[發(fā)明專利]工作溫度可控混合集成電路的集成方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910102783.3
• 申請日: 2009-09-09
• 公開（公告）號: CN101692428A
• 公開（公告）日: 2010-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊成剛;蘇貴東;殷坤文
• 申請（專利權(quán)）人: 貴州振華風(fēng)光半導(dǎo)體有限公司
• 主分類號: H01L21/50
• 分類號: H01L21/50;H01L21/60;H01L21/48;G05D23/24
• 代理公司: 貴陽中工知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 52106
• 代理人: 劉安寧

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及集成電路，進(jìn)一步來說，涉及工作溫度可控混合集成電路，尤其涉及混合集成電路的集成方法。

背景技術(shù)

原有的混合電路集成技術(shù)中，是將厚膜基片或薄膜基片直接裝貼在管殼基座上，然后在厚膜基片或薄膜基片上裝貼半導(dǎo)體芯片、片式元器件，再采用鍵合絲(金絲或硅鋁絲)進(jìn)行鍵合，完成整個(gè)電路連接，最后在特定的氣氛中將管基和管帽進(jìn)行密封而成。器件的工作環(huán)境溫度分別為：民品級0℃～70℃、工業(yè)級-25℃～85℃，軍用級-55℃～125℃。在器件規(guī)定的溫度范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)器件所規(guī)定的功能和性能。傳統(tǒng)方法存在的主要問題是半導(dǎo)體元器件，包括其它元器件，通常情況下，對溫度較為敏感，且會(huì)產(chǎn)生如下影響：①集成電路是溫度敏感器件，集成電路構(gòu)成中的元器件的某些性能參數(shù)指標(biāo)隨工作溫度的變化會(huì)發(fā)生較大的漂移，甚至超出規(guī)定的使用范圍，導(dǎo)致器件不能在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)正常工作，特別是高精密器件。必要時(shí)，被迫更換新器件、或降級使用、或采用其他外部散熱(或降溫)措施進(jìn)行溫度控制。②隨著溫度的升高，器件的可靠性會(huì)下降，例如，溫度每升高10℃，半導(dǎo)體器件的可靠性就要下降一倍。在工作環(huán)境溫度較嚴(yán)酷的使用場合，器件的長期可靠性會(huì)大幅下降。③功率混合集成電路在正常使用情況下，會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，使器件內(nèi)部工作溫度迅速上升，除影響器件的可靠性外，如無可靠的泄熱通道，器件將會(huì)迅速燒毀，給器件的正常使用帶來嚴(yán)重的影響。④在一般的使用場合，根據(jù)半導(dǎo)體PN結(jié)結(jié)溫的物理特性，器件最高工作溫度限定為125℃，超出此溫度，器件的工作就會(huì)不穩(wěn)定，超出結(jié)溫(150℃)就會(huì)產(chǎn)生永久性的損壞；在要求大于125℃以上的如150℃、200℃等高溫環(huán)境中工作時(shí)，這類器件已無法滿足。另一方面，器件的最低工作溫度限定為-55℃，低于此溫度，器件的工作就會(huì)不穩(wěn)定，甚至失去作用。

經(jīng)檢索，目前涉及溫度可控集成電路的專利僅有1件，即CN201044511號“一種雙電壓多溫檔可控加熱電路”，但該專利與工作溫度可控混合集成電路并無關(guān)系，目前尚無工作溫度可控混合集成電路的集成方法的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是提供一種工作溫度可控混合集成電路的集成方法，以解決半導(dǎo)體器件在不同環(huán)境溫度下能夠長期穩(wěn)定運(yùn)行的技術(shù)難題。

為達(dá)到上述發(fā)明目的，發(fā)明人經(jīng)過試驗(yàn)研究，提供的工作溫度可控混合集成電路的集成方法基本工藝是常規(guī)的制作工藝，發(fā)明的特點(diǎn)是：根據(jù)半導(dǎo)體PN結(jié)的致冷原理--帕爾貼效應(yīng)(Peltier?effect)，采用微型熱電致冷(TEC：Thermoelectric?Cooler)與常規(guī)混合集成電路一體化集成技術(shù)進(jìn)行集成，具體做法是在正面襯底基片的正面進(jìn)行常規(guī)混合集成電路集成，在正面襯底基片的背面進(jìn)行半導(dǎo)體致冷器的集成；并分別從N型半導(dǎo)體、P型半導(dǎo)體的兩端引出連接線，再用硅鋁絲或金絲進(jìn)行鍵合，將整個(gè)電路連接起來；器件內(nèi)部有熱敏電阻，其位置緊靠對溫度較敏感的半導(dǎo)體芯片，用于檢測器件內(nèi)部工作環(huán)境溫度，通過跟蹤電阻的變化檢測電阻兩端電壓的變化，用于控制外部可控開關(guān)電路，以控制半導(dǎo)體致冷器的電流方向，控制升溫或降溫頻度，從而達(dá)到溫度控制的目的。其它工序則按照常規(guī)的方法實(shí)現(xiàn)工作溫度可控混合集成電路的集成。

上述正面襯底基片是氮化鋁(Al₃N₄)陶瓷基片。

上述N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體的晶粒與頂層、底層氮化鋁陶瓷基片之間的連接采用合金焊連接。

上述溫度可控混合集成電路是將半導(dǎo)體熱電致冷與常規(guī)混合集成電路一體化集成，包括熱電致冷半導(dǎo)體PN結(jié)、導(dǎo)帶、阻帶、半導(dǎo)體芯片、小容量電感、電容、以及微型元器件的集成。

溫度控制的原理是：N型半導(dǎo)體、P型半導(dǎo)體構(gòu)成了半導(dǎo)體制冷器；當(dāng)PN結(jié)反偏工作時(shí)(即N型半導(dǎo)體引出端接正電源、P型半導(dǎo)體接負(fù)電源)，混合集成面致冷，器件內(nèi)部工作溫度下降；當(dāng)PN結(jié)正偏工作時(shí)(即N型半導(dǎo)體引出端接負(fù)電源、P型半導(dǎo)體接正電源)，混合集成面致熱，器件內(nèi)部工作溫度上升。