專利名稱：一種砷化鎵單片微波集成電路功率放大器熱沉的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微電子學(xué)功率放大器測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種砷化鎵單片微波集成電路(GaAs MMIC)功率放大器熱沉(heatsink)的制作方 法。
背景技術(shù)：
GaAs MMIC功率放大器熱沉，主要是用于GaAs MMIC功率放大器 散熱和接地。從熱傳遞角度，通過在MMIC上裝上熱交換部件來制作熱沉， 該熱交換部件和MMIC有著熱交換接觸，并穿過該熱交換部件使熱能傳達(dá) 到腔體；從電學(xué)角度，它可以起到良好接地，使MMIC芯片對(duì)地接觸部分 不會(huì)產(chǎn)生串?dāng)_從而影響芯片的工作。在GaAs MMIC功率放大器工作時(shí)，由于對(duì)GaAs芯片和熱沉材料的 反復(fù)加溫，GaAs MMIC功率放大器工作時(shí)的發(fā)熱量很大，且GaAs襯底的 熱傳導(dǎo)性能較差，所以芯片若要正常工作對(duì)于芯片和熱沉散熱就要求很 高。在散熱良好的情況下芯片的性能可以達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，而如果散熱極差 甚至接地不良，都有可能導(dǎo)致芯片的燒毀。而且，在芯片和熱沉散熱不好 的情況下，如果不考慮GaAs芯片和熱沉的熱膨脹系數(shù)，還可能發(fā)生GaAs 芯片粘結(jié)斷裂現(xiàn)象，進(jìn)而影響芯片乃至整個(gè)系統(tǒng)的正常工作。因此，熱傳導(dǎo)性能優(yōu)良，不易變形的GaAs MMIC功率放大器熱沉對(duì) 于GaAs MMIC功率放大器的正常工作至關(guān)重要?，F(xiàn)有的GaAs MMIC功率放大器熱沉主要是通過銀漿將芯片和一般常 用金屬(如銅或者鋁)腔體直接粘合制作而成的。這種方法沒有考慮到 GaAs襯底材料和金屬的膨脹系數(shù)不同而造成的問題，銀槳粘合后，當(dāng)GaAs 襯底材料和金屬同時(shí)受熱時(shí)，由于其膨脹系數(shù)不同，受力不均，極易導(dǎo)致 GaAs MMIC的斷裂，或者導(dǎo)致銀漿粘合的部分出現(xiàn)位移脫落，使GaAs MMIC由于接地不善而導(dǎo)致熱燒毀，從而影響系統(tǒng)性能。
另外，隨著功率放大器的集成度越來越高，單位面積輸出功率越來越 大，對(duì)于芯片的熱耗散也提出更加嚴(yán)格的要求，陶瓷基片熱沉技術(shù)逐漸開始得以應(yīng)用。陶瓷基片熱沉技術(shù)雖然可以有效將芯片的熱能傳導(dǎo)至腔體，再通過腔 體底部的風(fēng)扇等散熱手段迅速的將熱量傳遞出去，并且由于陶瓷基片的介電常數(shù)較一般的PCB材料高，損耗角小，更適合微波功率器件的使用。 但是由于在多次重復(fù)試驗(yàn)中，由于粘結(jié)材料和陶瓷基片本身的熱膨脹系數(shù) 與GaAs芯片相差較大的問題，陶瓷基片和GaAs芯片之間易于發(fā)生斷裂， 使芯片工作的可靠性得不到保障。發(fā)明內(nèi)容(一) 要解決的技術(shù)問題有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種GaAs MMIC功率放大器 熱沉的制作方法，以解決GaAs芯片粘結(jié)斷裂現(xiàn)象，提高芯片的可靠性。(二) 技術(shù)方案為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的 一種砷化鎵單片微波集成電路GaAs MMIC功率放大器熱沉的制作方 法，該方法包括A、 制作與芯片尺寸相合的陶瓷基片及鉬材料基片；B、 在制作的陶瓷基片的上下表面之間打孔；C、 在打孔的陶瓷基片的上下表面及孔的內(nèi)壁鍍金；D、 將鍍金后的陶瓷基片上表面與鉬材料基片的下表面粘合；E、 將芯片與鉬材料基片的上表面粘合；F、 將陶瓷基片的下表面與腔體粘合，完成熱沉的制作。 