DE102018121208B4 - Diamantbasierte Wärmeverteilungssubstrate für Dies integrierter Schaltkreise - Google Patents

Diamantbasierte Wärmeverteilungssubstrate für Dies integrierter Schaltkreise Download PDF

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Abstract

Gekapselte Integrierter-Schaltkreis(IC)-Vorrichtung (100), die Folgendes aufweist:einen Kühlkörper (112);ein diamantbasiertes Wärmeverteilungssubstrat (104) auf dem Kühlkörper (112), wobei das diamantbasierte Wärmeverteilungssubstrat (104) ein Array aus hohlen Vias (116) durch dieses hindurch aufweist; undeinen Integrierter-Schaltkreis(IC)-Die (108), der auf dem diamantbasierten Wärmeverteilungssubstrat (104) positioniert ist, wobei ein Rand des IC-Dies (108) mit wenigstens einem der hohlen Vias (116) überlappt.

Description

  • GEBIET DER OFFENBARUNG
  • Die offenbarte Technologie betrifft allgemein integrierte Schaltkreise und Integrierter-Schaltkreis-Vorrichtungen und insbesondere integrierte Schaltkreise und Integrierter-Schaltkreis-Vorrichtungen, die diamantbasierte Substrate aufweisen.
  • HINTERGRUND
  • Da Leistung und Schaltkreisdichte in aktiven und passiven Halbleiter-IC-Vorrichtungen (IC: Integrated Circuit - integrierter Schaltkreis) zunehmen, stellt das Wärmemanagement der IC-Vorrichtungen während des Betriebs zunehmend eine Herausforderung dar. Mit unzureichendem Wärmemanagement können Beeinträchtigungen der Leistungsfähigkeit der IC-Vorrichtungen aufgrund höherer Vorrichtungstemperaturen und selbst ein permanenter struktureller Schaden auftreten. Zum Beispiel können Fehlanpassungen der Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen den IC-Dies (IC dies, IC-Rohchips) und gewissen Integrationsstrukturen zur Kapselung, z. B. Wärmeverteilern, in thermischer Kommunikation damit permanente strukturelle Ausfälle, z. B. Risse in der Bondschicht (Löt- oder Hartlötfüllstoffmetall) zwischen den IC-Dies und einer Basisplatte oder einem Kühlkörper oder in Extremfällen Risse in den IC-Dies selbst, verursachen. Für manche Hochleistung-IC-Vorrichtungen, wie etwa Hochfrequenz(HF)-Leistungstransistoren oder andere Hochleistungsmikrowellenvorrichtungen, die Verbindungshalbleiter, wie etwa Halbleiter mit breitem Bandabstand (WBG: Wide Band Gap semiconductors), einschließen können, kann ein effizientes Wärmemanagement eine besonders schwierige Herausforderung darstellen. Dies kann darin begründet liegen, dass zusätzlich zu höheren Niveaus von durch die IC-Vorrichtungen erzeugter Wärme gewisse Integrationsstrukturen zum Kapseln der Hochleistung-IC-Vorrichtungen, wie etwa Wärmeverteiler, auch dazu dienen sollten, HF- und DC-Masseverbindung bereitzustellen.
  • Die US 2017 / 0 018 478 A1 offenbart eine Vorrichtung, ein Halbleitergehäuse einschließlich der Vorrichtung und ein Verfahren. Die Vorrichtung umfasst ein Substrat, eine Vielzahl von Durchkontaktierungen, die in dem Substrat angeordnet sind.
  • Die US 2014 / 0 061 930 A1 offenbart ein Verfahren, das das erste Ätzen eines Substrats gemäß einer ersten Maske beinhaltet.
  • Die US 2011 / 0 062 579 A1 offenbart ein Schaltungssubstrat, das eine oder mehrere aktive Komponenten und eine Vielzahl von passiven Schaltungselementen auf einer ersten Oberfläche hat. Die US 5 371 407 A offenbart die Verwendung eines leitfähigen reaktiven Hartlotmaterials, das in Durchgangsbohrungen eines Diamantsubstrats geladen und in einem geeigneten Temperaturbereich erhitzt wird, und zu leitfähigen Durchkontaktierungen mit ausgezeichneter Haftung an der Durchgangsbohrung im Diamantmaterial führt.
  • KURZDARSTELLUNG DER OFFENBARUNG
  • Bei einem Aspekt weist eine gekapselte Integrierter-Schaltkreis(IC)-Vorrichtung einen Kühlkörper und ein diamantbasiertes Wärmeverteilungssubstrat auf, das auf dem Kühlkörper gebildet ist, wobei das diamantbasierte Wärmeverteilungssubstrat ein Array aus hohlen Vias (Durchkontaktierungen, Kontaktlöcher) durch dieses hindurch aufweist. Die gekapselte IC-Vorrichtung weist zusätzlich einen Integrierter-Schaltkreis(IC)-Die auf, der auf dem diamantbasierten Wärmeverteilungssubstrat positioniert ist, wobei ein Rand des IC-Dies mit wenigstens einem der hohlen Vias überlappt.
  • Bei einem anderen Aspekt weist ein Verfahren zum Herstellen eines Integrierter-Schaltkreis(IC)-Dies Bereitstellen eines diamantbasierten Wärmeverteilungssubstrats mit einer elektrisch leitfähigen Oberfläche und einem Array aus hohlen Vias durch dieses hindurch auf. Das Verfahren weist zusätzlich Anbringen eines IC-Dies an dem diamantbasierten Wärmeverteilungssubstrat auf, um Wärme von dort weg zu verteilen, wobei das Anbringen Positionieren von wenigstens einem der hohlen Vias derart einschließt, dass er mit einem Rand des IC-Die überlappt.
  • Bei einem anderen Aspekt weist eine gekapselte Integrierter-Schaltkreis(IC)-Vorrichtung ein diamantbasiertes Wärmeverteilungssubstrat mit einem Array aus durch dieses hindurch gebildeten Vias auf. Die gekapselte IC-Vorrichtung weist zusätzlich ein MMIC-Die (MMIC: Monolithic Microwave Integrated Circuit - monolithischer Mikrowellen-Integrierter-Schaltkreis) auf dem diamantbasierten Wärmeverteilungssubstrat auf, wobei der MMIC-Die dazu ausgebildet ist, eine Spitzenleistungsdichte auszugeben, die etwa 3 W/mm überschreitet, wobei ein Rand des MMIC-Dies mit wenigstens einem der Vias überlappt und wobei das diamantbasierte Wärmeverteilungssubstrat dazu ausgebildet ist, durch den MMIC-Die erzeugte Wärme von dem MMIC-Die weg zu verteilen.
  • Figurenliste
    • 1 veranschaulicht eine gekapselte IC-Vorrichtung einschließlich eines Wärmeverteilungssubstrats, das daran angebracht eine IC-Vorrichtung auf einer Seite und einen Kühlkörper auf der anderen Seite aufweist, gemäß Ausführungsformen.
    • 2A veranschaulicht eine perspektivische Ansicht eines diamantbasierten Wärmeverteilungssubstrats mit einem durch dieses hindurch gebildeten Array aus Vias gemäß Ausführungsformen.
    • 2B veranschaulicht eine Draufsicht des in 2A veranschaulichten Wärmeverteilungssubstrats.
    • 2C veranschaulicht eine Querschnittsseitenansicht des in 2A und 2B veranschaulichten Wärmeverteilungssubstrats.
    • 3A veranschaulicht eine perspektivische Ansicht einer gekapselten IC-Vorrichtung einschließlich eines Wärmeverteilungssubstrats ähnlich jenem, das in 2A-2C veranschaulicht ist, und eines daran angebrachten IC-Dies gemäß Ausführungsformen.
    • 3B veranschaulicht eine Querschnittsansicht einer gekapselten IC-Vorrichtung einschließlich einer Wärmeverteilung ähnlich jener, die in 2A-2C veranschaulicht ist, und eines daran angebrachten MMIC(monolithischer Mikrowellen-IC)-Dies gemäß Ausführungsformen.
    • 4A veranschaulicht eine Draufsicht einer gekapselten IC-Vorrichtung einschließlich eines Wärmeverteilungssubstrats ähnlich jenem, das in 2A-2C veranschaulicht ist, und mit einem daran angebrachten IC-Die und Kühlkörper gemäß Ausführungsformen.
    • 4B veranschaulicht eine Querschnittsansicht der gekapselten IC-Vorrichtung aus 4A.
    • 5 zeigt Vergleiche von experimentellen dreidimensionalen Konturkarten für mechanische Spannung zwischen herkömmlichen Wärmeverteilungssubstraten und Wärmeverteilungssubstraten gemäß Ausführungsformen.
    • 6 veranschaulicht eine Vorrichtungsstruktur in einem MMIC-Die, die zum Erhalten von thermischen und elektrischen Vergleichsergebnissen verwendet wird.
    • 7 zeigt einen Graphen experimenteller Temperaturspuren eines Kanals einer HEMT-Vorrichtung (HEMT: High Electron Mobility Transistor - Transistor mit hoher Elektronenbeweglichkeit) in einem gepulsten Leistungszustand, aufgenommen bei Vorrichtungsstrukturen ähnlich der Vorrichtungsstruktur aus 6, wobei die MMIC-Dies mit der HEMT-Vorrichtung an unterschiedlichen Wärmeverteilungssubstraten angebracht sind.
