133

Разработка документации на комплект фотошаблонов для производства ИМС. Исходя из окончательного и проверочного вариантов топологии ИМС, выполняют чертежи слоев схемы, необходимые для создания комплекта фотошаблонов. Для ИМС со скрытым слоем и изоляцией элементов р-n-переходами, изготовляемой по планарно-эпитаксиальной технологии, необходим

комплект из семи фотошаблонов для проведения следующих фотолитографических операций: 1– вскрытия окон в окиcле под локальную диффузию донорной примеси при создании скрытых слоев перед операцией эпитаксии; 2 – вскрытия окон в окисле под разделительную диффузию акцепторной примеси при создании изолирующих областей; 3 – вскрытия окон в окисле под локальную диффузию акцепторной примеси при создании базовой области транзисторов и резисторов; 4 – вскрытия окон в окисле под локальную диффузию донорной примеси при создании эмиттерных областей транзисторов, резисторов, диффузи-

онных перемычек и приконтактных областей в коллекторах транзисторов; 5 – вскрытия окон в окисле под контакты разводки к элементам ИМС; 6 – фотолитографии по пленке алюминия для создания рисунка разводки и контактных площадок; 7 – фотолитографии по пленке защитного диэлектрика для вскрытия окон к контактным площадкам ИМС.

5.9 Тепловой режим полупроводниковых ИМС

Корпус полупроводниковой ИС не только защищает -эле менты кристалла от воздействия внешних механических и климатических факторов, но и обеспечивает необходимый тепловой режим элементов.

Проблема теплоотвода тесно связана с проблемой обеспечения высокой надежности микросхем. Экспериментальные данные показывают, что интенсивность отказов возрастает в 1,5…2 раза на каждые10 оС повышения температурыp-n- переходов кристалла.

Конструкция корпуса и теплотехнические свойства материалов в значительной степени определяют тепловой режим элементов кристалла. На рис. 5.26, а показана упрощенная модель распределения тепловых потоков в ИС с полым стеклян-

134

Рис. 5.26 - Упрощенные модели микросхем в полом (а) и в пластмассовом (б) корпусе: 1- источник тепла; 2 - кристалл;

3 – клеевая прослойка (припой); 4 - корпус; 5 – теплоотвод; 6 – пластмасса; 7 – металлическая вставка-основание

ным или металлокерамическим корпусом. Источники тепла с мощностями Р1, P2, ..., Рi, Рn и площадями S1, S2…, Si, Sn расположены в тонком приповерхностном слое кристалла.

От источников к корпусу тепловой поток передается в -ос новном в результате кондуктивного теплообмена. Передача тепла от корпуса в окружающую среду(атмосфера, теплоотвод) осуществляется путем конвективного и лучистого теплообмена, если корпус теплоизолирован от теплоотвода(корпус имеет штыревые выводы, зазор между дном корпуса и теплоотводом достаточен для эффективного перемешивания воздуха). Если же корпус находится в тепловом контакте с теплоотводом(тепловая воздушная стенка или клеевая прослойка, непосредственный

контакт), то значительная часть теплового потока кристалла может отводиться в теплоотвод через дно корпуса.

В микросхеме с пластмассовым корпусом(рис. 5.26, б) для повышения эффективности кондуктивного теплообмена применяют армированные металлические вставки– основания (7).

Кристалл (2) приклеивается к металлическому основанию и спрессовывается пластмассой (6).

При анализе теплового режима элементов кристалла необходимо учитывать следующие особенности его конструкции: источники тепла расположены на небольших расстояниях друг

136

окружающую среду происходит со всей наружной поверхности корпуса Sкн вследствие конвекции и теплоизлучения. При этом RТпк-с » RТлк = 1/(aТ×Sкн), где RТлк – тепловое сопротивление лучистому и конвективному тепловому потоку; aТ – эффективный коэффициент теплоотдачи.

При хорошем контакте корпуса с теплоотводом отвод тепла от корпуса осуществляется в основном в результате кондуктивного теплообмена через торцевую поверхность корпуса Sкт.

В этом случае RТпк-с » RТкон = 1/(aТ×Sкт), где RТкон – тепловое сопротивление контакта корпус-теплоотвод; aТ – эффективный коэффициент теплоотдачи, равный удельной теплопроводности контакта корпус – теплоотвод, Вт/(м2×°С). Величина коэффициента aТ зависит от условий охлаждения корпуса: естественная конвекция и излучение 5...20, обдув 20...100, при плотно прижатых металлических поверхностях (1...10) 104 Вт/(м2 ×°С).

Полное тепловое сопротивление корпуса

RТк = RТвн к + RТпк-с.

В инженерной практике при расчете полного сопротивления корпуса используются графики RТк = f(aТ), которые строятся на основании экспериментальных данных или рассчитываются по эмпирическим формулам.

Нормальный тепловой режим элементов кристалла обеспечивается при выполнении условия

где T – максимальная температура окружающей среды;

RТпкр-с = RТкр + RТкл + RТк – полное тепловое сопротивление поверхность кристалла – окружающая среда; Tдоп – допустимая

температура элементов кристалла, определяемая заданной на-

дежностью ИС (Tдоп » +150...175° С).

Из выражения (5.28) можно найти допустимое значение полного теплового сопротивления корпуса RТк, если заданы Tдоп, Tсmax, Р, размеры кристалла и известен способ крепления кристалла к корпусу: