Мощный малогабаритный корпус интегральной микросхемы
Полезная модель относится к микроэлектронике, а именно к корпусному исполнению мощных интегральных микросхем и полупроводниковых приборов, и может быть использована в производстве микроэлектронных изделий для поверхностного монтажа. Полезная модель повышает надежность и эксплуатационные характеристики корпуса микросхемы, упрощает конструкцию. Корпус микросхемы состоит из полупроводникового кристалла с микросхемой и плоской крышки из того же материала, приклеенной к лицевой стороне полупроводникового кристалла по всей его площади тонким слоем соединительного материала. Выводы корпуса образованы сквозными проводящими каналами из поликристаллического полупроводника, соединяющими лицевую и обратную стороны полупроводникового кристалла, и несквозные проводящие каналы, находящиеся в электрическом и (или) тепловом контакте с мощным тепловыделяющим элементом микросхемы. Проводящие каналы изолированы от материала кристалла слоем диэлектрика. Эти каналы выступают над поверхностью обратной стороны полупроводникового кристалла, образуя столбиковые выводы корпуса микросхемы, и имеют контактные площадки, покрытые металлом и лежащие в одной плоскости. При этом обратная сторона кристалла покрыта защитным и экранирующим слоем поликристаллического полупроводника, изолированного слоями диэлектрика.
Полезная модель относится к микроэлектронике, а именно к корпусному исполнению мощных тепловыделяющих микросхем и полупроводниковых приборов, и может быть использована для поверхностного монтажа микроэлектронных изделий.
Известна конструкция корпуса полупроводникового прибора, включающего основание в виде полупроводникового кристалла первого типа проводимости со сформированной на его лицевой стороне микросхемой, крышки из того же полупроводникового материала с полостью и сквозных проводящих каналов из того же полупроводникового материала второго типа проводимости, соединяющих лицевую и обратную сторону полупроводникового кристалла, причем контактные площадки сквозных проводящих каналов планарны обратной стороне полупроводникового кристалла, и на них сформированы металлические шариковые выводы корпуса. [А.С. СССР №1393249, кл. Н01L 21/56].
Одним из недостатков известной конструкции является невозможность ее использования для мощных полупроводниковых приборов из-за плохого отвода тепла от микросхемы в связи с наличием полости над поверхностью микросхемы и отсутствием теплоотвода снизу.
Другим недостатком известной конструкции является плохая герметичность корпуса, поскольку сварное соединение крышки с основанием проходит по периметру основания. По тому же периметру проходит линия реза пластины, необходимая для разделения ее на отдельные микросхемы в процессе производства. В результате трещин и сколов, сопровождающих эту операцию, возникает разгерметизация отдельных корпусов, что снижает процент выхода и надежность готовых микросхем. Увеличение же ширины сварного шва приводит к увеличению габаритов корпуса, а следовательно, к повышению его материалоемкости и себестоимости.
Наличие полости в крышке из полупроводникового материала в известной конструкции предполагает обязательное проведение сборочных операций в атмосфере инертного газа, что усложняет изготовление данного корпуса.
Другим недостатком известной конструкции корпуса микросхемы является то, что изоляция сквозных проводящих каналов от материала полупроводникового кристалла обеспечивается р-n переходом. Эта изоляция имеет известные недостатки, такие как большой ток утечки, большая паразитная емкость, низкое пробивное напряжение.
К недостаткам известной конструкции корпуса следует также отнести отсутствие механической защиты и электрического экранирования микросхемы с обратной стороны полупроводникового кристалла.
Еще одним недостатком известной конструкции является то, что выводы корпуса выполнены металлическими шариками, имеющими большой разброс по высоте. Это приводит к низкому качеству и ненадежности монтажа корпуса на печатную плату.
Задача полезной модели -
- конструкция мощного малогабаритного корпуса для поверхностного монтажа, повышение его надежности и эксплуатационных характеристик.