    • 8 zeigt einen Graphen, der einen Vergleich von Leistungswirkungsgrad (PAE: Power-Added Efficiency) gegen Frequenz zeigt, welcher von Vorrichtungsstrukturen ähnlich der Vorrichtungsstruktur aus 6, bei der die MMIC-Dies mit einer HEMT-Vorrichtung an unterschiedlichen Wärmeverteilungssubstraten angebracht sind.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Die folgende ausführliche Beschreibung gewisser Ausführungsformen präsentiert verschiedene Beschreibungen von spezifischen Ausführungsformen. Allerdings können die hier beschriebenen Innovationen in einer Vielfalt von verschiedenen Wegen umgesetzt werden, wie sie durch die Ansprüche definiert und abgedeckt werden. In dieser Beschreibung wird Bezug auf die Zeichnungen genommen, in denen gleiche Bezugszeichen identische oder funktional ähnliche Elemente anzeigen. Es versteht sich, dass die in den Figuren veranschaulichten Elemente nicht unbedingt maßstabsgerecht sind. Darüber hinaus versteht sich, dass gewisse Ausführungsformen mehr Elemente als in einer Zeichnung veranschaulicht und/oder eine Teilmenge der in der Zeichnung veranschaulichten Elemente aufweisen können. Ferner können manche Ausführungsformen eine beliebige geeignete Kombination aus Merkmalen von zwei oder mehr Zeichnungen einschließen.
  • Da Leistung und Schaltkreisdichte in aktiven und passiven Halbleiter-Integrierter-Schaltkreis(IC)-Vorrichtungen, einschließlich Silicium- und Verbindungshalbleiter-IC-Vorrichtungen, zunehmen, stellt das Wärmemanagement während ihres Betriebs zunehmend eine Herausforderung dar. Teils aufgrund gewisser vorteilhafter Eigenschaften gegenüber Silicium werden Verbindungshalbleiter für verschiedene Anwendungen zunehmend beliebter. Zum Beispiel bieten manche Verbindungshalbleiter, z. B. Halbleiter mit breitem Bandabstand (WBG-Halbleiter), vorteilhafte Eigenschaften gegenüber Silicium in verschiedenen Aspekten, einschließlich höherer Durchbruchspannungen, höherer Wärmeleitfähigkeit, eines höheren Temperaturbetriebsbereichs und geringerer Schaltverluste unter anderen Vorteilen. Aus diesen und anderen Gründen befinden sich verschiedene WBG-Halbleiter in kommerzieller Verwendung oder wurden für eine kommerzielle Verwendung in MMIC(monolithischer Mikrowellen-Integrierter-Schaltkreis)-Vorrichtungen vorgeschlagen. Insbesondere hat der Wunsch nach höherer Leistung in den Ultrakurzwellen(VHF: Very High Frequency)-, Dezimeterwellen(UHF: Ultra High Frequency)- und Mikrowellenbändern den Wunsch nach MMIC-Vorrichtungen angetrieben, die einige zehn bis einige hundert Watt bei HF-Frequenzen bis zu 10 GHz und darüber hinaus bereitstellen können. Diese Vorrichtungen können mit WBG-Halbleitern, einschließlich GaAs, 6H-SiC, 4H-SiC, GaN und Diamant unter anderen, gefertigt werden. Insbesondere nutzen Hochleistungsmikrowellenvorrichtungen aufgrund verschiedener vorteilhafter Materialeigenschaften von GaN, einschließlich breitem Bandabstand und hoher Durchbruchspannung für Hochspannungs-, Hochfrequenz- und/oder Hochleistungsanwendungen, zunehmend Galliumnitrid(GaN)-basierte Leistungstransistoren.
  • Trotz der vorteilhaften Eigenschaften von WBG-Halbleitern für Hochleistungsanwendungen kann ein effektives Wärmemanagement für effektive kommerzielle Implementierungen eine Herausforderung auf verschiedenen Integrationsebenen darstellen. Zum Beispiel leiden WBG-Halbleiter-basierte Leistungstransistoren manchmal unter erheblichen Selbsterwärmungseffekten, was die erreichbare Leistungsdichte und/oder Effizienz einschränken kann. Zusätzlich zu einer Leistungsfähigkeitsverschlechterung von z. B. Beweglichkeitsverschlechterung kann die hohe Kanaltemperatur, die durch Selbsterwärmung induziert wird, Vorrichtungsausfallraten beschleunigen und kann sogar zu destruktivem Burnout führen. Wärmemanagementansätze zum Behandeln dieser Herausforderungen schließen Lösungen auf Die-Ebene und auf Gehäuseebene ein. Zusätzlich zum Wärmemanagement sollten Lösungen auf Gehäuseebene für Hochspannungs-, Hochfrequenz- und Hochleistungsanwendungen auch eine effektive Masseverbindung für sowohl Gleichstrom (DC: Direct Current) als auch HF sowie eine mechanische Integrität bereitstellen. Dementsprechend gibt es einen Bedarf an einer Wärmemanagementlösung für IC-Vorrichtungen für Hochspannungs-, Hochfrequenz- und Hochleistungsanwendungen, die diese konkurrierenden Herausforderungen behandeln.
  • Um verschiedene Probleme abzuschwächen, weisen verschiedene Ausführungsformen einer gekapselten IC-Vorrichtung, die hier offenbart sind, ein Wärmeverteilungssubstrat oder einen Wärmeverteiler auf. Unter Bezugnahme auf 1 weist eine gekapselte IC-Vorrichtung 100 einen Wärmeverteiler 104 auf, der eine Wärmeverteilungsbasisplatte ist, die auf einer Seite durch eine Die-Anbringungsschicht 110 an der Basis eines IC-Dies 108 angebracht ist. Der Wärmeverteiler 104 ist auf der anderen Seite durch eine Trägeranbringungsschicht 106 an einem Kühlkörper 112 angebracht. Der Wärmeverteiler 104 ist dazu ausgebildet, die Wärme (angegeben durch Pfeile), die durch den IC-Die 108 erzeugt wird, welcher eine kleinere Fläche als der Wärmeverteiler 104 aufweist, an den Kühlkörper 112 zu verteilen, der eine Fläche aufweist, die größer als die des Wärmeverteilers 104 ist. Um als ein effizienter Wärmeverteiler zu dienen, können verschiedene Aspekte des Wärmeverteilers gemäß hier offenbarten Ausführungsformen verbessert und/oder optimiert werden, einschließlich einer Wärmeleitfähigkeit (TC: Thermal Conductivity), eines Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE: Coefficient Of Thermal Expansion) und Bondcharakteristiken zwischen den Chipkomponenten und der Bondschicht. Im Folgenden sind verschiedene Ausführungsformen eines Diamant aufweisenden Wärmeverteilers 104 beschrieben, der diese und andere Ziele adressiert.
  • Um die verschiedenen oben beschriebenen Anforderungen einschließlich Wärmemanagementanforderungen und den Masseverbindungsanforderungen von Hochleistungsmikrowellenvorrichtungen zu adressieren, weisen verschiedene hier beschriebene Ausführungsformen einen Wärmeverteiler auf, der Diamant aufweist und der dazu ausgebildet ist, an der Integrierter-Schaltkreis(IC)-Vorrichtung angebracht zu werden. 2A-2C veranschaulichen eine perspektivische Ansicht, eine Draufsicht bzw. eine Querschnittsansicht des Wärmeverteilers 104 ausführlich. Der Wärmeverteiler 104 weist Diamant auf und ist dazu ausgebildet, an dem IC-Die 108 angebracht zu werden, wie in 1 veranschaulicht ist, und weist ein durch diesen hindurch gebildetes Array aus Vias 116 oder Perforationen auf. Bei verschiedenen Ausführungsformen sind die Perforationen so ausgebildet, dass sie mit Rändern des IC-Die 108 bei Anbringung an diesen überlappen, und weisen Außenoberflächen 104S auf, die mit einer leitfähigen Schicht beschichtet sind, wie mit Bezug auf 3 ausführlich beschrieben ist. Gemäß Ausführungsformen kann die Außenoberfläche 104S, die mit der leitfähigen Schicht beschichtet ist, eine obere Oberfläche und/oder eine untere Oberfläche und/oder Seitenoberflächen sowie Innenoberflächen von einem oder mehreren des Arrays aus Vias 116 aufweisen.
