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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Gehäuse für Halbleiterelemente und im
Besonderen ein stark wärmeableitendes
Gehäuse
für Halbleiterelemente,
das zum Montieren von stark wärmeerzeugenden
Hochleistungselementen, wie Hochleistungstransistoren und monolithische
integrierte Mikrowellenschaltungen (MMIC), verwendet wird. Die vorliegende
Erfindung betrifft des Weiteren ein Halbleitermodul, mit dem ein
Halbleiterelement oder Halbleiterelemente an dem Gehäuse montiert
wird/werden.
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Da
die Leistung von Halbleiterelementen und Betriebsfrequenzen steigen,
steigt die von diesen Elementen erzeugte Wärme. Große Marktnachfrage nach der
Miniaturisierung und Gewichtsreduzierung von elektronischen Vorrichtungen
verursachen die ständig
zunehmende Dichte von Halbleiterelementen. Der Anstieg der von Halbleiterelementen
erzeugten Wärme
in Verbindung mit der Montagedichte verstärkt noch weiter den Bedarf
für das
Verbessern der wärmeableitenden
Eigenschaft von Modulen, mit denen diese Halbleiterelemente montiert
werden.
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Module,
die eine solch hohe Wärmeableitung
aufweisen müssen,
besitzen einen Träger,
der stark wärmeleitende
Materialien als die Wärmesenke
zum Montieren von Halbleiterelementen und wirksamen Ableiten der
Wärme von
den Elementen umfasst, um Überhitzung
der Elemente zu verhindern. (Siehe US-Patent Nr. 4.788.627 und ungeprüfte japanische
Patentanmeldung Tokukaihei 7-99268.) Der Träger wird dann auf einem Metallelement
verbunden und, soweit erforderlich, hermetisch abgedichtet.
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Ein
typisches Beispiel für
ein Gehäuse,
das für
ein solch herkömmliches
Halbleitermodul verwendet wird, wird in 3 und 4 gezeigt. 3 zeigt eine Perspektivansicht
des Gehäuses. 4(a) ist eine Schnittansicht
des in 3 gezeigten Gehäuses, und 4(b) ist eine Draufsicht.
Auf einem Metallelement (11) montiert besitzt ein Träger (12)
einen Bereich (15) zum Montieren von Halbleiterelementen
auf der Oberseite davon. Der Bereich (15) ist von Kontaktlöchern (14)
umgeben, die elektrisch mit dem unteren Metallelement (11)
verbunden sind. Leiterrahmen (13) sind durch metallisierte
Schichten (16) an einander gegenüberliegenden Kantenabschnitten
auf dem Träger
(12) angebracht.
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Bei
herkömmlichen
Halbleitermodulen wurde bisher weithin Berylliumoxid (BeO) als Träger zum
Montieren von Hochleistungstransistoren, MMIC oder anderen Hochleistungs-Halbleiterelementen
verwendet, die eine große
Wärmemenge
erzeugen, da BeO überlegene
Wärmeleitfähigkeits-
und Dielelektrizitätseigenschaften
besitzt.
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Die
oben beschriebenen Umstände,
der ständige
Anstieg der von Halbleiterelementen erzeugten Wärme und der Montagedichte lassen
jedoch selbst Halbleitermodule, die stark wärmeleitendes BeO als Träger einsetzen,
für Wärmeableitung
unzureichend werden. Auch wenn ein Versuch unternommen wird, den
Wärmewiderstand
durch Reduzieren der Dicke des BeO-Trägers zu senken, hat die Dicke
bereits ihre untere Grenze erreicht, wenn man berücksichtigt,
dass BeO selbst eine schlechte Bearbeitbarkeit sowie Toxizität besitzt.
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Diamant
besitzt dagegen eine höhere
Wärmeleitfähigkeit
als alle anderen Substanzen und ist ein elementares Material zum
Reduzieren des Wärmewiderstands
der oben beschriebenen Halbleitermodule. Es besitzt außerdem eine
Dielelektrizitätseigenschaft,
die mit der von herkömmlichen
Trägermaterialien,
wie BeO, Aluminiumoxid und AlN, vergleichbar ist. (Siehe ungeprüfte japanische
Patentanmeldung Tokukaihei 4-343232.) Diamant ist jedoch zu kostspielig,
um die Anforderung zu erfüllen,
dass diese Module Bauteile zu minimalen Kosten einsetzen müssen.
