СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МОЩНОЙ ГИБРИДНОЙ ИНТЕГРАЛЬНОЙ СХЕМЫ СВЧ-ДИАПАЗОНА
METHOD TO MAKE HYBRID INTEGRAL CIRCUIT OF MICROWAVE BAND

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано при создании мощных гибридных интегральных схем СВЧ-диапазона многоцелевого назначения.
Известен способ изготовления гибридной интегральной схемы СВЧ, включающий изготовление диэлектрической подложки с топологическим рисунком металлизационного покрытия и выемками, в которых с помощью связывающего вещества закрепляют полупроводниковые кристаллы, обеспечивающее расположение поверхности кристаллов с контактными (монтажными) площадками и платы в одной плоскости, соединение электрически контактных площадок полупроводниковых кристаллов с топологическим рисунком металлизационного покрытия.
В котором с целью улучшения электрических характеристик и повышения плотности монтажа выемки в диэлектрической плате выполнены в виде углублений глубиной, превышающей на 10-30 мкм толщину полупроводниковых кристаллов, закрепленных на дне углублений, а зазоры между стенками каждого углубления и кристаллом выполнены равными 20-100 мкм [1].
Недостаток данного способа заключается в низкой технологичности процесса обусловленной высокой трудоемкостью изготовления выемок правильной геометрической формы.
Известен способ изготовления гибридной интегральной схемы СВЧ, включающий изготовление металлизированной с двух сторон диэлектрической подложки с топологическим рисунком металлизационного покрытия на лицевой стороне, по меньшей мере, одной монтажной (контактной) площадки, расположенной на электро- и теплопроводящих элементах, размещенных в отверстиях диэлектрической подложки, расположение и закрепление диэлектрической подложки обратной стороной на теплоотводящее основание, расположение бескорпусных электронных приборов на монтажной площадке, закрепление их связующим веществом и электрическое соединение контактных площадок бескорпусных электронных приборов с топологическим рисунком металлизационного покрытия на лицевой стороне диэлектрической подложки.
В котором с целью улучшения условий теплоотвода, снижения массогабаритных характеристик и паразитных электрических параметров монтажную площадку размещают в металлизированном углублении, при этом расстояние от монтажной площадки до лицевой стороны подложки берут равным суммарной толщине бескорпусного электронного прибора и связующего вещества.
Кроме того, с целью дальнейшего повышения выхода годных торцевую металлизацию стенок углубления и зазор между боковыми гранями электронного прибора и стенками углубления покрывают диэлектрической композицией [2].
Недостаток заключается в низкой технологичности процесса, обусловленной высокой трудоемкостью изготовления как углублений, так и отверстий в диэлектрической подложке правильной геометрической формы.
Известен способ изготовления мощной гибридной интегральной схемы СВЧ-диапазона, включающий изготовление многослойной диэлектрической подложки с заданной последовательностью диэлектрических слоев, предусматривающей изготовление отдельных диэлектрических слоев, по меньшей мере, с одним сквозным отверстием, нанесение заданного металлизационного покрытия топологического рисунка на каждый из отдельных диэлектрических слоев и экранной заземляющей металлизации на обратной стороне нижнего слоя многослойной диэлектрической подложки, формирование заданной последовательности многослойной диэлектрической подложки посредством расположения отдельных диэлектрических слоев с одновременным совмещением их сквозных отверстий с обеспечением формирования, по меньшей мере, одного сквозного отверстия в многослойной диэлектрической подложке, последующее спекание и отжиг. Расположение и закрепление многослойной диэлектрической подложки экранной заземляющей металлизацией на электро- и теплопроводящее основание. Расположение и закрепление в каждом сквозном отверстии многослойной диэлектрической подложки, активного тепловыделяющего компонента с обеспечением расположения их лицевых сторон в одной плоскости. Соединение электрически контактных площадок активного тепловыделяющего компонента с топологическим рисунком металлизационного покрытия многослойной диэлектрической подложки [3] - прототип.
Преимущество прототипа перед аналогами заключается в использовании многослойной диэлектрической подложки из материала, выполненного посредством низкотемпературной совместно обжигаемой керамики (LTCC).
Это позволило использовать для нанесения металлизационного покрытия топологического рисунка и экранной заземляющей металлизации низкотемпературные металлизационные пасты, обеспечивающие соединительным проводникам более высокую удельную проводимость и соответственно меньшие потери проходящего сигнала СВЧ.
Техническим результатом является повышение технологичности способа изготовления мощной гибридной интегральной схемы СВЧ-диапазона и повышение ее электрических характеристик.