  • Bei der veranschaulichten Ausführungsform weist das Array aus Vias 116 eine gerade Anzahl an Vias 116 auf, die mehrere Reihen von Vias 116 bilden, die entlang Linien angeordnet sind, die sich in einer Längsrichtung erstrecken und einen Abstand I aufspannen, wie zum Beispiel in 2B gezeigt ist. Das Array aus Vias 116 bildet auch mehrere Spalten von Vias 116, die entlang Linien angeordnet sind, die sich in einer Breitenrichtung erstrecken, die einen Abstand w aufspannt. Die Positionen der Vias 116 sind derart angeordnet, dass eine oder beide der äußersten Reihen und/oder eine oder beide der äußersten Spalten der Vias 116 mit einem oder mehreren Rändern eines IC-Dies (108 in 1) überlappen. Bei manchen Ausführungsformen sind wenigstens die äußersten Reihen der Vias 116 symmetrisch um eine Achse angeordnet, die sich zwischen den äußersten Reihen der Vias 116 und in einer Längsrichtung erstreckt, wobei die Achse äquidistant zu jeder der äußersten Reihen der Vias 116 ist. Alternativ dazu oder zusätzlich sind wenigstens die äußersten Spalten der Vias 116 symmetrisch zu einer Achse, die sich zwischen den äußersten Spalten der Vias 116 und in einer Breitenrichtung erstreckt und die äquidistant zu jeder der äußersten Spalten der Vias 116 ist. Aufgrund der Symmetrie gibt es für jeden der Vias 116 in einer Spalte oder einer Reihe einen entsprechenden der Vias 116 in einer symmetrisch angeordneten Spalte oder Reihe. Dementsprechend können symmetrisch entsprechende Reihen und/oder Spalten der Vias 116 die gleiche Anzahl an Vias aufweisen, wobei die Vias im Wesentlichen die gleichen Abmessungen aufweisen, sodass, wenn ein IC-Die 108 an dem Wärmeverteiler 104 angebracht wird, die mechanische Spannung, die durch den Wärmeverteiler 104 auf den IC-Die 108 ausgeübt wird, symmetrisch reduziert wird. Wenn zum Beispiel der IC-Die 108 an dem Wärmeverteiler 104 angebracht ist, wobei entgegengesetzte Ränder symmetrisch mit entsprechenden Paaren von Reihen oder Spalten der Vias 116 überlappen, ist die resultierende Reduzierung der Steifigkeit des Wärmeverteilers 104 und der mechanischen Spannung zwischen dem IC-Die 108 und dem Wärmeverteiler 104 bei dem ersten und zweiten Rand symmetrisch um die Symmetrieachse, wie oben beschrieben ist.
  • Bei der veranschaulichten Ausführungsform sind die Vias 116 in zwei Reihen mit jeweils drei Vias 116 und drei Spalten mit jeweils zwei Vias angeordnet. Jedoch sind Ausführungsformen nicht derart beschränkt und können die Vias 116 in einer beliebigen geeigneten Anzahl an Reihen und einer beliebigen Anzahl an Spalten, z. B. zwischen 2 und 10, angeordnet sein, wobei jede der Reihen und Spalten eine beliebige geeignete Anzahl an Vias 116, z. B. zwischen 2 und 10, gemäß Ausführungsformen aufweisen kann.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist der Großteil des Wärmeverteilers 104 aus einem Diamant aufweisenden Material gebildet. Diamant bietet verschiedene Vorteile zum Wärmemanagement von IC-Vorrichtungen, die teilweise seiner wünschenswerten Wärmeleitfähigkeit zu verdanken sind. Im Gegensatz zu Metallen, bei denen Leitungselektronen für die hohe Wärmeleitfähigkeit verantwortlich sind, wird Wärme in elektrischen Isolatoren durch Gitterschwingungen geleitet. Mit einer Schallgeschwindigkeit von etwa 17500 Meter pro Sekunde (m/s) weist Diamant eine sehr hohe Debye-Temperatur (2220 Kelvin (K)) auf, die jene von den meisten anderen Isolationsmaterialien um eine Größenordnung überschreitet und zu einer sehr hohen Wärmeleitfähigkeit bei Raumtemperatur (2000-2500 Watt pro Meter Kelvin (W/mK) führt, die jene von Kupfer um einen Faktor von fünf überschreitet.
  • Trotz seiner wünschenswerten thermischen Eigenschaften kann Diamant ein relativ schlechter elektrischer Leiter sein, sodass Volumendiamant alleine ungeeignet sein kann, wenn er als ein Wärmeverteiler einer IC-Vorrichtung verwendet wird, der auch dazu ausgebildet ist, eine elektrische Leitung, z. B. als Teil eines DC- und/oder HF-Masseverbindungspfades, bereitzustellen. Außerdem weist Diamant auch einen der höchsten Steifigkeitswerte auf und bei Anbringung an einem IC-Die kann eine Fehlanpassung des Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE) eine mechanische Spannung an dem IC-Die und/oder der gebondeten Grenzfläche zwischen dem IC-Die und dem diamantbasierten Substrat verursachen. Dementsprechend kombinieren verschiedene hier beschriebene Ausführungsformen Material- und physische Gestaltungen vorteilhaft, um einen Wärmeverteiler für IC-Dies, wie etwa MMIC-Dies, mit überlegener Wärmedissipation und elektrischen Masseverbindungsfähigkeiten sowie überlegener mechanischer Kompatibilität mit den IC-Dies bereitzustellen.
  • Während einkristalliner Diamant ungeheuer teuer sein kann, kann polykristalliner synthetischer Diamant verwendet werden, um die Kosten für den Wärmeverteiler 104 zu reduzieren. Obwohl niedriger als für Einkristalldiamant, kann polykristalliner Diamant, immer noch die höchste Wärmeleitfähigkeit von allen Nichtdiamantmaterialien aufweisen. Dementsprechend weist der Wärmeverteiler 104 gemäß manchen Ausführungsformen polykristallinen synthetischen Diamant auf. Solcher polykristalliner Diamant kann durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD: Chemical Vapor Deposition) gebildet werden. Der polykristalline Diamant kann zum Beispiel in einer reaktiven Umgebung mit relativ hohen Wasserstoff-zu-Kohlenstoff-Verhältnissen, z. B. etwa 0,1 bis 10 % Methan (CH4) in Wasserstoff (H2), z. B. 1 % CH4 in H2, bei Temperaturen zwischen z. B. 700 °C und 1000 °C und einem Gasdruck in dem Bereich von 30-300 Torr gebildet werden. Die Abscheidungstechnik kann z. B. plasmaunterstützte CVD und thermisch aktivierte CVD unter Verwendung eines heißen Drahtes oder eines Filaments einschließen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird die Wärmeleitfähigkeit des Wärmeverteilers 104 durch Steuern der Reaktionsbedingungen so gesteuert, dass sie einen Wert größer als 1000 W/mK, größer als 1200 W/mK, größer als 1400 W/mK, größer als 1600 W/mK, größer als 1800 W/mK, größer als 2000 W/mK oder einen Wert innerhalb eines Bereichs aufweist, der durch beliebige dieser Werte definiert wird, z. B. 1200 bis 2000 W/mK.
  • Um eine elektrische Leitung zwischen dem IC-Die 108 und dem Kühlkörper 112 bereitzustellen, um z. B. eine elektrische Masseverbindung bereitzustellen, sind bei verschiedenen Ausführungsformen die Außenoberflächen 104S des Wärmeverteilers 104 mit einer oder mehreren leitfähigen Schichten, z. B. einer metallischen Schicht, beschichtet. Gemäß Ausführungsformen weisen die beschichteten Außenoberflächen 104S Oberflächen der Vias 116 auf. Bei einer Ausführungsform weist die leitfähige Metallschicht einen Ti/Pt/Au-Stapel auf, wobei jede der Ti- und Pt-Schichten eine Dicke von etwa 50 nm, 100 nm, 200 nm, 300 nm oder eine Dicke in einem Bereich aufweist, der durch beliebige dieser Werte definiert wird, und weist Au eine Dicke von etwa 500 nm, 1000 nm, 1500 nm, 2000 nm, 2500 nm, 3000 nm oder eine Dicke in einem Bereich auf, der durch beliebige dieser Werte definiert wird. Vorteilhafterweise kann der Ti/Pt/Au-Stapel kompatibel mit dem Anbringen des Wärmeverteilers 104 an dem IC-Die 108 unter Verwendung einer Die-Anbringungsschicht (110 in 1), z. B. unter anderem eines Au/Ge-Eutektikums, eines Au/Si-Eutektikums oder Au/Sn-Lote , sein. Außerdem kann das Ti/Pt/Au anschließenden Verarbeitungstemperaturen widerstehen, die 450 °C überschreiten. Jedoch sind Ausführungsformen nicht derart beschränkt und können die beschichteten Außenoberflächen 104S bei anderen Ausführungsformen mit beliebigen von Stapeln wie TiW/Au, TiW/Ni/Au, TiW/Cu/Ni/Au, TiW/Au/Cu/Ni/Au, Ti/Au, TaN/TiW/Au und TaN/Ti/Ni/Au, um nur einige wenige zu nennen, in Abhängigkeit von der gewünschten thermischen und elektrischen Leistungsfähigkeit beschichtet werden.
  • Bei manchen anderen Ausführungsformen ist der Großteil des Wärmeverteilers 104 aus einem Verbundmaterial gefertigt, das Diamant aufweist und das eine relativ hohe Wärmeleitfähigkeit sowie elektrische Leitfähigkeit aufweist. Bei manchen Ausführungsformen weist der Wärmeverteiler 104 einen Metallmatrixverbundwerkstoff (MMC: Metal Matrix Composite) auf, der Diamantkörner und eine intergranulare Matrix aufweist, die ein geeignetes Metall, z. B. AI, Ag oder Cu, aufweist. Die MMC-Materialien können durch Infiltrieren gewisser Metalle oder Metalllegierungen (Ag, AI, Cu oder ihre Legierungen) in eine Form hinein, die Diamantteilchen enthält, produziert werden. Zum Beispiel können Diamantteilchen in eine Form gefüllt werden und in einem Vakuumofen auf eine Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur des Metalls oder der Legierung erwärmt werden. Anschließend kann ein hoher Druck angewandt werden, um das Metall in die Form, die die Diamantteilchen aufweist, hinein zu infiltrieren, sodass ein Verbundmaterial mit dem Metall als die Matrix gebildet wird. Bei manchen Ausführungsformen weist das Substrat ein Metallmatrix-Diamant-Verbundmaterial auf, das Diamantteilchen einer Metallmatrix aufweist. Bei manchen Ausführungsformen weist das Metall der Metallmatrix Aluminium auf oder ist Aluminium.