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Diamant
besitzt noch einen anderen Nachteil, der darin besteht, dass es
einen kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten
als ein Halbleiterelement hat, so dass Risse dazu neigen, sich in
einem Halbleiterelement bei dem Lötprozess zum Montieren des
Elements auf einem Diamantträger
zu entwickeln. Wenn ein MMIC montiert werden soll, werden Kontaktlöcher in
dem Träger
bereitgestellt, um die Induktivität des Erdungskreises der Vorrichtung
zu verringern. Auf Grund der schlechten Bearbeitbarkeit von Diamant
kommt es zu einem drastischen Anstieg der Bearbeitungskosten. Zusätzlich lösen sich,
wenn Leiterplatten direkt an Diamant angebracht werden, die Leiterplatten
leicht auf Grund der schwachen Verbindung zwischen den Leiterplatten
und Diamant.
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In
Anbetracht der vorgenannten Umstände
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein kostengünstiges
Gehäuse
für Halbleiter
und ein das Gehäuse
umfassendes Halbleitermodul bereitzustellen, das frei von Toxizität ist, produktionssicher
ist, überlegene
Wärmeableitung
aufweist und die Rissbildung bei Halbleiterelementen während des
Montierens verhindern kann.
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Ein
Gehäuse
für Halbleiterelemente
kann einen chemisch bedampften (CVD-)Diamantträger zum Montieren von Halbleiterelementen
auf seiner Oberseite und ein stark wärmeleitendes Metallelement
umfassen, das mit dem Diamantträger
an der Oberfläche
des Trägers
gegenüber
der zum Montieren von Halbleiterelementen verbunden ist, wobei das
Metallelement Vorsprünge
um den Diamantträger
herum aufweist und die Vorsprünge
bis zur Oberseite des Diamantträgers
reichen.
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein Gehäuse für Halbleiterelemente bereit,
das ein Trägermaterial
mit einer Wärmeleitfähigkeit
von 100 W/m·K
oder mehr zum Montieren von Halbleiterelementen; eine CVD-Diamantschicht,
die auf einem Teil oder der Gesamtheit der Oberfläche des
Trägermaterials
auf der Seite zum Montieren von Halbleiterelementen ausgebildet
ist; und ein stark wärmeleitendes
Metallelement umfasst, das mit dem Trägermaterial an der Oberfläche des
Trägermaterials
gegenüber
der zum Montieren von Halbleiterelementen verbunden ist, wobei das
Metallelement Vorsprünge
um das Trägermaterial
herum aufweist, die mit der Diamantschicht versehen sind, und die
Vorsprünge
bis zur Oberseite der Diamantschicht reichen. In diesem Fall ist
es zu wünschen,
dass das Trägermaterial
wenigstens eines umfasst, das aus der aus Si, AlN, SiC, Cu-W-Legierung,
Cu-Mo-Legierung und Cu-W-Mo-Legierung bestehenden Gruppe ausgewählt wird.
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Bei
jedem der beiden vorgenannten Gehäuse für Halbleiterelemente kann ein
aus Aluminiumoxid (Al2O3)
hergestelltes oder hauptsächlich
daraus bestehendes Keramikelement an den Verbindungsstellen der Leiterrahmen
für das
Gehäuse
bereitgestellt sein. An der Oberfläche zum Montieren von Halbleiterelementen des
CVD-Diamantträgers
oder der CVD-Diamantschicht können
laminierte Verdrahtungsschichten ausgebildet sein, die eine Vielzahl
von Kombinationen aus einer isolierenden Schicht mit einer Dielektrizitätskonstante
von 5 oder weniger und einer Metall-Verdrahtungsschicht umfassen.
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Das
mit der vorliegenden Erfindung vorgelegte Halbleitermodul montiert
ein Hochleistungs-Halbleiterelement oder Hochleistungs-Halbleiterelemente
auf der Oberfläche
zum Montieren von Halbleiterelementen des CVD-Diamantträgers oder
der CVD-Diamantschicht, der/die auf der Oberseite des Trägermaterials
des mit der vorliegenden Erfindung vorgelegten Gehäuses für Halbleiterelemente
ausgebildet ist.
