КОРПУС ИНТЕГРАЛЬНОЙ СХЕМЫ
BODY OF INTEGRATED CIRCUIT

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано при разработке корпусов интегральных схем на основе технологии BGA, связанной с большим количеством каналов ввода-вывода микросхем.
Известен корпус интегральной схемы, содержащий основание, на верхней поверхности которого лицевой стороной смонтирована интегральная схема способом «Flip-Chip», представляющим собой присоединение перевернутого кристалла через шариковые выводы (1).
На нижней поверхности основания, по периферии, расположено множествво шариковых выводов, а в центральной зоне основания - рассеиватель тепла.
Сверху интегральная схема закрыта крышкой, выполняющей функцию теплосъемника, имеющего тепловой контакт с внутренней поверхностью интегральной схемы.
Недостатком данной конструкции корпуса является уменьшенное количество внешних выводов из-за размещения рассеивателя тепла в центральной зоне основания.
Кроме того, отвод тепла от интегральной схемы в окружающую среду происходит через три слоя различных материалов (основание, клеевое соединение, теплосъемник), что значительно уменьшает эффективность теплопередачи в условиях многослойной структуры.
Такое выполнение корпуса интегральной схемы сопряжено с появлением внутренних напряжений, связанных с различиями температурных коэффициентов расширения материалов.
Наиболее близким к заявленному изобретению по совокупности признаков (прототипом) является корпус интегральной схемы, включающий керамическое основание с многослойной проводящей структурой, матрицей шариковых выводов и центральным монтажным отверстием, в зоне которого расположена коммутационная вставка, электрически связанная с основанием внутренними выводами (2).
На коммутационной вставке смонтирована интегральная схема способом «Flip-Chip», а на противоположной стороне вставки установлен теплоотвод в виде металлической пластины.
Сверху основания корпус снабжен устройством съема тепла, соединенным с основанием и внутренней поверхностью интегральной схемы адгезионным материалом.
Зона расположения интегральной схемы и коммутационной вставки заполнена компаундной смесью.
Недостатком известного технического решения является то, что коммутационная вставка, установленная в монтажном отверстии, выполнена на основе многослойных структур, включающих разветвленную систему проводящих рисунков с большим электрическим сопротивлением, что приводит к отклонениям от нормального теплового режима и потери работоспособности устройства.
Металлический теплоотвод, смонтированный на внешней поверхности коммутационной вставки, перекрывает центральную зону корпуса, что уменьшает количество внешних выводов, сокращая тем самым функциональные возможности известного устройства.
Кроме того, применение в конструкции корпуса компаундной смеси не обеспечивает необходимой степени герметичности, что снижает надежность изделий при воздействии механических и климатических факторов.
Задача, решаемая настоящим изобретением, состоит в устранении указанных недостатков путем увеличения количества внешних выводов при одних и тех же габаритных размерах корпуса и обеспечении эффективного теплосъема из зоны расположения интегральной схемы.
Для решения этой задачи в предлагаемом корпусе интегральной схемы, содержащем керамическое основание с многослойной проводящей структурой и матрицей шариковых выводов, имеющее в центре монтажное отверстие для размещения интегальной схемы, коммутационной вставки и теплоотвода, в соответствии с изобретением и в отличие от прототипа коммутационная вставка и теплоотвод совмещены и выполнены в виде коммутирующего теплоотвода - пластины из нитрида алюминия, на лицевых внутренней и внешней поверхностях которой размещены соответственно контактные площадки и шариковые выводы, электрически соединенные между собой сквозными металлизированными проводниками, при этом шариковые выводы основания и коммутирующего теплоотвода расположены в одной плоскости, а коммутирующий теплоотвод соединен с основанием корпуса металлической рамкой посредством пайки.
Изобретение поясняется чертежами, где:
на фиг.1 изображен поперечный разрез корпуса интегральной схемы;
на фиг.2 изображен корпус интегральной схемы в плане (вид снизу).
Устройство содержит основание 1 с проводящей структурой, в центральной части которого выполнено сквозное монтажное отверстие 2.
В наружной плоскости основания 1 расположено множество шариковых выводов 3, а также металлическая рамка 4, на которой смонтирован коммутирующий теплоотвод 5.
Коммутирующий теплоотвод 5 выполнен в виде пластины из нитрида алюминия, на лицевой внутренней поверхности которой размещены контактные площадки 6, а на лицевой внешней поверхности - шариковые выводы 7, соединенные между собой металлизированными проводниками 8.
Внутри монтажного отверстия 2 установлена интегральная схема 9 способом «Flip-Chip», заключающимся в присоединении перевернутого кристалла через шариковые выводы.
Коммутирующий теплоотвод 5 соединен с основанием 1 внутренними выводами 10.
Сверху монтажное отверстие 2 основания 1 перекрывается крышкой 11, которая крепится к основанию с помощью ультразвуковой сварки.
Металлическая рамка 4 присоединяется к основанию 1 и коммутирующему теплоотводу 5 паянными швами.
Устройство работает следующим образом.
Сигнал поступает на выводы корпуса через многослойные проводящие линии к интегральной схеме, проходит соответствующую обработку (усиление, преобразование частоты, переключение на разные выводы и т.д.). Преобразованный сигнал снимается с внешних выводов корпуса, в том числе с внешних выводов коммутирующего теплоотвода, с помощью которого тепло, выделяемое схемой, отводится в окружающую среду.
Предложенный корпус интегральной схемы характеризуется увеличенной плотностью активных элементов и, как следствие, увеличенным количеством выводов. Реализация технических решений в предложенной конструкции корпуса интегральной схемы, где коммутирующий теплоотвод используется как в качестве рассеивателя тепла, так и в качестве коммутационного устройства, позволяет увеличить количество выводов не менее чем в 1,3 раза при сохранении габаритных размеров корпуса интегральной схемы.
Применение в качестве материала коммутирующего теплоотвода нитрида алюминия, который обладает высокой теплопроводностью, позволяет повысить эффективность теплосъема из зоны расположения интегральной схемы, а наличие металлизированных вертикальных проводников с малым омическим сопротивлением снижает перегрев проводников и исключает нежелательные физико-химические изменения в элементах соединений и окружающего диэлектрика. Технология изготовления коммутирующего теплоотвода включает в себя:
- сверление вертикальных отверстий с помощью лазерного излучения;
- металлизацию отверстий;
- металлизацию внутренней поверхности теплоотвода с образованием контактных площадок;
- формирование шариковых выводов на внешней поверхности теплоотвода.
Источники информации
1. Патент US №7002246B2, кл. H01L23/10, 2005 г.
2. Патент US №7411281B2, кл. H01L23/34, 2008 г.