所述步驟A包括制作與芯片的長(zhǎng)和寬相同、厚度根據(jù)芯片工作頻段計(jì)算的陶瓷基片，并制作與芯片的長(zhǎng)、寬和厚度均相同的鉬材料基片。所述陶瓷基片為^4/203含量大于等于99%的陶瓷基片，或者為氮化鋁陶瓷基片，所述鉬材料基片為純鉬材料基片。所述步驟B包括在制作的陶瓷基片的上下表面之間打一個(gè)直徑大于 等于200pm的通孔。步驟C中所述鍍金的厚度大于等于34pm。步驟D中所述粘合采用導(dǎo)電膠，所述步驟D包括在鍍金后的陶瓷 基片上表面涂敷一層導(dǎo)電膠，將鉬材料基片的下表面陶瓷基片上表面粘 合，并在15(TC下烘烤2小時(shí)。步驟E中所述粘合采用導(dǎo)電膠，所述步驟E包括在鉬材料基片的上 表面涂敷一層導(dǎo)電膠，將芯片與鉬材料基片的上表面粘合，并在15(TC下 烘烤2小時(shí)。步驟F中所述將陶瓷基片的下表面與腔體粘合采用低溫焊錫，所述低 溫焊錫工作溫度為139°C，焊接條件為在16(TC下焊接30秒。(三)有益效果 從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果1、 利用本發(fā)明，由于使用了陶瓷基片與鉬材料基片，通過兩種材料 的不同熱膨脹特性，避免了在陶瓷基片上直接粘合芯片易發(fā)生斷裂的現(xiàn) 象，解決了 GaAs芯片熱傳導(dǎo)性能差，熱耗散不能及時(shí)而導(dǎo)致芯片單管燒 毀的問題，進(jìn)而解決了GaAs芯片粘結(jié)斷裂現(xiàn)象，提高了芯片的可靠性。2、 本發(fā)明使用介電常數(shù)較一般的PCB材料高，損耗角小，不易形變 且適合微波高頻使用的陶瓷材料作為熱沉基片，并且利用粘結(jié)材料的溫度 差異，使粘結(jié)材料使用溫度的順序梯度化，避免了再次熔融現(xiàn)象的發(fā)生， 提高了可靠性。3、 本發(fā)明利用鉬材料與GaAs芯片相近的熱膨脹系數(shù)，介于GaAs芯 片和陶瓷基片特性中間的熱傳導(dǎo)性能，解決了 GaAs芯片粘結(jié)斷裂現(xiàn)象， 提高了芯片的可靠性。


圖l為本發(fā)明制作GaAsMMIC功率放大器熱沉總體技術(shù)方案的實(shí)現(xiàn) 流程圖；圖1-1為依照本發(fā)明總體技術(shù)方案制作的陶瓷基片的示意圖； 圖1-2為依照本發(fā)明總體技術(shù)方案在陶瓷基片上打孔的示意圖l-3為依照本發(fā)明總體技術(shù)方案在陶瓷基片上下表面及孔的內(nèi)壁鍍金的示意圖；圖1-4為依照本發(fā)明總體技術(shù)方案將陶瓷基片與鉬材料基片粘合的示 意圖；圖1-5為依照本發(fā)明總體技術(shù)方案將芯片與鉬材料基片粘合的示意圖；圖1-6為依照本發(fā)明總體技術(shù)方案將陶瓷基片與腔體粘合的示意圖；圖2為依照本發(fā)明實(shí)施例制作GaAs MMIC功率放大器熱沉的方法流 程圖；圖2-l為依照本發(fā)明實(shí)施例制作的陶瓷基片的示意圖； 圖2-2為依照本發(fā)明實(shí)施例在陶瓷基片上打孔的示意圖； 圖2-3為依照本發(fā)明實(shí)施例在陶瓷基片上下表面及孔的內(nèi)壁鍍金的示 意圖；圖2-4為依照本發(fā)明實(shí)施例在陶瓷基片上表面涂敷導(dǎo)電膠的示意圖； 圖2-5為依照本發(fā)明實(shí)施例將陶瓷基片與鉬材料基片粘合的示意圖； 圖2-6為依照本發(fā)明實(shí)施例在鉬材料基片上表面涂敷導(dǎo)電膠的示意圖；圖2-7為依照本發(fā)明實(shí)施例將芯片與鉬材料基片粘合的示意圖； 圖2-8為依照本發(fā)明實(shí)施例將陶瓷基片與腔體粘合的示意圖。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí) 施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖1所示，圖1為本發(fā)明制作GaAs MMIC功率放大器熱沉總體技 術(shù)方案的實(shí)現(xiàn)流程圖，該方法包括以下步驟步驟ll:制作與芯片尺寸相合的陶瓷基片及鉬材料基片；在本步驟中，制作的陶瓷基片101如圖1-1所示，圖1-1為依照本發(fā) 明總體技術(shù)方案制作陶瓷基片101的示意圖。步驟12:在制作的陶瓷基片101的上下表面之間打孔102;如圖1-2所示，圖1-2為依照本發(fā)明總體技術(shù)方案在陶瓷基片上打孔