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Die
vorliegende Erfindung, die das stark wärmeleitende Trägermaterial
mit der CVD-Diamantschicht darauf als den Träger zum Montieren von Halbleiterelementen
einsetzt, stellt ein Gehäuse
für Halbleiterelemente
bereit, das auf Grund des Ausschlusses von toxischem BeO produktionssicher
ist, überlegene
Wärmeableitung
mit niedrigem Wärmewiderstand
aufweist und die Rissbildung an einem Halbleiterelement während des
Montierens verhindern kann.
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Im
Besonderen lässt
der Träger
zum Montieren von Halbleiterelementen, der eine dünne CVD-Diamantschicht
auf dem stark wärmeleitenden
Trägermaterial
aufweist, den effektiven Wärmeausdehnungskoeffizienten
des Oberseitenbereichs steigen, wobei die Rissbildung von Halbleiterelementen,
die auf demselben montiert sind, zuverlässiger verhindert wird.
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Die
Bereitstellung von Vorsprüngen
auf dem Metallelement erleichtert die Erweiterung des Erdpotentials
mit niedriger Induktivität
und ermöglicht
die Produktion von Halbleitermodulen, die frei von Mikrowellen- und
Millimeterwellenstreuung sind, wobei eine Umgebung bereitgestellt
wird, in der selbst stark wärmeerzeugende
Hochleistungs-Halbleiterelemente, wie MMIC, stabil arbeiten.
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Als
Träger
zum Montieren von Halbleiterelementen setzt die vorliegende Erfindung
ein Trägermaterial mit
einer Wärmeleitfähigkeit
von 100 W/m·K
oder mehr und einer auf der Oberfläche davon ausgebildeten CVD-Diamantschicht
ein. Der CVD-Diamant, der in den jüngsten Jahren speziell entwickelt
wurde, kann mit einer größeren Fläche als
natürlicher
Diamant oder Diamant, der mit Hochdruck- und Hochtemperaturverfahren
gezüchtet
wurde, synthetisiert werden, was die Kostensenkung bei Halbleitermodulen
und -gehäusen
erleichtert. Das Verbinden des Trägermaterials, bei dem die CVD-Diamantschicht
auf der Oberfläche
davon ausgebildet ist, mit einem stark wärmeleitenden Metallelement
ermöglicht
das Senken des Wärmewiderstands
des Gehäuses
für Halbleiter.
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Es
ist zu wünschen,
dass das stark wärmeleitende
Metallelement beispielsweise aus Cu, Mo, Cu-W-Legierung, Cu-Mo-Legierung
oder Cu-W-Mo-Legierung hergestellt ist. Außerdem können Plattiermaterialien davon
verwendet werden.
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Bei
dem Gehäuse
für Halbleiterelemente
der vorliegenden Erfindung ist es zu wünschen, dass das Metallelement
Vorsprünge
um das Trägermaterial
mit der CVD-Diamantschicht herum aufweist, wobei die Vorsprünge bis
zu der Oberseite der CVD-Diamantschicht reichen. Das Ausstatten,
und das Verbinden mit dem Metallelement, des Trägermaterials mit der CVD-Diamantschicht
nur an der Innenseite der Vorsprünge
ermöglicht
die Miniaturisierung des aus dem CVD-Diamant hergestellten Abschnitts
und des Gehäuses
selbst, was zu der Kostensenkung des Gehäuses führt. Die Vorsprünge verhindern
Mikrowellen- und Millimeterwellenstreuung und statten die zu montierenden
Halbleiterelemente mit leichtem Zugriff auf das in Kontaktlöchern befindliche
Erdpotenzial aus, was die Verwirklichung eines Hochleistungsgehäuses ermöglicht.