  • Durch Bilden des Großteils des Wärmeverteilers 104 unter Verwendung eines MMC mit einem Diamantvolumenanteil, der etwa 30 %, 50 % oder 70 % überschreitet oder in einem Bereich liegt, der durch beliebige dieser Prozentsätze definiert wird, kann die effektive Wärmeleitfähigkeit des Wärmeverteilers 104 gemäß Ausführungsformen so gesteuert werden, dass sie einen Wert größer als 200 W/mK, größer als 400 W/mK, größer als 600 W/mK, größer als 800 W/mK, größer als 1000 W/mK aufweist oder einen Wert in einem Bereich aufweist, der durch beliebige dieser Werte definiert wird. Vorteilhafterweise kann die Wärmeleitfähigkeit durch Auswählen von unter anderem dem Metall des MMC und des Volumenanteils von Diamant so gesteuert werden, dass sie höher als von z. B. CuW (etwa 200 W/mK), CuMo (etwa 250 W/mK) und Cu/Mo/Cu (350 W/mK) ist. Vorteilhafterweise kann die Oberfläche des Wärmeverteilers 104, wenn er aus einem Diamant aufweisenden MMC gebildet ist, aus dem Metall des MMC gebildet sein, während der Großteil aus dem MMC gebildet ist. Das heißt, der Wärmeverteiler 104 kann einen Großteil an MMC aufweisen, der mit einer aus dem Metall des MMC gebildeten „Haut“ bedeckt ist, wodurch die elektrische Leitfähigkeit bereitgestellt wird. Jedoch sind Ausführungsformen nicht derart beschränkt und bei anderen Ausführungsformen kann der aus dem MMC gebildete Wärmeverteiler 104 ferner mit einer leitfähigen Metallschicht oder einem leitfähigen Metallstapel, z. B. einem Ti/Pt/Au-Stapel unter verschiedenen anderen Metallstapeln, gebildet sein, wie oben beschrieben ist.
  • Immer noch unter Bezugnahme auf 2A-2C kann der Wärmeverteiler 104 verschiedene physische Abmessungen aufweisen, die basierend auf einer Vielzahl an Faktoren, einschließlich elektrischer, thermischer und mechanischer Überlegungen, eingerichtet sind. Die Vielzahl an Faktoren kann von dem IC-Die, der daran anzubringen ist, Wärme, die durch den IC-Die erzeugt wird, einer Betriebstemperatur, einer CTE-Fehlanpassung und der gewünschten Steifigkeit unter anderen Überlegungen abhängen.
  • Bei verschiedenen hier beschriebenen Ausführungsformen kann der Wärmeverteiler 104 eine Dicke (t in 2C) von etwa 0,10", 0,05", 0,02", 0,01", 0,005", 0,002", 0,001" oder einen beliebigen Wert in einem Bereich aufweisen, der durch beliebige dieser Werte definiert wird.
  • Bei verschiedenen hier beschriebenen Ausführungsformen kann der Wärmeverteiler 104 eine Länge (L in 2B) von etwa 0,05", 0,10", 0,20", 0,50" oder einen beliebigen Wert in einem Bereich aufweisen, der durch beliebige dieser Werte definiert wird, z. B. etwa 0,27".
  • Bei verschiedenen hier beschriebenen Ausführungsformen kann der Wärmeverteiler 104 eine Breite (W in 2B) von etwa 0,05", 0,10", 0,20", 0,50" oder einen beliebigen Wert in einem Bereich aufweisen, der durch beliebige dieser Werte definiert wird, z. B. etwa 0,16".
  • Bei verschiedenen hier beschriebenen Ausführungsformen kann der Abstand (I im 2B) zwischen den äußersten Spalten von Vias 116 etwa 0,05", 0,10", 0,20", 0,50" oder einen beliebigen Wert in einem Bereich betragen, der durch beliebige dieser Werte definiert wird, z. B. etwa 0,13".
  • Bei verschiedenen hier beschriebenen Ausführungsformen kann der Abstand (w im 2B) zwischen den äußersten Spalten von Vias 116 etwa 0,05", 0,10", 0,20", 0,50" oder einen beliebigen Wert in einem Bereich betragen, der durch beliebige dieser Werte definiert wird, z. B. etwa 0,08".
  • Bei verschiedenen hier beschriebenen Ausführungsformen kann der Durchmesser der Vias 116 etwa 0.10", 0.05", 0.02", 0.01", 0.005", 0.002", 0.001" oder einen beliebigen Wert in einem Bereich betragen, der durch beliebige dieser Werte definiert wird.
  • Erfindungsgemäß sind die veranschaulichten Vias 116 hohl. Jedoch sind Ausführungsformen nicht derart beschränkt und können die Vias 116 bei anderen Ausführungsformen mit einem geeigneten Material gefüllt oder teilweise gefüllt sein, um eine weitere Steuerung über mechanische und thermische Eigenschaften bereitzustellen. Zum Beispiel können die Vias 116 mit beliebigen der oben mit Bezug auf die beschichteten Außenoberflächen 104S beschriebenen leitfähigen Schichten gefüllt oder teilweise gefüllt sein.
  • 3A und 3B veranschaulichen eine perspektivische Ansicht bzw. eine Querschnittsansicht einer gekapselten IC-Vorrichtung 300A bzw. 300B, einschließlich eines Wärmeverteilers 104 und eines daran angebrachten IC-Dies 108, z. B. eines MMIC-Dies, gemäß Ausführungsformen. Obwohl dies in 3A und 3B nicht veranschaulicht ist, können der IC-Die 108 und der Wärmeverteiler 104 durch eine Die-Anbringungsschicht (110 in 1), z. B. ein Au/Ge-Eutektikum, ein Au/Si-Eutektikum oder ein Au/Sn-Lot, angebracht sein. Die gekapselte IC-Vorrichtung 300A/300B weist einen Diamant aufweisenden Wärmeverteiler 104 auf, der dem oben mit Bezug auf 2A-2C beschriebenen Wärmeverteiler 104 ähnlich sein kann. Der Wärmeverteiler 104 weist auf einer Seite einen IC(integrierter Schaltkreis)-Die 108 daran angebracht auf. Obwohl dies in 3A und 3B nicht gezeigt ist, kann die integrierte IC-Vorrichtung 300A/300B zusätzlich einen auf der anderen Seite des Wärmeverteilers 104 angebrachten Kühlkörper (112 in 1) aufweisen, ähnlich jenem in 1 veranschaulichten. Ähnlich wie oben mit Bezug auf 2A-2C beschrieben, kann der Großteil des Wärmeverteilers 104 diamantbasiert sein, z. B. aus polykristallinem Diamant oder einem Diamant aufweisenden MMC gebildet sein, und kann die Oberfläche des Wärmeverteilers 104 eine leitfähige Schicht aufweisen.
  • Unter Bezugnahme auf die gekapselte Vorrichtung 300A aus 3A weist das Array aus Vias 116a, 116b gemäß Ausführungsformen die Anzahl, Abmessungen und Positionen derart auf, dass sie die Steifigkeit des Wärmeverteilers 104 reduzieren, um die mechanische Spannung zwischen dem IC-Die 108 und dem Wärmeverteiler 104 zu reduzieren. Außerdem können die Vias 116a, 116b einen direkten Masseverbindungspfad z. B. einen DC-Masseverbindungspfad, für den IC-Die 108 bereitstellen.
  • Wenn der Wärmeverteiler 104 gemäß einer in 2A-2C veranschaulichten Ausführungsform ausgebildet ist, repräsentieren die Vias 116a und 116b aus 3A jene der äußeren Spalten der Vias 116, die durch den Abstand I in 2B separiert sind, während eine mittlere Spalte der Vias 116, wenn vorhanden, möglicherweise nicht sichtbar (d. h. durch den IC-Die 108 verdeckt) ist. Jedoch sind Ausführungsformen nicht derart beschränkt und die mittlere Spalte von Vias kann aus dem Wärmeverteiler 104 aus 3A weggelassen werden.
  • Wie oben mit Bezug auf 2A-2C beschrieben, sind die Vias 116a, 116b bei Stellen positioniert, die den Rändern des IC-Die 108 entsprechen, der an diese anzubringen ist. Bei der veranschaulichten Ausführungsform aus 3A sind die Vias 116a, 116b derart positioniert, dass Teile der Querschnittsflächen von jedem der Vias 116a, 116b durch den IC-Die 108 bedeckt werden, während die verbleibenden Teile unbedeckt verbleiben. Bei der veranschaulichten Ausführungsform bedecken die Vias 116a, 116b etwa die Hälfte der Querschnittsflächen von jedem der Vias 116a, 116b, während die verbleibende Hälfte der Querschnittsflächen der Vias 116a, 116b unbedeckt verbleibt. Jedoch sind Ausführungsformen nicht derart beschränkt und bei anderen Ausführungsformen bedecken die Vias 116a, 116b beliebige geeignete fraktionelle Querschnittsflächen von jedem der Vias 116a, 116b, z. B. 5 %, 20 %, 40 %, 60 %, 80 %, 95 % oder einen Bruchteil in einem Bereich, der durch diese Werte definiert wird.