Технический результат достигается тем, что в мощном малогабаритном корпусе интегральной микросхемы, состоящем из основания в виде кристалла из полупроводникового материала со сформированной на его лицевой стороне микросхемой, содержащей хотя бы один мощный тепловыделяющий элемент, крышки из того же полупроводникового материала и сквозных проводящих каналов, соединяющих лицевую и обратную стороны полупроводникового кристалла, крышка выполнена в виде плоской пластины, прикрепленной к лицевой стороне полупроводникового кристалла по всей ее площади тонким слоем теплопроводного соединительного материала, микросхема с обратной стороны полупроводникового кристалла механически защищена и электрически экранирована слоем высоколегированной поликристаллической модификации того же полупроводникового материала, изолированного как от объема кристалла, так и от окружающей среды слоями
диэлектрика, а сквозные проводящие каналы выполнены из той же высоколегированной поликристаллической модификации полупроводникового материала и изолированы от материала кристалла слоем диэлектрика, причем корпус дополнительно содержит по крайней мере один несквозной приводящий канал, не выходящий на лицевую сторону кристалла и расположенный непосредственно под мощным тепловыделяющим элементом микросхемы, находясь с этим тепловыделяющим элементом в тепловом и электрическом, либо только в тепловом контакте, при этом все проводящие каналы выступают над поверхностью обратной стороны кристалла и защитного экранирующего слоя, образуя столбиковые выводы, контактные площадки которых имеют на поверхности тонкий слой металла и лежат в одной плоскости с отклонением не более 0,2 мкм.
На фигуре схематично изображен разрез предлагаемого мощного малогабаритного корпуса интегральной микросхемы.
Мощный малогабаритный корпус микросхемы состоит из основания 1 в виде полупроводникового кристалла со сформированной на его лицевой стороне микросхемой 2, имеющий мощные тепловыделяющие элементы 3, которая с обратной стороны механически защищена и электрически экранирована слоем 4 высоколегированной поликристаллической модификации того же полупроводника, который изолирован от кристалла слоем 5 диэлектрика, а от окружающей среды слоем 6 диэлектрика, крышки 7 из того же полупроводникового материала, что и основание, выполненной в виде плоской пластины, приклеенной по всей площади к лицевой стороне полупроводникового кристалла тонким слоем 8 теплопроводного соединительного материала, сквозных проводящих каналов 9, соединяющих лицевую и обратную стороны полупроводникового кристалла, и мощных проводящих каналов 10, расположенных непосредственно под мощным тепловыделяющим элементом 3 микросхемы, находясь с ним в электрическом и тепловом, либо только в тепловом контакте.
Все проводящие каналы (9 и 10) выполнены из высоколегированной поликристаллической модификации того же полупроводникового материала и изолированы от материала
кристалла и защитного слоя слоем диэлектрика 11, причем эти каналы выступают над внешней поверхностью защитного слоя, образуя маломощные столбиковые выводы 12 и мощные столбиковые выводы 13 корпуса микросхемы.
Контактные площадки 14 и 15, соответственно, столбиковых выводов 12 и 13, имеют на поверхности тонкий слой металла и лежат в одной плоскости с отклонением не более 0,2 мкм.
Мощный проводящий канал 10 может быть электрически изолирован от мощного тепловыделяющего элемента 3 микросхемы с помощью тонкого слоя диэлектрика 16, когда согласно электрической схеме микросхемы у этого элемента нет электрического выхода на вывод корпуса. В этом случае столбиковый вывод осуществляет роль отвода только тепловой мощности.
Отмеченные недостатки известной конструкции корпуса микросхемы в предлагаемой полезной модели решаются следующим образом.
Корпус микросхемы по предлагаемой полезной модели является минимальным по размерам: его габаритные размеры (ширина и длина) равны размерам кристалла, и только высота (толщина) на 40÷60%
превышает толщину кристалла микросхемы.
Микросхема в предлагаемом корпусе надежно механически защищена со всех сторон: с лицевой стороны - крышкой в виде плоской полупроводниковой пластины, приклеенной по всей площади лицевой стороны кристалла тонким слоем соединительного материала; с обратной стороны - слоем высоколегированной поликристаллической модификации исходного полупроводникового материала и слоями диэлектрика, с боков - пассивными областями исходного полупроводника, изолированными от микросхемы диэлектриком.