102的示意圖。步驟13:在打孔的陶瓷基片101的上下表面及孔的內(nèi)壁鍍金103;如圖1-3所示，圖1-3為依照本發(fā)明總體技術(shù)方案在陶瓷基片上下表 面及孔的內(nèi)壁鍍金103的示意圖。步驟14:將鍍金后的陶瓷基片101上表面與鉬材料基片104的下表面 粘合；如圖1-4所示，圖1-4為依照本發(fā)明總體技術(shù)方案將陶瓷基片101與鉬材料基片104粘合的示意圖。步驟15:將芯片105與鉬材料基片104的上表面粘合；如圖1-5所示，圖1-5為依照本發(fā)明總體技術(shù)方案將芯片105與鉬材料基片104粘合的示意圖。步驟16:將陶瓷基片101的下表面與腔體106粘合，完成熱沉的制作； 如圖1-6所示，圖1-6為依照本發(fā)明總體技術(shù)方案將陶瓷基片101與腔體106粘合的示意圖?；趫D1所述制作GaAs MMIC功率放大器熱沉總體技術(shù)方案的實(shí)現(xiàn) 流程圖，以下結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明制作GaAs MMIC功率放大器熱 沉的方法進(jìn)一步詳細(xì)說明。實(shí)施例如圖2所示，圖2為依照本發(fā)明實(shí)施例制作GaAs MMIC功率放大器 熱沉的方法流程圖，該方法包括以下步驟步驟2h制作與芯片的長(zhǎng)和寬相同、厚度根據(jù)芯片工作頻段計(jì)算的陶瓷基片，并制作與芯片的長(zhǎng)、寬和厚度均相同的鉬材料基片；所述陶瓷基片為^/203含量大于等于99%的陶瓷基片，或者為氮化鋁陶瓷基片；所述鉬材料基片為純鉬材料基片；在本步驟中，制作的陶瓷基片201如圖2-1所示，圖2-l為依照本發(fā)明實(shí)施例制作的陶瓷基片201的示意圖。步驟22:在制作的陶瓷基片201的上下表面之間打一個(gè)直徑大于等于200jim的通孔202;
如圖2-2所示，圖2-2為依照本發(fā)明實(shí)施例在陶瓷基片上打孔的示意圖。步驟23:在打孔的陶瓷基片201的上下表面及孔202的內(nèi)壁鍍一層厚 度大于等于34pm的金203;如圖2-3所示，圖2-3為依照本發(fā)明實(shí)施例在陶瓷基片上下表面及孔 的內(nèi)壁鍍金的示意圖。步驟24:在鍍金后的陶瓷基片201上表面涂敷一層工作溫度為139°C 的導(dǎo)電膠204;如圖2-4所示，圖2-4為依照本發(fā)明實(shí)施例在陶瓷基片上表面涂敷導(dǎo) 電膠的示意圖。步驟25:將鉬材料基片205的下表面與陶瓷基片201上表面粘合，并 在15(TC下烘烤2小時(shí)。如圖2-5所示，圖2-5為依照本發(fā)明實(shí)施例將陶瓷基片與鉬材料基片 粘合的示意圖。步驟26:在鉬材料基片205的上表面涂敷一層工作溫度為139'C的導(dǎo) 電膠204;如圖2-6所示，圖2-6為依照本發(fā)明實(shí)施例在鉬材料基片上表面涂敷 導(dǎo)電膠的示意圖。步驟27:將芯片206與鉬材料基片205的上表面粘合，并在15(TC下 烘烤2小時(shí)；如圖2-7所示，圖2-7為依照本發(fā)明實(shí)施例將芯片與鉬材料基片粘合的示意圖。步驟28:將陶瓷基片201的下表面與腔體207釆用低溫焊錫粘合，完 成熱沉的制作；所述低溫焊錫工作溫度為139°C,焊接條件為在160'C下焊接30秒； 如圖2-8所示，圖2-8為依照本發(fā)明實(shí)施例將陶瓷基片與腔體粘合的 示意圖。以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行 了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而