Указанный технический результат достигается заявленным способом изготовления мощной гибридной интегральной схемы СВЧ-диапазона, включающим
изготовление многослойной диэлектрической подложки с заданной последовательностью диэлектрических слоев, предусматривающей изготовление отдельных диэлектрических слоев, по меньшей мере, с одним сквозным отверстием, нанесение заданного металлизационного покрытия топологического рисунка на каждый из отдельных диэлектрических слоев и экранной заземляющей металлизации на обратной стороне нижнего слоя многослойной диэлектрической подложки,
формирование заданной последовательности многослойной диэлектрической подложки посредством расположения отдельных диэлектрических слоев с одновременным совмещением их сквозных отверстий с обеспечением формирования, по меньшей мере, одного сквозного отверстия в многослойной диэлектрической подложке,
последующее спекание и отжиг,
расположение и закрепление многослойной диэлектрической подложки экранной заземляющей металлизацией на электро- и теплопроводящее основание,
расположение и закрепление в каждом сквозном отверстии многослойной диэлектрической подложки, активного тепловыделяющего компонента с обеспечением расположения их лицевых сторон в одной плоскости,
соединение электрически контактных площадок активного тепловыделяющего компонента с топологическим рисунком металлизационного покрытия многослойной диэлектрической подложки.
В котором
одну часть отдельных диэлектрических слоев заданной последовательности многослойной диэлектрической подложки изготавливают со сквозным отверстием с сечением, соразмерным активному тепловыделяющему компоненту с превышением не более 0,5 мм,
другую часть - с меньшим сечением при соотношении их площади сечения 1,4-10 соответственно, при этом сквозные отверстия последних заполняют материалом металлизационного покрытия одновременно в процессе его нанесения,
при формировании заданной последовательности многослойной диэлектрической подложки с ее лицевой стороны располагают отдельные диэлектрические слои с большим сечением, с обратной стороны - с меньшим сечением,
при этом глубину Н широкой части сквозного отверстия многослойной диэлектрической подложки выполняют согласно выражению:
H=h×n/k,
где h - толщина отдельного диэлектрического слоя с большим сечением, мм,
n - количество отдельных диэлектрических слоев с большим сечением,
k - коэффициент, равный 0,8-1,2.
При изготовлении отдельных диэлектрических слоев заданной последовательности многослойной диэлектрической подложки, по меньшей мере, с одним сквозным отверстием используют низкотемпературную совместно обжигаемую керамику (LTCC).
Сквозные отверстия в каждом отдельном диэлектрическом слое выполняют, например, посредством пробивки.
Раскрытие сущности изобретения.
Совокупность существенных признаков заявленного способа изготовления мощной гибридной интегральной схемы СВЧ-диапазона, а именно:
когда одну часть отдельных диэлектрических слоев заданной последовательности многослойной диэлектрической подложки изготавливают со сквозным отверстием с сечением, соразмерным активному тепловыделяющему компоненту с превышением не более 0,5 мм,
а другую часть - с меньшим сечением при соотношении их площади сечения 1,4-10 соответственно,
и когда сквозные отверстия последних (с меньшим сечением) заполняют материалом металлизационного покрытия одновременно в процессе его нанесения,
равно как, когда при формировании заданной последовательности многослойной диэлектрической подложки с ее лицевой стороны располагают отдельные диэлектрические слои с большим сечением, с обратной стороны - с меньшим сечением,
при этом глубину Н широкой части сквозного отверстия многослойной диэлектрической подложки выполняют согласно указанному выражению.
Это обеспечит формирование сквозного отверстия в многослойной диэлектрической подложке для расположения и закрепления в нем активного тепловыделяющего компонента в виде ступеньки и тем самым обеспечит повышение технологичности расположения активного тепловыделяющего компонента и соответственно - повышение технологичности расположения лицевых сторон многослойной диэлектрической подложки и активного тепловыделяющего компонента в одной плоскости и тем самым уменьшение длины соединительных проводников и тем самым снижение паразитных индуктивностей и, как следствие этого:
во-первых, повышение технологичности способа изготовления мощной гибридной интегральной схемы СВЧ-диапазона в целом,
во-вторых, повышение электрических характеристик мощной гибридной интегральной схемы СВЧ-диапазона.
Выполнение сквозных отверстий в каждом отдельном диэлектрическом слое посредством пробивки является наиболее простым и технологичным методом, используемым на сегодня при работе с низкотемпературной совместно обжигаемой керамикой (LTCC).
Изобретение поясняется чертежом.