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Wie
oben angegeben, kann der CVD-Diamantträger als der Träger zum
Montieren von Halbleiterelementen ein unabhängiges Diamantplättchen sein,
das durch Dampfphasensynthese ausgebildet wurde. Für die Dicke
des Diamantplättchens
gilt, dass, wenn es extrem dünn
ist, die stark wärmeleitende
Eigenschaft des Diamanten nicht genutzt werden kann, und, wenn es
extrem dick ist, die Gesamtkosten steigen. Folglich ist es zu wünschen,
dass die Dicke des CVD-Diamantträgers
in dem Bereich von 50 bis 700 μm
liegt, vorzugsweise in dem Bereich von 100 bis 500 μm.
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Nach
der vorliegenden Erfindung umfasst der Träger zum Montieren von Halbleiterelementen
ein Trägermaterial
mit einer Wärmeleitfähigkeit
von 100 W/m·K
oder mehr und eine CVD-Diamantschicht, die auf einem Teil oder der
Gesamtheit der Oberseite des Trägermaterials
ausgebildet ist. Es ist zu wünschen,
dass das Trägermaterial
mit einer Wärmeleitfähigkeit
von 100 W/m·K
oder mehr wenigstens eins umfasst, das aus der aus Si, AlN, SiC,
Cu-W-Legierung, Cu-Mo-Legierung und Cu-W-Mo-Legierung bestehenden
Gruppe ausgewählt
wird. Es ist außerdem
zu wünschen,
dass die Dicke des Trägermaterials
in dem Bereich von 200 bis 700 μm
liegt. Es ist zu wünschen,
dass die Dicke der auf dem Trägermaterial
ausgebildeten CVD-Diamantschicht in dem Bereich von 5 bis 200 μm liegt,
vorzugsweise in dem Bereich von 10 bis 100 μm.
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In
diesem Fall kann, da die auf dem Trägermaterial ausgebildete CVD-Diamantschicht,
wie oben gezeigt, dünn
gemacht werden kann, ein Gehäuse
bei sehr viel geringeren Kosten erzielt werden. Zusätzlich lässt die
dünne Diamantschicht
auf dem Trägermaterial
die effektive Wärmeausdehnungsrate
des Bereichs zum Montieren von Halbleiterelementen im Vergleich
zu dem aus dem unabhängigen
Diamantplättchen
hergestellten CVD-Diamantträger
beachtlich groß werden
und sich der der Halbleiterelemente nähern. Dies verringert daher
die in dem Halbleiterelement erzeugte Wärmespannung, was noch wirksamer
die Rissbildung des Halbleiterelements, wenn es montiert wird, verhindert.
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Das
Bereitstellen einer CVD-Diamantschicht auf dem Trägermaterial
ermöglicht
eine hochwirksame Ableitung der von den Halbleiterelementen erzeugten
Wärme.
Im Besonderen diffundiert die an den Halbleiterelementen erzeugte
Wärme zuerst
seitlich in der Diamantschicht starker Wärmeleitfähigkeit und breitet sich dann
in das stark wärmeleitende
Trägermaterial
darunter durch den gesamten Bereich der Diamantschicht aus. Auf
diese Weise erhält
das Gehäuse
sogar mit einer dünnen
CVD-Diamantschicht eine stark wärmeableitende
Eigenschaft. Um eine überlegene
seitliche Wärmeübertragung
in der Diamantschicht zu erzielen, ist es zu wünschen, dass die CVD-Diamantschicht
eine Wärmeleitfähigkeit
von 1000 W/m·K
oder mehr aufweist.
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Die
vorliegende Erfindung legt ein Gehäuse für Halbleiter vor, das eine
metallisierte Schicht auf dem Bereich zum Montieren von Halbleiterelementen
des CVD-Diamantträgers
oder der CVD-Diamantschicht auf dem Trägermaterial aufweist. Auf diese
metallisierte Schicht werden Halbleiterelemente durch ein Lötmaterial verbunden.
Es ist zu wünschen,
dass die metallisierte Schicht wenigstens eine Metallart umfasst,
die aus der aus Au, Mo, Ni, Pt, Pd, Ti, Cu und Al bestehenden Gruppe;
einer Legierung davon; oder laminierten Schichten davon ausgewählt wird.
Es ist zu wünschen,
dass das Lötmaterial
wenigstens eine Metallart umfasst, die aus der aus Au, Si, Ge, Sn,
Pb, In, Ag und Ti bestehenden Gruppe oder einer Legierung davon
ausgewählt
wird. Es ist zu wünschen,
dass die Gesamtdicke der metallisierten Schicht und der gelöteten Schicht
in dem Bereich von 0,1 bis 50 μm
liegt.