  • Immer noch unter Bezugnahme auf 3A weist das Array aus Vias 116a, 116b eine gerade Anzahl an Vias auf, einschließlich einer Reihe von ersten Vias 116a, die so positioniert sind, dass sie mit einem ersten Rand des IC-Die 108 überlappen, und einer Reihe von zweiten Vias 116b, die so positioniert sind, dass sie mit einem zweiten Rand des IC-Die 108 überlappen, wobei der erste Rand und der zweite Rand des IC-Die 108 einander lateral gegenüberliegen. Bei der veranschaulichten Ausführungsform sind die Reihe der ersten Vias 116a und die Reihe der zweiten Vias 116b symmetrisch um eine Achse, die sich zwischen und äquidistant zu sowohl dem ersten Rand als auch dem zweiten Rand des IC-Die 108 oder zwischen und äquidistant zu sowohl der Reihe der ersten Vias 116a als auch der Reihe der zweiten Vias 116b befindet. Das heißt, für jeden der ersten Vias 116a gibt es einen entsprechenden der zweiten Vias 116b, der symmetrisch positioniert ist. Bei der veranschaulichten Ausführungsform weisen die Reihe der ersten Vias 116a und die Reihe der zweiten Vias 116b die gleiche Anzahl an Vias auf. Außerdem weisen die entsprechenden der ersten und zweiten Vias 116a bzw. 116b im Wesentlichen die gleichen Abmessungen auf und sind symmetrisch positioniert, sodass sie mit dem IC-Die 108 bei dem ersten und zweiten Rand, die einander lateral gegenüberliegen, überlappen, so dass die resultierende Reduktion der Steifigkeit des Wärmeverteilers 104 und/oder die Reduktion der mechanischen Spannung zwischen dem IC-Die 108 und dem Wärmeverteiler 104 bei dem ersten und zweiten Rand symmetrisch um die äquidistante Achse zwischen dem ersten und zweiten Rand des IC-Die 108 sind. Die Erfinder haben herausgefunden, dass die Symmetrie der Vias 116a und 116b eine Wölbung des Wärmeverteilers 104 unterdrücken kann.
  • Bei der veranschaulichten Ausführungsform sind die Reihen der Vias 116a, 116b so positioniert, dass sie mit einem der Paare gegenüberliegender Ränder des IC-Die 108 überlappen, während das andere der Paare gegenüberliegender Ränder des IC-Die 108 nicht mit den Vias 116, 116b überlappt. Stattdessen ist das andere der Paare gegenüberliegender Ränder des IC-Die 108 mit entsprechenden Rändern des Wärmeverteilers 104 ausgerichtet. Jedoch sind die Ausführungsformen nicht derart beschränkt und bei anderen Ausführungsformen kann das andere der Paare gegenüberliegender Ränder des IC-Die 108 auch mit Reihen von Vias überlappen.
  • Die Vias können unter Verwendung eines geeigneten Prozesses einschließlich Laser- und/oder Wasserstrahlprozessen gebildet werden.
  • Unter anderen Funktionalitäten adressieren die Vias 116, 116b verschiedene Aspekte von Wärmemanagementproblemen, die beim Integrieren von IC-Dies, z. B. IC-Dies, die unter Verwendung von WBG-Halbleitern gebildete Vorrichtungen aufweisen, wie oben beschrieben, angetroffen werden. Für eine gegebene Wärmeausdehnungskoeffizienten(CTE)-Fehlanpassung zwischen dem IC-Die 108 und dem Wärmeverteiler 104 können die verschiedenen Wärmemanagementprobleme mit einer effektiven Steifigkeit eines Wärmeverteilers 108 assoziiert werden. Wenn die Steifigkeit des Wärmeverteilers 104 niedriger ist, kann sich Wärmeverteiler 108 an die mechanische Spannung anpassen, die durch die CTE-Fehlanpassung induziert wird, wodurch die gesamte mechanische Spannung reduziert wird, die in dem IC-Die 108 induziert wird. Die effektive Steifigkeit hängt wiederum von der Dicke des Wärmeverteilers 104 ab. Während das Reduzieren der Dicke des Wärmeverteilers 104 zu einer Reduzierung der Steifigkeit führen kann, kann, wenn die Dicke des Wärmeverteilers 104 zu dünn gemacht wird, die CTE-Fehlanpassung zwischen dem IC-Die 108 und dem Wärmeverteiler 104 bei angehobenen Temperaturen unter Betriebsbedingungen eine Wölbung oder Biegung des Wärmeverteilers 104 verursachen, was wiederum Risse in verschiedenen Komponenten oder eine Delaminierung bei verschiedenen Grenzflächen von diesen verursachen kann. Die Erfinder haben herausgefunden, dass die räumliche Anordnung der Vias 116a, 116b in Kombination mit verschiedenen Materialgestaltungen, wie hier beschrieben, die Steifigkeit des Wärmeverteilers 104 effektiv reduzieren kann.
  • Die verschiedenen Anordnungen der Vias 116a, 116b einschließlich ihrer Abmessungen können basierend auf einer Vielzahl von Faktoren optimiert werden. Zum Beispiel können die Anzahl an Vias und der Durchmesser der Vias die Volumenmenge bestimmen, die relativ zu einem Substrat entfernt wird, das aus dem gleichen Material ohne die Vias gebildet wird. Die Erfinder haben herausgefunden, dass die Steifigkeit des Substrats durch Entfernen eines gegebenen Volumens an Material auf diese Weise maßgeschneidert werden kann, um eine geeignete oder annehmbare Fehlanpassung einer Belastung zwischen dem Substrat und dem IC-Die 108 zu erzielen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen sind der Durchmesser und die Anzahl an Vias derart, dass das durch die Vias entfernte Volumen relativ zu einem Substrat ohne die durch dieses hindurch gebildeten Vias etwa 1 %, etwa 3%, etwa 5 %, etwa 10 %, etwa 15 %, etwa 20 % überschreiten kann oder einen Prozentsatz in einem Bereich aufweisen kann, der durch zwei beliebige dieser Werte definiert wird. Bei manchen Konfigurationen entspricht das Volumen, das durch diese Prozentsätze entfernt wird, in Bezug auf den Betrag der Steifigkeitsreduzierung für den Wärmeverteiler 104 den Dickenreduzierungen um etwa den gleichen Betrag.
  • Immer noch unter Bezugnahme auf 3A weist der Wärmeverteiler 104 bei manchen Ausführungsformen wenigstens eine erste Hauptoberfläche auf, die dazu ausgebildet ist, den IC-Die 108 mit einer relativ glatten Oberfläche zu kontaktieren, die durch Polieren nach dem Abscheiden der leitfähigen Schicht, wie oben beschrieben, durch z. B. chemische Gasphasenabscheidung erzielt werden kann. Zum Beispiel kann die erste Hauptoberfläche des Wärmeverteilers 108 eine RMS-Oberflächenrauigkeit (RMS: Root Mean Square - quadratisches Mittel) von weniger als 5×10-3", weniger als 1×10-3", weniger als 5×10-4", weniger als 1×10-4" oder einen Wert in einem Bereich aufweisen, der durch zwei beliebige dieser Werte definiert wird. Bei manchen Ausführungsformen kann die zweite Hauptoberfläche des Wärmeverteilers 104 gegenüber der ersten Hauptoberfläche, welche dazu ausgebildet sein kann, einen Kühlkörper zu kontaktieren, auch poliert werden, damit sie bei manchen Ausführungsformen gleichermaßen eine glatte Oberfläche aufweist. Jedoch kann das Polieren bei anderen Ausführungsformen weggelassen werden, sodass die zweite Hauptoberfläche eine relativ raue Oberfläche aufweist, größer als der Rauigkeitswert der ersten Hauptoberfläche, welcher die Oberflächenrauigkeit sein kann, die mit einer wie aufgewachsenen leitfähigen Schicht durch chemische Gasphasenabscheidung erhalten wird.
  • Der IC-Die 108, z. B. ein MMIC-Die, kann gemäß Ausführungsformen eine Vielzahl an Vorrichtungen aufweisen, die dazu ausgebildet sind, bei HF-Frequenzen zu arbeiten. Beispielsweise veranschaulicht 3B eine Querschnittsansicht einer gekapselten IC-Vorrichtung 300B einschließlich eines Wärmeverteilers 104, der ähnlich jenem mit Bezug auf 2A-2C veranschaulichten angeordnet ist, und ein Beispiel für einen Hochleistungsmikrowellen-IC-Die 108, der an diesem z. B. unter Verwendung einer Die-Anbringungsschicht 110 angebracht ist. 3B zeigt eine ausführlichere Ansicht der IC-Vorrichtung in dem IC-Die 108. Die veranschaulichte IC-Vorrichtung in dem IC-Die 108 weist eine GaN-basierte Leistungsmikrowellenvorrichtung auf, die eine HEMT(Transistor mit hoher Elektronenbeweglichkeit)-Vorrichtung, z. B. eine AIGaN/GaN-HEMT-Vorrichtung, für Hochleistungsmikrowellenanwendungen aufweist.