Предлагаемый мощный малогабаритный корпус обладает малым тепловым сопротивлением как перехода «кристалл-корпус», так и перехода «корпус-теплоотвод», которое может регулироваться способом и конструкцией теплоотвода.
Малое тепловое сопротивление «кристалл микросхемы - корпус» определяется двумя факторами: основание корпуса и есть кристалл микросхемы, который соединен с крышкой тонким слоем теплопроводящего соединительного материала.
Малое тепловое сопротивление перехода «корпус - теплоотвод» реализуется с помощью мощного столбикового вывода, имеющего большую площадь контактной площадки, которая не вызывает увеличение габаритов корпуса.
Кроме того, этот вывод обладает малым электрическим сопротивлением, вследствие чего уменьшается рассеиваемая на нем тепловая мощность, что приводит к уменьшению рабочей температуры кристалла и повышению надежности.
Соединительные каналы и столбиковые выводы, обладая малым электрическим сопротивлением, надежно изолированы от основания корпуса слоем диэлектрика. Толщина слоя диэлектрика выбирается из условия уменьшения паразитной емкости и высокого пробивного напряжения, что делает подобный корпус универсальным для любых типов микросхем.
Защитный слой микросхемы из высоколегированной поликристаллической модификации полупроводникового материала изолирован, как от обратной стороны кристалла, так и от окружающей среды с внешней стороны корпуса, слоями диэлектрика и может быть подключен к соответствующему потенциалу микросхемы, что все вместе делает возможным использовать его в качестве электрического экрана от взаимных импульсных помех микросхемы печатной платы.
Контактные площадки столбиковых выводов корпуса, покрытые тонким слоем металла (например золота), легко паяются, поэтому нет необходимости в использовании припойных шариков или лужения, а высокая степень плоскостности контактных площадок (разброс ±0,2 мкм) обеспечивает высокое качество и надежность посадки и монтажа корпуса на плату. При этом используется технология и автоматическое оборудование для поверхностного монтажа.
Конструкция корпуса использует только материалы, обладающие хорошей согласованностью по термическому расширению и химически инертные.
Предложенная конструкция корпуса микросхемы обладает высокой технологичностью процесса изготовления, поскольку предполагает только групповые методы обработки, традиционные в технологии микроэлектронного производства. Такая конструкция исключает наиболее трудоемкие операции индивидуальной обработки, характерные для процесса сборки корпусных полупроводниковых приборов, такие как посадка кристаллов на основание, разварка выводов, герметизация, вырубка, маркировка и т.п.
Таким образом, предложенная конструкция малогабаритного корпуса интегральной микросхемы значительно повышает эксплуатационные характеристики, и снижает себестоимость корпуса микросхемы.
Мощный малогабаритный корпус интегральной микросхемы, состоящий из основания в виде кристалла из полупроводникового материала со сформированной на его лицевой стороне микросхемой, содержащей хотя бы один мощный тепловыделяющий элемент, крышки из того же полупроводникового материала и сквозных проводящих каналов, соединяющих лицевую и обратную стороны полупроводникового кристалла, отличающийся тем, что крышка выполнена в виде плоской пластины, приклеенной к лицевой стороне полупроводникового кристалла по всей ее площади тонким слоем теплопроводного соединительного материала, микросхема с обратной стороны полупроводникового кристалла механически защищена и электрически экранирована слоем высоколегированной поликристаллической модификации того же полупроводникового материала, изолированного как от объема кристалла, так и от окружающей среды слоями диэлектрика, а сквозные проводящие каналы выполнены из той же высоколегированной поликристаллической модификации полупроводникового материала и изолированы от материала кристалла слоем диэлектрика, причем корпус дополнительно содержит по крайней мере один несквозной проводящий канал, не выходящий на лицевую сторону кристалла и расположенный непосредственно под мощным тепловыделяющим элементом микросхемы, находясь с этим тепловыделяющим элементом в тепловом и электрическом, либо только в тепловом контакте, при этом все проводящие каналы выступают над поверхностью обратной стороны кристалла и защитного экранирующего слоя, образуя столбиковые выводы, контактные площадки которых имеют на поверхности тонкий слой металла и лежат в одной плоскости с отклонением не более 0,2 мкм.