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Es
ist zu wünschen,
dass die Leiterrahmenverbindungszonen des Gehäuses für Halbleiterelemente mit einem
Keramikelement ausgestattet sind, das aus Aluminiumoxid hergestellt
ist oder hauptsächlich
daraus besteht. Zum Beispiel wird der CVD-Diamantträ ger oder
das Trägermaterial
mit der CVD-Diamantschicht mit dem Metallelement an der Innenseite
der Vorsprünge
verbunden, und das Keramikelement kann mit dem Metallelement an
der Außenseite
der Vorsprünge
verbunden werden, um die Leiterrahmen durch die metallisierten Schichten
auf der Oberseite des Keramikelements zu verbinden. Auf diese Weise
wird neben dem Träger zum
Montieren von Halbleiterelementen das Keramikelement zum Verbinden
von Leiterrahmen mit dem Metallelement verbunden, so dass eine Kostensenkung
erreicht werden kann und die Leiterrahmen einfach mit hoher Bindefestigkeit
angebracht werden können.
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Bei
dem Gehäuse
für Halbleiterelemente
der vorliegenden Erfindung erhöht
das Ausbilden von laminierten Verdrahtungsschichten, die eine Vielzahl
von Kombinationen aus einer isolierenden Schicht mit einer Dielektrizitätskonstante
von 5 oder weniger und einer Metall-Verdrahtungsschicht umfassen,
auf der Oberfläche
zum Montieren von Halbleiterelementen der CVD-Diamantschicht auf
dem Trägermaterial
die Montagedichte von Halbleiterelementen noch weiter. Dies trägt zu dem
Anstieg der Betriebsfrequenz des Halbleitermoduls und zu der Miniaturisierung
von Gehäusen
und Modulen bei.
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Durch
Montieren eines Hochleistungs-Halbleiterelements oder von Hochleistungs-Halbleiterelementen
auf der CVD-Diamantschicht des Gehäuses für Halbleiterelemente der vorliegenden
Erfindung kann ein kostengünstiges,
stark wärmeableitendes
Halbleitermodul gebildet werden. Das Modul eignet sich zum Montieren
eines Hochleistungs-Halbleiterelements oder von Hochleistungs-Halbleiterelementen,
die hauptsächlich aus
Galliumarsenid oder Si bestehen, im Besonderen Hochleistungs-Transistoren
oder MMIC. Es ist zu wünschen,
dass die Oberfläche
eines Hochleistungs-Halbleiterelements gegenüber der wärmeerzeugenden Zone mit der
CVD-Diamantschicht auf dem Trägermaterial
verbunden wird.
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Wie
oben angegeben, ermöglicht
der Einsatz von CVD-Diamant zum Montieren von Halbleiterelementen
die Produktion eines Gehäuses
für Halbleiter,
das überlegene
Wärmeableitung
mit niedrigem Wärmewiderstand
aufweist, wobei das Gehäuse
das Trägermaterial
mit der darauf als Wärmesenke
ausgebildeten CVD-Diamantschicht aufweist. Das Halbleitermodul,
mit dem ein Halbleiterelement oder Halbleiterelemente auf dem Gehäuse für Halbleiterelemente
montiert wird/werden, stellt eine Umgebung bereit, in der bislang
ungekannte mikrowellenverstärkende
Hochleistungstransistoren oder MMIC stabil arbeiten.
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Die
folgenden Zeichnungen werden in beispielhafter Form bereitgestellt:
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1 ist eine schematische
Darstellung eines Gehäuses
für Halbleiterelemente;
(a) ist die Schnittansicht auf der
Linie A-A der Draufsicht (b).
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2 ist eine schematische
Darstellung eines Gehäuses
für Halbleiterelemente
der vorliegenden Erfindung; (a) ist
die Schnittansicht auf der Linie B-B der Draufsicht (b).
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3 ist eine Perspektivansicht
eines Beispiels für
herkömmliche
Gehäuse
für Halbleiterelemente.