  • Die veranschaulichte HEMT-Vorrichtung in dem IC-Die 108 weist ein Halbleitersubstrat 304 auf, z. B. ein Siliciumcarbid(SiC)-Substrat, wie etwa ein halbisolierendes 4H-SiC-Substrat, auf dem eine Keimbildungsschicht 308 z. B. eine AIN-Keimbildung, aufgewachsen ist. Eine GaN- Schicht 312, z. B. ein Fe-dotiertes isolierendes GaN, ist auf der Keimbildungsschicht 308 gebildet, gefolgt von einer Zwischenschicht 316, z. B. einer AIN-Zwischenschicht, und einer AIGaN-Deckschicht 320, zum Beispiel einer nichtdotierten AIGaN-Deckschicht. Die AlGaN-Schicht 320 weist mehrere darauf gebildete Kontakte einschließlich eines Source-Kontakts 324S, eines Gate-Kontakts 324G und eines Drain-Kontakts 324D auf. Die GaN-Schicht 312 kann dazu ausgebildet sein, ein 2-dimensionales Elektronengas (2DEG) darin zu bilden, und die AlGaN-Schicht 320 kann einen Schottky-Übergang mit dem Gate-Kontakt 324G bilden.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann die HEMT-Vorrichtung ein HEMT vom Verarmungstyp sein, wobei das 2D-Elektronengas in der GaN-Schicht 312 ohne Anlegen einer Vorspannung an das Gate gebildet werden kann. Ein solcher Transistor wird als ein „Selbstleitender“ bezeichnet und wird ausschalten, wenn der Gate-Kontakt 324B negativ vorgespannt ist. Bei anderen Ausführungsformen kann der HEMT durch ausreichendes Dotieren der AlGaN-Deckschicht 320 mit Akzeptoren als eine „selbstsperrende“ Vorrichtung ausgebildet werden. Der veranschaulichte Transistor kann bei Frequenzen von bis zu etwa 20 GHz oder bis zu etwa 200 GHz arbeiten.
  • Während der beispielhafte IC-Die 108 bei der veranschaulichten Ausführungsform eine GaN-basierte HEMT- Vorrichtung als Veranschaulichung aufweist, sind Ausführungsformen nicht derart beschränkt und kann der IC-Die 108 verschiedene andere Vorrichtungen aufweisen. Zum Beispiel kann der IC-Die 108 verschiedene andere Transistoren einschließlich Bipolartransistoren (BJTs: Bipolar Junction Transistors), Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs: Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistors) vom Anreicherungstyp, Heteroübergang-Bipolartransistoren (HBTs), Metall-Halbleiter-FETs (MESFETs: Metal-Semiconductor FETs) und einen lateral diffundierten MOS (LDMOS) aufweisen, um nur einige wenige zu nennen, die basierend auf z. B. GaAs oder GaN gebildet werden können. Diese Transistoren ziehen einen Nutzen aus den Materialkombinationen, um ein angepasstes Verstärkungs- und Leistungsvermögen zu produzieren.
  • Es versteht sich, dass manche GaN-basierte MMIC-Vorrichtungen allgemein im Vergleich zu GaAs-basierten Vorrichtungen höhere Leistungserzeugungs- und Wärmedissipationsfähigkeiten aufweisen können. Während zum Beispiel manche GaAs-basierte MMIC-Vorrichtungen Spitzenleistungsdichten aufweisen, die weniger als 5 W/mm, weniger als 4 W/mm oder weniger als 3 W/mm betragen können, können GaN-basierte MMIC-Vorrichtungen Spitzenleistungsdichten, die etwa 3 W/mm überschreiten, etwa 4 W/mm überschreiten, etwa 5 W/mm überschreiten, etwa 7 W/mm überschreiten, etwa 9 W/mm überschreiten, etwa 11 W/mm überschreiten, etwa 13 W/mm überschreiten, oder Leistungsdichten in einem Bereich aufweisen, der durch beliebige dieser Werte definiert wird.
  • Immer noch unter Bezugnahme auf 3B ist der IC-Die 108, auf eine ähnliche Weise wie oben mit Bezug auf 3A beschrieben, durch die Die-Anbringungsschicht 110, z. B. eine AuSn-Schicht, an dem Wärmeverteiler 104 angebracht und mit Bezug auf das Array aus Vias so positioniert, dass ein oder mehrere Ränder des IC-Dies 108 mit einem oder mehreren Vias 116 überlappen, die durch den Wärmeverteiler 104 hindurch gebildet sind, und sodass die durch den IC-Die 108 erzeugte Wärme effizient durch den Wärmeverteiler 104 verteilt wird. Zusätzlich zu den mechanischen Vorteilen, die durch die Vias 116 bereitgestellt werden, wie oben beschrieben ist, stellt der Wärmeverteiler 104 auch einen DC- und HF-Masseverbindungspfad für den IC-Die 108 durch die leitfähige Schicht bereit, die auf den Oberflächen des Wärmeverteilers 104 einschließlich z. B. der Innenoberflächen der Vias 116 gebildet ist.
  • 4A und 4B veranschaulichen eine Draufsicht und eine Querschnittsansicht einer gekapselten IC-Vorrichtung 400 gemäß manchen anderen Ausführungsformen. Die gekapselte IC-Vorrichtung 400 weist einen IC-Die 108, z. B. einen MMIC-Die, auf, der an einem Wärmeverteiler 104 angebracht ist, der wiederum an einem Kühlkörper 512 angebracht ist. Die veranschaulichte Konfiguration wird manchmal als „Chip on Tab“-Konfiguration bezeichnet und kann im Vergleich zu Konfigurationen, bei denen der IC-Die direkt an einem Kühlkörper angebracht ist, verschiedene kommerzielle und/oder technologische Vorteile bieten. Die Vorteile können die Fähigkeit, relativ große IC-Dies aufzunehmen, eine überlegene Wärmeverteilungsfähigkeit und eine Wiederverarbeitbarkeit aufweisen. Wie oben beschrieben, weist der Wärmeverteiler 104 ein Array aus Vias auf und ist mit einer leitfähigen Metallschicht beschichtet. Die Vias sind so positioniert, dass sie mit einem oder mehreren Rändern des IC-Die 108 überlappen, wie oben beschrieben ist, um die Steifigkeit davon zu reduzieren und einen DC-Masseverbindungspfad bereitzustellen. Der IC-Die 108 und der Wärmeverteiler 104 sind jenen oben beschriebenen ähnlich, bei denen der Wärmeverteiler 104 dazu ausgebildet ist, Wärme zu verteilen, die durch den IC-Die 108 erzeugt wird, der eine kleinere Fläche als der Wärmeverteiler 104 aufweist, bevor sie diffusiv in den Kühlkörper 512 geleitet wird, der eine Fläche und eine thermische Masse aufweist, die erheblich größer als der Wärmeverteiler 104 ist. Des Weiteren kann, wie oben beschrieben, die Steifigkeit des Wärmeverteilungssubstrats durch Optimieren des Volumens des Materials, das durch die Vias entfernt wird, und der Positionen der Vias so optimiert werden, dass es als Puffer gegenüber CTE-bezogener mechanischer Spannung dient, die ansonsten in der Abwesenheit des Wärmeverteilers 104 größer wäre.
  • Unter Bezugnahme auf 4A weist die gekapselte IC-Vorrichtung 400 zusätzlich mehrere Eingangsstifte 524 einschließlich Vg, GND, NC und HFin zum Einkoppeln von DC- und HF-Signalen in den IC-Die 108 und mehrere Ausgangsstifte 520 einschließlich Vdd, GND und HFout zum Auskoppeln von DC- HF-Signalen von dem IC-Die 108 auf. Während Stifte veranschaulicht sind, können beliebige Kontakte und/oder Pads alternativ dazu oder zusätzlich implementiert werden. Der Kühlkörper 512 weist darauf gebildet mehrere ebenflächige Übertragungsleitungen 516, z. B. 50-Ohm-Übertragungsleitungen, zum Koppeln von HF-Signalen in den und von dem IC-Die 108 auf. Der IC-Die 108 und der Wärmeverteiler 104 sind elektrisch durch mehrere Drähte, z. B. Au-Drähte, verbunden und der IC-Die 108 und die ebenflächigen Übertragungsleitungen 516 sind elektrisch durch mehrere Drähte, z. B. Au-Drähte, verbunden.
  • 4B veranschaulicht eine Querschnittsansicht z. B. durch eine Linie AA' in 4A. 4B veranschaulicht schematisch Wärmeverteilungspfade 532 von einer Wärmequelle, z. B. einem Halbleiter-Halbleiter-Übergang oder einem Halbleiter-Metall-Übergang. Außerdem veranschaulicht 4B schematisch laterale HF-Masseverbindungspfade 536, deren Pfad die äußere leitfähige Schicht des Wärmeverteilers 104 aufweist.
