книги / Микроэлектроника. Гибридные интегральные функциональные устройства

нуса. Внутреннее тепловое сопротивление можно умень­ шить вдвое, заменив пластмассовый корпус керамическим, и во столько же раз увеличить допустимую рассеиваемую мощность при одной и той же температуре перегрева.

Рис. 1.12. Схемы ИМС в пластмассо­ вом (а) и керамическом |б) ДИПкорпусах:

/ — тело корпуса; 2 — выводы рамки; 3 — кристалл с выводами; 4 — кры ш ка; 5 — выво­ ды керам ического корпуса; 6 — м еталлизиро­ ванные участки

отводом. Так, нанесение на стеклоэпоксидную ПП с низкой теплопроводностью металлических полосок, на которые ус­ танавливаются специальные теплорассеивающие элементы, улучшает их тепловые характеристики почти на 40 % (по­ лоски соединяются с выводом «земля» или рамой платы).

Необходимо отметить, что наиболее прогрессивным ме­ тодом при кондуктивном охлаждении является применение металлических оснований коммутационных плат с диэлект­ рическим покрытием. Могут быть использованы медные и стальные основания, но наиболее эффективен для примене­ ния алюминий и его сплавы, так как их теплопроводность ненамного меньше меди (табл. 1.7), но значительно превос­ ходит сталь; алюминий же по сравнению с медью имеет значительно меньшую массу.

При монтировании мощного транзистора на металли­ ческое основание его допустимая мощность рассеяния воз­ растает примерно в 2,5 раза, а тепловое сопротивление сни­ жается почти в 10 раз. Если же металлическое основание платы обдувать воздухом с объемной подачей воздушного потока со скоростью 0,198 м3/мин, то температура корпуса типа ДИП при мощности рассеяния устройством 13 Вт до­ стигает 72° С, в то время как при монтировании этого же устройства на стеклоэпоксидное основание температура

ловые характеристики мощного транзистора, рассеиваю­ щего тепловую мощность 2,2 Вт, смонтированного на стек­ лоэпоксидном основании размером 250 X 200 X 1,5 мм и металлическом основании такого же размера с диэлектри­ ческим покрытием толщиной 0,2 см. Использование таких подложек для монтажа ИМС, особенно бескорпусных, из­ бавляет от необходимости применения массогабаритных устройств теплоотвода, которые характерны для мощных

ратуре перехода более 150° С, максимальная рабочая тем­ пература обычных ИМС ограничивается 75—85° С. Это де­ лается для того, чтобы обеспечить надежность и однород­ ность электрических характеристик различных кристал­ лов. Например, необходимые условия теплоотвода созданы в ГИФУ на базе многослойной керамики. В этой ячейке основой теплоотвода является не подложка 4, а специаль­ ная матрица подпружиненных плунжеров 6 из алюминия, которые прижимаются с помощью пружины 7 к обратной стороне кристалла 5, проводя выделяемую ими теплоту вверх к панели охлаждения 1 (рис. 1.15). Панель охлажде­ ния прилегает к крышке 2 и имеет внутренние каналы, по которым течет охлаждающая вода с начальной температурой 24°С и с расходом 40 см3/с. Дополнительное улучшение теп­ ловых свойств ячейки дает заполнение его внутреннего гер­ метичного объема гелием «?, который при комнатной темпе­ ратуре намного превосходит воздух по теплопроводности и снижает внутреннее тепловое сопротивление ячейки более чем наполовину. Собранная и загерметизированная таким образом ячейка имеет внутреннее тепловое сопротивление от кристалла до панели охлаждения 9 К/Вт и внешнее теп­ ловое сопротивление 2 К/Вт. При нормальной работе ячей­ ки максимально допустимая мощность на кристалл 4 Вт, а на ячейку в целом — 300 Вт. Нагрев кристалла при этом не превышает 68° С. Плотность теплового потока составляет от 20 Вт/см2 на уровне кристаллов и 4 Вт/см2 на уровне ячейки, что на порядок превышает поток теплоты для типо­ вых корпусов с воздушным охлаждением. При установке кристаллов бескорпусных ИМС методами пайки непосред­ ственно на металлическое основание коммутационной платы (с диэлектрическим покрытием) специальных устройств для теплоотвода не требуется (см. рис. 1.4); тепловое сопротив­ ление от кристалла до панели охлаждения не превышает 5 К/Вт. Заметим, что для конструкций ВИП важным для микроминиатюризации является снижение габаритов тран­ сформаторов и дросселей путем повышения рабочей частоты преобразования до 200 кГц и более. Из-за относительно небольшой плотности монтажа компонентов ВИП, обуслов­ ленной особенностями элементной базы и монтажа, возмож­ но построение ГИФУ путем соединения нескольких микро­ сборок за счет их непрерывной коммутации без применения ПП. Масса и габариты таких ГИФУ значительно меньше этих параметров аналогичных устройств на ПП.

причинам. Во-первых, технология полупроводниковых ИМС вплотную подошла к пределу минимальных размеров эле­ ментов в кристалле. Для МДП-транзистора этот предел сос­ тавит по площади около 2 мкм2, а по ширине линий — около 0,1мкм. Эти размеры соответствуют условиям получения наиболее вероятного значения минимальной протяженности пространственного заряда порядка 0,03 мкм. При этом мак­ симальная теоретическая плотность упаковки (без учета

ной электромагнитной волны в среде с относительными диэ­ лектрической (ег) и магнитной (fxr) проницаемостями; с —ско­ рость света в вакууме. Уже на частоте 1 ГГц L = 5 мм (итаХ ~ 5 1010 см/с). В этом случае площадь кристалла должна быть менее 100 мм2. В табл. 2.1 и 2.2 приведены предельные характеристики современных и планируемых СБИС.

Таблица 2.1

пользуемых в качестве стандартных компонентов разно­ образных систем. При производстве СБИС более высокого уровня интеграции непропорционально обостряются проб­ лемы испытаний всех классов СБИС. Планирование работ по созданию СБИС в настоящее время даже для высокораз­ витых фирм является от-

ники питания, компоненты конструкций и т. п.). Таким образом, экономически целесо­

образно выпускать в широких масштабах ИМС малой и средней степени интеграции (объем производства таких •ИМС за последние 5 лет утроился). Однако наиболее эффек­ тивное обеспечение противоречивых требований к современ­ ной функционально сложной МЭА немыслимо без использо­