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4 ist eine schematische
Darstellung eines Beispiels für
herkömmliche
Gehäuse
für Halbleiterelemente;
(a) ist die Schnittansicht auf der
Linie C-C der Draufsicht (b).
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Das
Folgende ist die ausführliche
Erklärung
der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die angehängten Zeichnungen.
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BEISPIEL 1
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Gehäuse für Halbleiterelemente
wurden wie in 1 gezeigt
hergestellt. Das Gehäuse
besitzt ein Metallelement (21) mit zwei parallelen Vorsprüngen (26),
die sich von einander getrennt auf dem Metallelement befinden. Auf
dem von den beiden Vorsprüngen
(26) umgebenen Untermontier-Abschnitt ist ein CVD-Diamantträger (22)
verbunden, der aus einem freistehenden Diamantfilm hergestellt ist,
der durch Dampfphasensynthese ausgebildet wurde. Auf dem Außenabschnitt
der Vorsprünge
(26) ist ein aus Aluminiumoxid hergestelltes rahmenförmiges Keramikelement
(27) verbunden. Der CVD-Diamantträger (22) hat einen
Bereich (25) zum Montieren von Halbleiterelementen auf
der Oberseite davon, und Leiterrahmen (23) sind auf der
Oberseite des Keramikelements (27) durch metallisierte
Schichten (28) angebracht.
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Dieses
Gehäuse
für Halbleiterelemente
wurde auf die folgende Weise hergestellt: Das aus Cu-W-Legierung
hergestellte Metallelement (21) wurde mit den beiden parallelen
Vorsprüngen
(6) ausgestattet, wobei eine Höhe (H) den Untermontier-Abschnitt
umgab. Das aus Aluminiumoxid hergestellte Keramikelement (7) wurde
in einem Rahmen mit einer Dicke (H) ausgebildet, damit es gerade
außerhalb
der Vorsprünge
(26) angebracht werden konnte. Die metallisierten Schichten
(28) wurden auf der Oberseite des Keramikelements (27)
vorbereitet, um die Leiterrahmen durch Silberlot zu verbinden. Die
Unterfläche
des Keramikelements (27) wurde ebenfalls metallisiert (nicht
gezeigt), um dasselbe mit dem Metallelement (21) darunter
durch Silberlot zu verbinden.
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Der
freistehende Diamantfilm, der als der CVD-Diamantträger (22)
verwendet werden sollte, wurde durch die Gassynthese von Diamant
auf einem Si-Träger
durch das Heizfaden-CVD-Verfahren unter den in Tafel 1 angegebenen
Bedingungen erzielt. Dann wurde die Züchtungsfläche geschliffen, und der Si-Träger wurde
durch Säure
aufgelöst
und entfernt. Die Ergebnisse der Messung der Wärmeleitfähigkeit der erzielten unabhängigen Diamantplättchen durch
das Laser-Blitz-Verfahren fielen in den Bereich von 1050 bis 1150 W/m·K.
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Um
den CVD-Diamantträger
(22) zu erzielen, wurde ein Quader durch Laserstrahlen
so aus dem freistehenden Diamantfilm geschnitten, dass derselbe
in den Untermontier-Abschnitt, der von den Vorsprüngen (26)
des Metallelements (21) umgeben war, eingesetzt werden
konnte. Der Bereich (25) zum Montieren von Halbleiterelementen
auf der Oberseite des CVD-Diamantträgers (22) wurde mit
einer metallisierten Schicht in der lami nierten Struktur von 1 μm Au/0,1 μm Pt/0,05 μm Ti in der
Reihenfolge Ti, Pt und Au von der unteren Schicht aufgetragen. Die
Unterfläche
des CVD-Diamantträgers
(22) wurde durch AuGe-Lot auf dem Untermontier-Abschnitt
verbunden, der von den Vorsprüngen
(26) des Metallelements (21) umgeben war.