На чертеже дана структурная схема технологических операций изготовления заявленной мощной гибридной интегральной схемы СВЧ-диапазона.
Пример 1 конкретного выполнения заявленной мощной гибридной интегральной схемы СВЧ-диапазона
Изготавливают многослойную диэлектрическую подложку с заданной последовательностью диэлектрических слоев, для чего изготавливают отдельные ее диэлектрические слои из материала низкотемпературной совместно обжигаемой керамики (LTCC) марки «Du Pont 951», например, с одним сквозным отверстием, последние изготавливают посредством пробивки.
При этом одну часть отдельных диэлектрических слоев изготавливают со сквозным отверстием с сечением, равным (3,2×3,5) мм, что соразмерно активному тепловыделяющему компоненту ПУМ М42230-2 АПНТ 43810.24 ТУ с размером (3,0×3,3) мм.
другую часть - с меньшим сечением, равным 4,48 мм, что соответствует соотношению их площади сечения 5,7 (поз.1 а, 6,).
Наносят заданное металлизационное покрытие топологического рисунка на каждый из отдельных диэлектрических слоев и экранную заземляющую металлизацию на обратной стороне нижнего слоя многослойной диэлектрической подложки металлизационной пастой марки 6142D методом толстопленочной технологии, при этом с одновременным заполнением указанной металлизационной пастой сквозных отверстий с меньшим сечением (поз.1 в).
Формируют заданную последовательность многослойной диэлектрической подложки посредством расположения отдельных диэлектрических слоев с одновременным совмещением их сквозных отверстий с обеспечением формирования сквозного отверстия в многослойной диэлектрической подложке, при этом с ее лицевой стороны располагают отдельные диэлектрические слои с большим сечением на глубину Н, равную 0,25 мм, которая рассчитана согласно указанному выражению при h - толщине отдельного диэлектрического слоя с большим сечением, равным 0,125 мм, n - количестве отдельных диэлектрических слоев с большим сечением, равным 2, k - коэффициенте, равном 1,0 (поз.1 г).
Затем осуществляют спекание и отжиг при температуре 880±20°C в течение 10 мин (поз.1 д).
Располагают и закрепляют многослойную диэлектрическую подложку экранной заземляющей металлизацией на электро- и теплопроводящее основание, выполненное из псевдосплава марки МД 50 (поз.2).
Располагают и закрепляют в сквозном отверстии многослойной диэлектрической подложки активный тепловыделяющий компонент ПУМ М42230-2 АПНТ 43810.24 ТУ с обеспечением расположения их лицевых сторон в одной плоскости (поз.3).
Электрически соединяют контактные площадки указанного активного тепловыделяющего компонента с топологическим рисунком металлизационного покрытия многослойной диэлектрической подложки (поз.4).
Примеры 2-5
Аналогично примеру 1 изготавливают образцы мощной гибридной интегральной схемы СВЧ-диапазона, но при других технологических параметрах, как указанных в формуле изобретения (примеры 2-3), так и за ее пределами (примеры 4-5).
Данные примера 6 соответствуют способу изготовления мощной гибридной интегральной схемы СВЧ-диапазона прототипа.
На изготовленных образцах были измерены выходная мощность и коэффициент усиления.
Данные представлены в таблице.
Как видно из таблицы, образцы мощной гибридной интегральной схемы СВЧ-диапазона, изготовленные согласно заявленному способу, имеют выходную мощность порядка 1 Вт и коэффициент усиления - 12 дБ (примеры 1-3).
В отличие от образцов, изготовленных при технологических параметрах, выходящих за ее пределы (примеры 4-5), а также прототипа (пример 6), которые имеют выходную мощность порядка 0,7 Вт и коэффициент усиления порядка 10 дБ.
Таким образом, заявленный способ изготовления мощной гибридной интегральной схемы СВЧ-диапазона обеспечит по сравнению с прототипом
во-первых, повышение технологичности способа изготовления,
во-вторых, повышение электрических характеристик мощной гибридной интегральной схемы СВЧ-диапазона, увеличение выходной мощности примерно на 30 процентов и коэффициента усиления - на 20 процентов.
Источники информации
1. Патент РФ №2227345, МПК H01L 27/13, H05 1/16, приоритет 26.02.2002, опубл. 20.04.04.
2. Патент РФ №2390877, МПК H01L 25/16, H05K 1/02, приоритет изобретения 08.04.2009, опубл. 27.05.10.
3. Научно-технический сборник, Электронная техника, Серия 1, СВЧ-техника, выпуск 3(502) 2009 г., с.79 - прототип.