Разработка конструкции и технологии изготовления полупроводниковой интегральной микросхемы (категория РЭА – для эксплуатации в закрытых помещениях), страница 5

Диод Шотки представляет собой контакт металла с полупроводником ( в данном случае для формирования диода Шотки выбран алюминий,так как он чаще всего используется для разводки, и что, следовательно, не приводит к усложнению технологического процесса. Диод Шотки отличает от диодов на основе p-n-переходов то, что он работает на основных носителях и не  приводит к появлению процессов инжекции не основных носителей с последующим рассасыванием их при переключении напряжения с прямого на обратное. В транзисторе с барьером Шотки отсутствуют накопление и рассасывание избыточных носителей.

Из-за возможности  возникновения сильных электрических полей на краях контакта металл – полупроводник, приводящих к пробою диода, необходимо для предотвращения пробоя применять следующие конструктивные методы: либо формировать по периферии контакта сильно легированную p+-область, либо необходимо применять расширенный металлический контакт, частично расположенный на поверхности диэлектрика SiO2. Выберим второй метод, так как он является более эффективным и простым: во-первых, не требуется создания дополнительных кольцевых  p-n-переходов у краев металлического контакта; во-вторых, в первом методе происходит увеличение емкости прибора за счет большой емкости p-n-перехода, что ведет к увеличению времени переключения диода Шотки.

. Расчет теплового режима ИМС.

Нужно оценить рабочую температуру кристалла полупроводниковой ИМС, прикреплённого в металлостеклянном корпусе с помощью клея.

Условие обеспечения нормальных тепловых режимов записывается в виде [3]:

где    Те -  температура элементов полупроводниковой ИМС;

Θкр – перегрев кристалла  относительно подложки или основания корпуса;

Θк – перегрев корпуса ИМС;

Θе – внутренний перегрев областей p-n-перехода;

Tmax -  максимальная температура окружающей среды;

Tmaxd – максимально допустимая температура работы ИМС.

Максимальная температура окружающей среды: Tmax = 45 ˚C

Охлаждение ИМС осуществляется путем  естественной конвекции (коэффициент теплопередачи α = 20 Вт/м² ˚C)

Максимально допустимая температура работы ИМС Tmaxd = 85˚C 

При установке   кристалла  непосредственно  на  основание  металлостеклянного    корпуса Θкр = 0 [3].

Перегрев корпуса  Θк можно оценить по следующей формуле:

Θк = Рс Rk, где Рс – суммарная мощность, рассеиваемая ИМС, Вт;

Rk – тепловое сопротивление корпуса, ˚C/Вт.

Так как теплопроводность стеклянного корпуса мала, то при расчёте учитываем только площадь металлических выводов.

       ;                       Вт/м² ˚C

Где   R – радиус выводов, m;  L – длина выводов, m; N – количество выводов.                   

 ;      ˚C

St – площадь поверхности выводов.

Перегрев областей p-n-переходов относительно подложки определяется:

Θе = hkpPc/λkp, где hkp = 200 мкм – толщина подложки;

λkp = 1 Вт/м˚C – коэффициент теплопроводности  подложки.

Отсюда   Θе = hkpPc/λkp = 0,8 ˚C

Таким  образом:

Те =  Tmax + Θк+ Θе =48.94 < 85˚C

Условие выполняется. Следовательно, выбранная конструкция обеспечивает нормальный  тепловой режим работы ИМС.

Выбор и  обоснование общей конструкции ИМС, способ ее сборки и герметизации

В процессе хранения и эксплуатации ЭМС подвергаются внешним воздействиям, которые обусловлены чаще всего изменением температуры или влажности окружающей среды, увеличением или уменьшением атмосферного давления, присутствием активных веществ в окружающей атмосфере, наличием вибраций, ударов и другими факторами. Для защиты  от  всего этого ИМС необходимо корпусировать.