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Bei
den Abmessungen bei dem vorgenannten Gehäuse für Halbleiter war der CVD-Diamantträger (22) 3
mm breit, 7 mm lang und 0,3 mm dick; die Dicke des Metallelements
(21) betrug 1,5 mm; und die Höhe (H) der Vorsprünge (26)
betrug 0,45 mm. Auf einem so hergestellten Gehäuse wurde ein MMIC-Chip (Wärmeerzeugung:
60 W) auf dem Bereich (25) zum Montieren von Halbleiterelementen
auf der Oberseite des CVD-Diamantträgers (22) montiert,
um ein Halbleitermodul zu bilden. Die Betriebsergebnisse zeigten,
dass das Modul eine im Wesentlichen starke Wärmeableitung aufwies und den
Chip mit dem Erdpotenzial niedriger Induktivität ausstattete, so dass der
MMIC-Chip stabil mit hoher Effizienz für eine ausgedehnte Dauer arbeiten
konnte.
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Dagegen
fielen die Betriebsergebnisse an den Gehäusen mit einem herkömmlichen
AlN- oder BeO-Träger,
anstatt des vorgenannten aus einem freistehenden Diamantfilm hergestellten
CVD-Diamantträgers
(22), auf dem Untermontier-Abschnitt so aus, dass der MMIC-Chip
auf Grund eines übermäßigen Temperaturanstiegs,
wenn die Wärmeerzeugung
des Chips 10 W überschritt,
häufig
nicht korrekt arbeitete, was zu dem Ausfall des Chips führte.
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BEISPIEL 2
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Gehäuse für Halbleiterelemente
wurden, wie in 2 gezeigt,
mit einem Trägermaterial
(29) mit einer CVD-Diamantschicht (22) auf der
Oberseite davon hergestellt, anstatt mit dem aus einem unabhängigen Diamantplättchen hergestellten
CVD-Diamantträger
(22), der in dem vorgenannten Beispiel 1 verwendet wurde. Die
Herstellverfahren und Abmessungen des Gehäuses waren mit Ausnahme des
nachfolgend beschriebenen Bildungsverfahrens für die CVD-Diamantschicht (22)
dieselben wie in Beispiel 1.
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Als
Trägermaterial
(29) wurden Si, AlN, Cu-W-Legierung, SiC und Si3N4 getrennt vorbereitet.
Eine gesamte Oberfläche
des Trägermaterials
(29) wurde unter Verwendung von Diamantpulvern angeraut,
um mit dem Heizfaden-CVD-Verfahren Diamanten auf der Oberfläche davon
zu züchten.
Die Zuchtbedingungen werden in der nachfolgenden Tafel 2 gezeigt.
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Auf
diese Weise wurde die CVD-Diamantschicht (22) mit hoher
Bindefestigkeit über
jedes Trägermaterial
(29) mit einer Dicke von 0,28 mm ausgebildet. Jede CVD-Diamantschicht
(22) wurde auf eine Dicke von 20 μm abgeschliffen. Alle Ergebnisse
der Messung der Wärmeleitfähigkeit
der Diamantschichten (22) mit dem Laser-Blitz-Verfahren
fielen in den Bereich von 1150 bis 1250 W/m·K.
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Nachdem
jede CVD-Diamantschicht (22) geschliffen wurde, wurde die
Probe mit Laserstrahlen geschnitten, um einen Quader zu bilden.
Der Quader wurde dann wie bei Beispiel 1 mit einer metallisierten Schicht
auf die Oberseite davon aufgetragen und auf dem Untermontier-Abschnitt,
der von den Vorsprüngen (26)
des Metallelements (21) umgeben ist, verbunden, um ein
Gehäuse
für Halbleiterelemente
bereitzustellen.
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Auf
jedes so hergestellte Gehäuse
wurde ein MMIC-Chip (Wärmeerzeugung:
60 W) auf den Bereich (25) zum Montieren von Halbleiterelementen
auf der Oberseite des CVD-Diamantschicht
(22) montiert, um ein Halbleitermodul zu bilden. Die Betriebsergebnisse
zeigten, dass der MMIC-Chip wie in Beispiel 1 mit hoher Effizienz
für eine
ausgedehnte Dauer arbeitete, außer
dass, wenn Si3N4 als
das Trägermaterial
(29) verwendet wurde, der Chip wenige Minuten nach dem
Beginn des Betriebs überhitzte
und ausfiel. Der Grund besteht möglicherweise
darin, dass der S3N4-Sinterkörper eine
Wärmeleitfähigkeit
von nur 20 bis 50 W/m·K
aufweist.