  • 5 zeigt Vergleiche von experimentellen dreidimensionalen Konturkarten 502, 508 für mechanische Spannung zwischen herkömmlichen Wärmeverteilern und Wärmeverteilern gemäß Ausführungsformen. Die obere Konturkarte 502 für mechanische Spannung zeigt einen üblichen Kühlkörper 512 mit einem herkömmlichen Wärmeverteiler 504 und einem diamantbasierten Wärmeverteiler 104 mit einer leitfähigen Oberfläche und einem Array aus durch diesen hindurch gebildeten Vias gemäß Ausführungsformen daran angebracht. Die Wärmeverteiler 504, 104 weisen identische daran angebrachte IC-Dies 108 auf. Die Wärmeverteiler 504, 104 sind unter Verwendung des gleichen Epoxids angebracht, weisen die gleichen Abmessungen auf und sind identisch angeordnet, außer, dass der Wärmeverteiler 504 aus CuW ohne durch diesen hindurch gebildete Vias gebildet ist, während der Wärmeverteiler 104 auf eine ähnliche Weise wie oben beschrieben ausgebildet ist. Die bei 150 °C gemessene mechanische Spannung bei entsprechenden Randstellen auf den Wärmeverteilern 504, 104, wo die mechanischen Spannungen lokal höher sind, zeigen mechanische Spannungswerte von 41,5 Megapascal (MPa) bzw. 38,7 MPa. Die untere Konturkarte 508 für mechanische Spannung zeigt gleichermaßen einen üblichen Kühlkörper 512 mit einem herkömmlichen Wärmeverteiler 504 und einem Wärmeverteiler 104 gemäß Ausführungsformen daran angebracht auf, wobei die Wärmeverteiler 504, 104 identische IC-Dies 108 an diesen angebracht aufweisen. Die Komponenten in der unteren simulierten Konturkarte 508 für mechanische Spannung sind auf die gleiche Weise wie die entsprechenden Komponenten in der oberen simulierten Konturkarte 502 für mechanische Spannung angeordnet, außer, dass die Wärmeverteiler 504, 104 in der unteren Konturkarte 508 für mechanische Spannung unter Verwendung eines anderen Epoxids als dem Epoxid, das zum Anbringen der Wärmeverteiler 504, 104 in der oberen Konturkarte 502 für mechanische Spannung verwendet wurde, angebracht sind. Ähnlich der oberen Konturkarte 502 zeigt die bei 150 °C gemessene mechanische Spannung bei entsprechenden Randstellen auf den Wärmeverteilern 504, 104, wo die mechanischen Spannungen lokal höher sind, mechanische Spannungswerte von 42,0 MPa bzw. 39,7 MPa. Die experimentellen Konturkarten 502, 508 für mechanische Spannung zeigen, dass die mechanische Spannung durch Einsetzen des Wärmeverteilers 104 gemäß Ausführungsformen erheblich reduziert werden kann.
  • 6-8 veranschaulichen eine Vorrichtungsstruktur und Vergleichsergebnisse, die thermische und elektrische Vorteile integrierter IC-Vorrichtungen, die einen diamantbasierten Wärmeverteiler aufweisen, veranschaulichen, gemäß Ausführungsformen. 6 veranschaulicht eine Vorrichtungsstruktur 600 in einem MMIC-Die, die verwendet wird, um verschiedene unten beschriebene Vergleichsergebnisse zu erhalten. Die Vorrichtungsstruktur 600 weist ein Model einer HEMT-Vorrichtung mit 0,25-µm-Gestaltungsregel auf, die ähnlich zu jener oben mit Bezug auf 3B beschriebenen ist. Die HEMT-Vorrichtung weist einen Stapel aus einer GaN-Schicht 312, einer AIN-Zwischenschicht 316 und einer AIGaN-Deckschicht 320 auf, der auf einem 4H-SiC-Substrat gebildet ist. Die AlGaN-Schicht 320 hat einen Source-Kontakt 324S, einen Gate-Kontakt 324G und einen Drain-Kontakt 324D darauf ausgebildet. Die GaN-Schicht kann dazu ausgebildet sein, ein 2-dimensionales Elektronengas (2DEG) darin zu bilden, wie oben beschrieben ist. TABELLE 1 und TABELLE 2 veranschaulichen Vergleichsergebnisse thermischer Profile, die unter Dauerstrich(CW: Continuous Wave)-Betrieb von HEMT-Vorrichtungen in MMIC-Dies, die an einem CuW-basierten Wärmeverteiler und einem diamantbasierten Wärmeverteiler gemäß Ausführungsformen angebracht sind, erhalten wurden. TABELLE 1 Simulationen vs. Messungen der Temperatur während des Betriebs: HEMT-MMIC auf CuW-Wärmeverteiler
    Temperaturanstieg: Übergang zu Basis (CuW-basierter Wärmeverteiler
    Submikrometermodell (°C) Experimentelle IR-Messung (°C)
    Kanaltemperatur 192 140 189 138
    Basistemperatur 85 25 84 27
    ΔT (C) Tj über Basis 107 115 105 111
    Diskrepanz Simulation vs. Messung Innerhalb von 4 °C
    TABELLE 2 Simulationen vs. Messungen der Temperatur während des Betriebs: HEMT-MMIC auf diamantbasiertem Wärmeverteiler mit einem Array aus Vias
    Temperaturanstieg: Übergang zu Basis (Diamantbasierter Wärmeverteiler)
    Submikrometermodell (°C) Experimentelle IR-Messung (°C)
    Kanaltemperatur 102 165 103 167
    Basistemperatur 25 88 27 84
    ΔT (C) Tj oberhalb von Basis 77 81 76 83
    Diskrepanz: Simulation vs. Messung Innerhalb von 4 °C
  • Tabelle 1 veranschaulicht eine Vergleichstabelle von simulierten vs. experimentell gemessenen Kanaltemperaturen, Basistemperaturen und Temperaturdifferenzen (ΔT) zwischen dem Kanal und der Basis für die Vorrichtungsstruktur 600 (6) in einem MMIC-Die, der eine HEMT-Vorrichtung mit 0,25-µm-Gestaltungsregel ähnlich jener oben mit Bezug auf 3B beschriebenen aufweist, wobei der MMIC an einem CuW-Wärmeverteiler angebracht ist. Tabelle 2 veranschaulicht eine Vergleichstabelle von simulierten vs. experimentell gemessenen Kanaltemperaturen, Basistemperaturen und Temperaturdifferenzen (ΔT) zwischen dem Kanal und der Basis für die Vorrichtungsstruktur 600 (6) in einem MMIC, der eine HEMT-Vorrichtung mit 0,25-µm-Gestaltungsregel ähnlich jener oben mit Bezug auf 3B beschriebenen aufweist, wobei der MMIC an einem diamantbasierten Wärmeverteiler mit einem Array aus durch diesen hindurch gebildeten Vias gemäß Ausführungsformen angebracht ist. Ein Vergleich zwischen den Ergebnissen in Tabelle 1 und Tabelle 2 zeigt, dass die Temperaturdifferenzen (ΔT) zwischen dem Kanal und der Basis durch Anbringen des MMIC-Die an einem Wärmeverteiler mit einem Array aus Vias durch diesen hindurch gebildet gemäß Ausführungsformen um so viel wie 30 °C - 35 °C abgesenkt werden kann. Gemäß verschiedenen vorliegenden Ausführungsformen bleibt eine Differenz zwischen einer Substratbasistemperatur und einer Kanaltemperatur des HEMT weniger als etwa 110 °C, weniger als etwa 100 °C, weniger als etwa 90 °C, weniger als etwa 80 °C oder eine Temperatur in einem Bereich, der durch beliebige dieser Werte definiert wird.
  • 7 zeigt experimentelle Temperaturspuren des Kanals einer HEMT-Vorrichtung in einem gepulsten (10 ms) Leistungszustand. Die Messungen entsprechen jenen, die an einer Vorrichtungsstruktur ähnlich der Vorrichtungsstruktur 600 (6) vorgenommen wurden, bei der die MMIC-Dies mit den HEMT-Vorrichtungen an unterschiedlichen Wärmeverteilern angebracht sind. Die Temperaturspuren 704, 708 und 712 entsprechen jenen, die von den MMIC-Dies erhalten wurden, die an Wärmeverteilern angebracht sind, die aus CuW, Diamant-Aluminium-MMC und Diamant mit einem Array aus durch dieses hindurch gebildeten Vias gemäß Ausführungsformen gebildet sind. Die Temperaturspur 712 zeigt die, um so viel wie etwa 20 Grad relativ zu der Temperaturspur 704, niedrigste Spitzentemperatur.
