплоотвод представляет собой металлизированную по поверхностям пластину, вырезанную с помощью лазера в соответствии с требуемыми размерами.

Известно техническое решение, в котором для повышения адгезии металлизационного слоя в металлизированную пластину алмаза вводят промежуточный слой между пластиной алмаза и металлизационным слоем. Промежуточный слой выполнен из вольфрама и слоя соединения его с углеродом приповерхностного слоя пластины алмаза [1]. Данная металлизированная пластина алмаза изготовлена в результате ее прогрева с нанесенным на нее слоем вольфрама в бескислородной среде при температуре 700-1200°С в течение 5-60 минут.

Однако высокая температура, используемая при изготовлении, может приводить и к графитизации поверхности алмаза, и, следовательно, к появлению электропроводящего слоя графита на его поверхностях. Кроме того, при лазерной резке боковые поверхности теплоотвода также графитизируются, что приводит к заращиванию поверхностей алмаза металлом при электрохимических покрытиях теплоотводов, в частности, золотом.

Известна металлизированная пластина алмаза, содержащая промежуточный слой между пластиной алмаза и металлизацией в виде слоя материала промежуточного слоя и слоя соединения его с углеродом, обеспечивающий адгезию металла к алмазу, в котором промежуточный слой выполнен в виде слоя кремния толщиной 0,04-0,1 мкм, и слоя соединения керамики с углеродом [2].

Данное техническое решение обеспечивает адгезию металлизации, но не решает задачи очистки боковой поверхности теплоотвода от включений электропроводящего графита после, практически, неизбежной лазерной резки, в результате которой боковые поверхности теплоотвода графитизируются, что приводит к заращиванию поверхностей алмаза металлом при электрохимических покрытиях теплоотводов, в частности, золотом.

Известна металлизированная пластина алмаза, которая дополнительно содержит электрически проводящий слой алмаза, непосредственно прилегающий к промежуточному слою. При этом электрически проводящий слой алмаза выполнен с заданным удельным электрическим сопротивлением равным 0,3-2,5 Ом/см и толщиной не менее 0,05 мкм [3-прототип].

Данное техническое решение обеспечивает адгезию металлизации, но не решает задачи очистки боковой поверхности теплоотвода от включений электропроводящего графита после, практически, неизбежной лазерной резки, в результате которой боковые поверхности теплоотвода графитизируются, что приводит к заращиванию поверхностей алмаза металлом при электрохимических покрытиях теплоотводов, в частности, золотом.

Техническим результатом заявляемого технического решения является обеспечение высокого электрического сопротивления между металлизированными поверхностями алмазного теплоотвода. Кроме того, исключается возможность контакта металлизированной поверхности, предназначенной для монтажа кристалла, с находящимися рядом металлическими элементами корпуса полупроводникового прибора.

Указанный технический результат достигается алмазным теплоотводом полупроводникового прибора, состоящим из алмазной пластины, содержащей металлизацию, по крайней мере, на поверхностях, предназначенным для монтажа полупроводникового кристалла и для монтажа теплоотвода на основании прибора, в котором по периметру поверхности, предназначенной для монтажа кристалла имеется фаска с электроизолирующим участком, поверхность которого не содержит электропроводящих включений, причем ширина электроизолирующего участка не менее 0,05 мм.

Раскрытие сущности заявляемого технического решения.

Наличие по периметру поверхности теплоотвода, предназначенной для монтажа кристалла фаски с электроизолирующим участком, поверхность которого не содержит электропроводящих включений и имеющего минимальный размер 0,05 мм, обеспечивает высокое электрическое сопротивление между металлизированными поверхностями алмазного теплоотвода, поскольку поверхность электроизолирующего участка не содержит электропроводящих включений, например, графита. Кроме того, при этом, в случае монтажа теплоотвода вблизи конструктивных металлических элементов полупроводникового прибора, сформированный электроизолирующей фаской гарантированный зазор исключает возможность электрического контакта металлизированной поверхности, предназначенной для монтажа кристалла, с конструктивными металлическими элементами прибора.

Включения графита можно удалить, например, обработкой в плазме тлеющего разряда. Применение этого метода основано на том, что алмаз при 773 К не газифицируется в водородной плазме тлеющего разряда, когда как неалмазный углерод газифицируется [4-6]. Обработка смесью бихромата калия с концентрированной серной кислотой в течение 4 часов при температуре 893 К приводит также к удалению графита [7]. Но достичь абсолютно полного удаления графита такими методами, практически, не удается. Отдельные включения графита на поверхности алмаза остаются, что приводит к заращиванию поверхностей алмаза металлом при электрохимических покрытиях теплоотводов, в частности, золотом. Обеспечить высокое электрическое сопротивление между металлизированными поверхностями алмазного теплоотвода можно посредством формирования по периметру поверхности, предназначенной для монтажа кристалла, фаски с электроизолирующим участком, поверхность которого не содержит электропроводящих включений, причем ширина электроизолирующего участка не менее 0,05 мм. Такую фаску можно выполнить, например, шлифовкой. Шлифованная поверхность алмаза не содержит каких-либо электропроводящих включений.

Достигаемый технический результат подтверждается следующим примером.

На алмазных теплоотводах, представляющих собой полученную методом CVD пластину с размерами 1,2×10 мм при толщине 0,5 мм с металлизацией титан платина на поверхностях предназначенных для монтажа полупроводникового кристалла и на теплоотводящее основание прибора, были измерены величины электрического сопротивления между металлизированными поверхностями до гальванического покрытия и после гальванического покрытия золотом. Фаска была сформирована посредством механической шлифовки с помощью алмазного порошка. Такая обработка исключает на поверхности электроизолирующей фаски наличие графита и иных включений проводящих электрический ток. Результаты измерений приведены в таблице.

Результаты измерений показывают, что на величину электрического сопротивления практически не влияет угол фаски, но ширина фаски должна быть не менее 0,05 мм.

Заявляемое техническое решение поясняется чертежами.

На Фиг.1 представлена обычная конструкция алмазного теплоотвода полупроводникового прибора в виде алмазной пластины 1 прямоугольной формы с металлизацией 2 на поверхности предназначенной для монтажа полупроводникового кристалла и с металлизацией 3 на поверхности предназначенной для монтажа теплоотвода на фланец прибора.

На Фиг.2 представлена соответствующая заявляемому техническому решению конструкция алмазного теплоотвода полупроводникового прибора в виде алмазной пластины 1 прямоугольной формы с металлизацией 2 на поверхности предназначенной для монтажа полупроводникового кристалла, с металлизацией 3 на поверхности предназначенной для монтажа теплоотвода на фланец прибора и с электроизолирующей фаской 4.

На Фиг.3 представлен вид теплоотвода со стороны поверхности предназначенной для монтажа полупроводникового кристалла.

Форма теплоотвода может быть не только в виде бруска. Теплоотвод может иметь и иную форму. Например, он может быть выполнен в виде диска, что не выходит за рамки настоящего технического решения.

Источники информации, принятые во внимание при оформлении заявки.

1. Патент США 5346719 НКИ 427/96, 8, опубл. 13.09.1994.

2. Патент РФ 2285977 МПК Н01L 23/14, опубл. 20.10.2006.

3. Патент РФ 2436189 МПК Н01L 23/34, опубл. 10.12.2011.

4. Куприна Р.В., Верховлюк Т.В. Экологически чистый технологический процесс извлечения алмазов и вольфрама из отработанного бурового и режущего инструмента //ЖПХ 1995. - Т.68.-10. - С.1735-1737.

5. Путятин А.А., Никольская И.В., Калашников А.Я. Химические м1етоды извлечения алмазов из продуктов синтеза // Сверхтвердые материалы. - 1982. - 2. - С.20-28.

6. Исаев Р.Н. Способы извлечения алмазов из различных материалов и методы их очистки // Сверхтвердые материалы. - 1989. - 2, С.30-34.

7. Сандомирская О.А., Беженарь Н.П., Шишкин В.А. Очистка поверхности поликристаллов сверхтвердых материалов от графита // Сверхтвердые материалы. - 1982. - 6. - С.12-14.

Алмазный теплоотвод полупроводникового прибора, состоящий из алмазной пластины, металлизированной по поверхностям, предназначенным для монтажа полупроводникового кристалла и для монтажа теплоотвода на основании прибора, а также имеющей электропроводящие включения на боковых поверхностях, отличающийся тем, что по периметру поверхности, предназначенной для монтажа кристалла, имеется фаска с электроизолирующим участком, поверхность которого не содержит электропроводящих включений, причем ширина участка не менее 0,05 мм.