Интегральная схема

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ(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 125, при этом прокладка прикреплена к основанию и полупроводниковому кристаллу с помощью клея.(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 А 2, МПК - Н 01 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, отношение площадей меньшего и большего 3 сечений отверстия составляет 125, 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, отношение площадей меньшего и большего 3 сечений отверстия составляет 125, при этом прокладка прикреплена к основанию и полупроводниковому кристаллу с помощью клея. 2817 1 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 1,0-1,2 мм,2 диаметр большего сечения отверстия 8 равен, отношение площадей меньшего и большего сечений от 3 верстия составляет 125, 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 14,2 10-6 К-1),более чем в 5 раз отличается от 2 материала основания 1 (для алюминия КТР 225 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 КТР 3, превышающим 1 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 КТР 35,2210-6 К-1. Прокладка 7 соединяется с кристаллом 3 с помощью клея. Так как 1 и КТР 3 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 КТР 3 прокладки 7 и КТР 2 основания (более чем в 4 раза для системы сплав 42 Н 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, отношение площадей меньшего и большего сечений отверстия составляет 125. 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 2817 1 и требует расчета с помощью ПЭВМ. Так, например, для интегральной схемы, имеющей кристалл размером 6,9 х 6,8 мм 2 присоединенный клеевым соединением к прокладке размером 7,1 х 7,0 мм 2 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 21,) 0 Уменьшение диаметра большего сечения отверстий 8 ниже 1,0 (меньшего - ниже 5 3 3 при постоянной вязкости клея ухудшит его затекание в отверстие 8 и уменьшит тем самым прочность креп 2 21,(меньшего - выше 21,) 2 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, отношение площадей меньшего и большего сечений от 3 верстия составляет 125, 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. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66. 5