已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修 改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種砷化鎵單片微波集成電路GaAs MMIC功率放大器熱沉的制作方法，其特征在于，該方法包括A、制作與芯片尺寸相合的陶瓷基片及鉬材料基片；B、在制作的陶瓷基片的上下表面之間打孔；C、在打孔的陶瓷基片的上下表面及孔的內(nèi)壁鍍金；D、將鍍金后的陶瓷基片上表面與鉬材料基片的下表面粘合；E、將芯片與鉬材料基片的上表面粘合；F、將陶瓷基片的下表面與腔體粘合，完成熱沉的制作。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的GaAsMMIC功率放大器熱沉的制作方法， 其特征在于，所述步驟A包括-制作與芯片的長(zhǎng)和寬相同、厚度根據(jù)芯片工作頻段計(jì)算的陶瓷基片， 并制作與芯片的長(zhǎng)、寬和厚度均相同的鉬材料基片。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的GaAs MMIC功率放大器熱沉的制作方法， 其特征在于，所述陶瓷基片為^4/203含量大于等于99%的陶瓷基片，或者 為氮化鋁陶瓷基片，所述鉬材料基片為純鉬材料基片。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的GaAs MMIC功率放大器熱沉的制作方法， 其特征在于，所述步驟B包括:在制作的陶瓷基片的上下表面之間打一個(gè)直徑大于等于200pm的通孔。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的GaAs MMIC功率放大器熱沉的制作方法， 其特征在于，步驟C中所述鍍金的厚度大于等于34pm。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的GaAs MMIC功率放大器熱沉的制作方法， 其特征在于，步驟D中所述粘合采用導(dǎo)電膠，所述步驟D包括在鍍金后的陶瓷基片上表面涂敷一層導(dǎo)電膠，將鉬材料基片的下表面 陶瓷基片上表面粘合，并在150'C下烘烤2小時(shí)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的GaAs MMIC功率放大器熱沉的制作方法， 其特征在于，步驟E中所述粘合采用導(dǎo)電膠，所述步驟E包括在鉬材料基片的上表面涂敷一層導(dǎo)電膠，將芯片與鉬材料基片的上表 面粘合，并在15(TC下烘烤2小時(shí)。
8、根據(jù)權(quán)利要求1所述的GaAs MMIC功率放大器熱沉的制作方法， 其特征在于，步驟F中所述將陶瓷基片的下表面與腔體粘合采用低溫焊錫， 所述低溫焊錫工作溫度為139°C，焊接條件為在16(TC下焊接30秒。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種GaAs MMIC功率放大器熱沉的制作方法，該方法包括A、制作與芯片尺寸相合的陶瓷基片及鉬材料基片；B、在制作的陶瓷基片的上下表面之間打孔；C、在打孔的陶瓷基片的上下表面及孔的內(nèi)壁鍍金；D、將鍍金后的陶瓷基片上表面與鉬材料基片的下表面粘合；E、將芯片與鉬材料基片的上表面粘合；F、將陶瓷基片的下表面與腔體粘合，完成熱沉的制作。利用本發(fā)明，由于使用了陶瓷基片與鉬材料基片，通過兩種材料的不同熱膨脹特性，避免了在陶瓷基片上直接粘合芯片易發(fā)生斷裂的現(xiàn)象，解決了GaAs芯片熱傳導(dǎo)性能差，熱耗散不能及時(shí)而導(dǎo)致芯片單管燒毀的問題，進(jìn)而解決了GaAs芯片粘結(jié)斷裂現(xiàn)象，提高了芯片的可靠性。
文檔編號(hào)H01L23/373GK101127309SQ200610112408
公開日2008年2月20日 申請(qǐng)日期2006年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月16日
發(fā)明者劉訓(xùn)春, 張海英, 旻 朱 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院微電子研究所