  • 8 zeigt einen Graphen 800, der einen Vergleich von Leistungswirkungsgrad (PAE: Power-Added Efficiency) gegen Frequenz zeigt, die eine Gütezahl ist, die in der Industrie für HF-Leistungsverstärker verwendet wird, gemessen an Vorrichtungsstrukturen ähnlich der Vorrichtungsstruktur 600 (6), bei der die MMIC-Dies mit der HEMT-Vorrichtung an unterschiedlichen Wärmeverteilern angebracht sind. Der PAE, der die Eingabeleistung (Pin) zum Ansteuern des Verstärkers berücksichtigt, ist das Verhältnis der HF-Leistungsausgabe (Pout) minus der Eingabeleistung (Pin) zu der verbrauchten gesamten DC-Leistung (PDC), ausgedrückt als ein Prozentsatz, ausgedrückt als: PAE = 100 (Pout - Pin)/PDC. Die PAE-Kurven 804, 808 entsprechen MMIC-Dies, die an aus CuW gebildeten Wärmeverteilern angebracht sind, die PAE-Kurven 812, 816 entsprechend MMIC-Dies, die an diamantbasierten Wärmeverteilern mit einem Array aus durch diesen hindurch gebildeten Vias gemäß Ausführungsformen angebracht sind, und die PAE-Kurven 820, 824 entsprechen MMIC-Dies, die an aus Diamant-Aluminium-MMC gebildeten Wärmeverteilern angebracht sind. Die PAE-Kurven zeigen die höchsten Effizienten für MMIC-Dies, die an diamantbasierten Wärmeverteilern mit einem Array aus durch diesen hindurch gebildeten Vias gemäß Ausführungsformen angebracht sind, wenigstens teilweise aufgrund von niedrigeren Übergangstemperaturen, die dadurch ermöglicht werden, wie oben beschrieben ist. Diese Korrelation ist auch in TABELLE 3 gezeigt, die zeigt, dass verschiedene Leistungsfähigkeitsmetriken, einschließlich Gain-Verbesserung, Ausgabeleistungsverbesserung und PAE-Verbesserung, die durch Einsetzen des aus Diamant gebildeten Wärmeverteilers mit einem Array aus durch diesen hindurch gebildeten Vias beobachtet werden, wenigstens teilweise einer niedrigeren Betriebstemperatur zugeschrieben werden können. TABELLE 3 Zusammenfassung des Leistungsfähigkeitsparametervergleichs: HEMT-MMIC auf CuW-, Diamant-Aluminium-MMC- und diamantbasiertem Wärmeverteiler mit einem Array aus Vias
    MMIC-Leistungsfähigkeitsmetrik vs. Temperaturverbesserung
    Wärmeverteiler
    Material CuW Diamant-Aluminium-MMC CVD-Diamant mit durch diesen hindurch gebildeten Vias
    Kühlung-ΔT (C) über CuW 0 -23 -35
    Gain-Verbesserung (dB vs. CuW) Basislinie bzw. Grundlinie +0,23 +0,35
    Ausgabeleistungs -verbesserung (dB vs. CuW) Basislinie bzw. Grundlinie +0,46 +0,7
    PAE (% Verbesserung vs. CuW) Basislinie bzw. Grundlinie + 1 % + 2,2 %
  • Aspekte dieser Offenbarung können in verschiedenen elektronischen Vorrichtungen implementiert werden. Beispiele für die elektronischen Vorrichtungen können unter anderem Verbraucherelektronikprodukte, Teile der Verbraucherelektronikprodukte, elektronische Testausstattung, Zellularkommunikationsinfrastruktur, wie etwa eine Basisstation, usw. einschließen. Beispiele für die elektronischen Vorrichtungen können unter anderem ein Mobiltelefon, wie etwa ein Smartphone, eine anziehbare Rechenvorrichtung, wie etwa eine Smartwatch oder ein Ohrstück, ein Telefon, einen Fernseher, einen Computermonitor, einen Computer, ein Modem, einen Handheld-Computer, einen Laptop-Computer, einen Tablet-Computer, einen persönlichen digitalen Assistenten (PDA), eine Mikrowelle, einen Kühlschrank, ein Fahrzeugelektroniksystem, wie etwa ein Automobilelektroniksystem, eine Stereoanlage, einen DVD-Player, einen CD-Player, einen digitalen Musikabspieler, wie etwa einen MP3-Player, ein Radio, einen Camcorder, eine Kamera, wie etwa eine digitale Kamera, einen tragbaren Speicherchip, eine Waschmaschine, einen Trockner, einen Waschtrockner, eine Peripherievorrichtung, eine Uhr usw. einschließen. Ferner können die Elektronikvorrichtungen nichtfertige Produkte einschließen. Aspekte dieser Offenbarung können insbesondere in verschiedenen Drahtloskommunikationstechnologien implementiert werden, in denen hohe Leistung, hohe Frequenzbänder, verbesserte Linearität und/oder verbesserte Effizienz gewünscht sind, einschließlich Militär- und Weltraumanwendungen, wie etwa Radars, Gemeinschaftsantennenfernsehen (CATV: Community Antenna Television), Radarstörer und Drahtloskommunikationsbasisstationen, um nur einige wenige zu nennen.

Claims (18)

  1. Gekapselte Integrierter-Schaltkreis(IC)-Vorrichtung (100), die Folgendes aufweist: einen Kühlkörper (112); ein diamantbasiertes Wärmeverteilungssubstrat (104) auf dem Kühlkörper (112), wobei das diamantbasierte Wärmeverteilungssubstrat (104) ein Array aus hohlen Vias (116) durch dieses hindurch aufweist; und einen Integrierter-Schaltkreis(IC)-Die (108), der auf dem diamantbasierten Wärmeverteilungssubstrat (104) positioniert ist, wobei ein Rand des IC-Dies (108) mit wenigstens einem der hohlen Vias (116) überlappt.
  2. Gekapselte IC-Vorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei der IC-Die (108) ein monolithischer Mikrowellen-IC-Die ist, der dazu ausgebildet ist, eine Spitzenleistungsdichte auszugeben, die etwa 3 W/mm überschreitet.
  3. Gekapselte IC-Vorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei der IC-Die (108) einen GaN-basierten Transistor mit hoher Elektronenbeweglichkeit aufweist.
  4. Gekapselte IC-Vorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei das diamantbasierte Wärmeverteilungssubstrat (104) eine Außenoberfläche (104S) aufweist, die mit einer elektrisch leitfähigen Schicht beschichtet ist.
  5. Gekapselte IC-Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Außenoberfläche (104S) des diamantbasierten Wärmeverteilungssubstrats (104) einen Teil eines Hochfrequenzmasseverbindungspfades für den IC-Die (108) bildet, der sich in einer lateralen Richtung parallel zu einer Hauptoberfläche des diamantbasierten Wärmeverteilungssubstrats (104) erstreckt.
  6. Gekapselte IC-Vorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei das diamantbasierte Wärmeverteilungssubstrat (104) aus polykristallinem Diamant gebildet ist.
  7. Gekapselte IC-Vorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei das diamantbasierte Wärmeverteilungssubstrat (104) aus einem Metallmatrix-Diamant-Verbundmaterial gefertigt ist, das Diamantteilchen in einer Metallmatrix aufweist.
  8. Gekapselte IC-Vorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei ein kombiniertes Volumen der Vias (116) wenigstens 3 % des Volumens des diamantbasierten Wärmeverteilungssubstrats (104) ist.
  9. Gekapselte IC-Vorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei das Array aus Vias (116) eine gerade Anzahl an Vias (116) aufweist, wobei die Hälfte der Vias (116) so positioniert sind, dass sie mit einem ersten Rand des IC-Die (108) überlappen, und die andere Hälfte der Vias (116) so positioniert sind, dass sie mit einem zweiten Rand des IC-Dies (108) überlappen.
  10. Verfahren zum Herstellen eines Integrierter-Schaltkreis(IC)-Dies (108), wobei das Verfahren Folgendes aufweist: Positionieren eines IC-Dies (108) über einem diamantbasierten Wärmeverteilungssubstrat (104) mit einem Array aus hohlen Vias (116) durch dieses hindurch, so dass wenigstens einer der hohlen Vias (116) mit einem Rand des IC-Dies (108) überlappt; und Anbringen des IC-Dies (108) an dem diamantbasierten Wärmeverteilungssubstrat (104), so dass der wenigstens eine der hohlen Vias (116) mit dem Rand des IC-Dies (108) überlappt.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Positionieren des IC-Dies (108) Überlappen eines ersten Via der Vias (116) mit einem Rand des IC-Dies (108) und Überlappen eines zweiten Via der Vias (116) mit einem zweiten Rand der IC-Dies (108) aufweist.
  12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei das Positionieren des IC-Dies (108) Positionieren des ersten Via und des zweiten Via symmetrisch um eine zentrale Achse, die sich in einer Richtung parallel zu dem Rand und dem zweiten Rand erstreckt, aufweist.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei das diamantbasierte Wärmeverteilungssubstrat (104) eine Außenoberfläche (104S) aufweist, die mit einer leitfähigen Metallschicht beschichtet ist.
  14. Gekapselte Integrierter-Schaltkreis(IC)-Vorrichtung, die Folgendes aufweist: ein diamantbasiertes Wärmeverteilungssubstrat (104) mit einem Array aus durch dieses hindurch gebildeten Vias (116); und ein Monolithischer-Mikrowellen-Integrierter-Schaltkreis(MMIC)-Die (108) auf dem diamantbasierten Wärmeverteilungssubstrat (104), wobei der MMIC-Die (108) dazu ausgebildet ist, eine Spitzenleistungsdichte auszugeben, die etwa 3 W/mm überschreitet, wobei ein Rand des MMIC-Dies (108) mit wenigstens einem der Vias (116) überlappt und wobei das diamantbasierte Wärmeverteilungssubstrat (104) dazu ausgebildet ist, durch den MMIC-Die (108) erzeugte Wärme von dem MMIC-Die (108) weg zu verteilen.
  15. Gekapselte IC-Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Vias (116) hohl sind und das diamantbasierte Wärmeverteilungssubstrat (104) eine leitfähige Metallschicht aufweist, die eine gesamte Oberfläche des Substrats (104) einschließlich Oberflächen der Vias (116) beschichtet.
  16. Gekapselte IC-Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, wobei der MMIC-Die (108) eine Hochleistungsmikrowellenvorrichtung aufweist, die dazu ausgebildet ist, eine Spitzenleistungsdichte von wenigstens 3 W/mm zu dissipieren.
  17. Gekapselte IC-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei der MMIC-Die (108) einen GaN-basierten Transistor mit hoher Elektronenbeweglichkeit (HEMT) aufweist, der so ausgebildet ist, dass, wenn die dissipierte Spitzenleistungsdichte etwa 3 W/mm überschreitet, eine Differenz zwischen einer Substratbasistemperatur und einer Kanaltemperatur des GaN-basierten HEMT niedriger als etwa 100 °C bleibt.
  18. Gekapselte IC-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei ein erster Satz von Vias mit einem ersten Rand des IC-Die (108) überlappt und ein zweiter Satz entsprechender Vias mit einem zweiten Rand des IC-Die (108) überlappt, der lateral dem ersten Rand gegenüberliegt, wobei jeder Via in dem ersten Satz und entsprechende Vias in dem zweiten Satz das gleiche Volumen aufweisen.
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