[發(fā)明專利]工作溫度可控多芯片組件的集成方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210396192.3
• 申請日: 2012-10-18
• 公開（公告）號: CN102881602A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發(fā)明（設計）人: 楊成剛;蘇貴東;劉俊
• 申請（專利權(quán)）人: 貴州振華風光半導體有限公司
• 主分類號: H01L21/50
• 分類號: H01L21/50;H01L21/48;H01L23/15
• 代理公司: 貴陽中工知識產(chǎn)權(quán)代理事務所 52106
• 代理人: 劉安寧

技術領域

本發(fā)明涉及多芯片組件（簡稱MCM），進一步來說，涉及厚膜多層低溫共燒陶瓷多芯片組件（簡稱MCM-C），尤其涉及工作溫度可控厚膜多層低溫共燒陶瓷多芯片組件。

背景技術

在同一封裝體內(nèi)安裝多個半導體芯片的器件為多芯片組件。原有的多芯片組件集成技術中，是將厚膜低溫多層共燒陶瓷（簡稱LTCC）基片直接裝貼在管殼基座上，然后在LTCC基片上絲網(wǎng)印刷、燒結(jié)厚膜導體漿料或厚膜電阻漿料，對燒結(jié)后的厚膜電阻進行激光修調(diào)，裝貼半導體芯片、片式元器件，再采用鍵合絲（金絲或硅鋁絲）進行鍵合，完成整個電路連接，最后在特定的氣氛中將管基和管帽進行密封而成。

原有技術主要存在如下問題：由于MCM多芯片組件集成的集成密度高，集成容量大，因而產(chǎn)生的熱量就相應增大，給使用過程中的散熱設計、散熱手段、散熱環(huán)境等帶來很多困難，使用環(huán)境要求較高，使用配套成本大幅增加，限制多芯片組件產(chǎn)品的廣泛使用。

經(jīng)檢索，涉及多芯片組件的專利申請件有20件，但涉及溫度可控的多芯片組件的僅有1件，即CN1489200號《多芯片組件和多芯片關閉方法》，該專利提供一個在第一設置溫度時關閉自己的用于穩(wěn)壓的半導體芯片，和一個與用于穩(wěn)壓的半導體芯片位于同一封裝體內(nèi)，在第二設置溫度時關閉自己的用于放大器的半導體芯片。顯然，該技術方案與溫度可控多芯片組件的集成沒有關系。其它專利申請件更與溫度可控多芯片組件的集成無關。

發(fā)明內(nèi)容

?本發(fā)明的目的是提供一種溫度可控多芯片組件的集成方法，使器件長期工作在某一特定的工作溫度范圍內(nèi)，能確保器件長期工作的溫度穩(wěn)定性，提高器件的長期可靠性。

?為實現(xiàn)上述目標，發(fā)明人根據(jù)半導體PN結(jié)的致冷原理——帕爾貼效應（Peltier?effect），采用包括微型熱電致冷（TEC：Thermoelectric?Cooler）、厚膜絲網(wǎng)印刷、厚膜激光調(diào)阻、多層低溫共燒陶瓷（LTCC）、熱信號采集的厚膜熱敏電阻的一體化集成技術來制作溫度可控多芯片組件；所用LTCC多層共燒陶瓷基片由多層陶瓷燒結(jié)而成，在每一層含有金屬化通孔、導帶、裕量較大的阻帶；與原有技術不同的是，在LTCC多層共燒陶瓷基片的第二層陶瓷版上埋置厚膜熱敏電阻，位置正對溫度較敏感的集成電路芯片；在該基片正面進行多芯片三維平面集成，包括導帶、阻帶、集成電路芯片、小容量電感、電容和微型元器件；在該基片背面進行半導體致冷器的集成，并分別從N型半導體、P型半導體的兩端通過通孔的形式連接到表面鍵合區(qū)。

上述陶瓷基片材料為氮化鋁（Al₃N₄）陶瓷。

上述埋置厚膜熱敏電阻的方法是采用絲網(wǎng)印刷的方式，將厚膜電子漿料按規(guī)定的圖形印刷在陶瓷基片上。

上述阻帶無需調(diào)阻。

上述半導體致冷器的集成方法，是先制備N型和P型半導體晶粒，再用專用不銹鋼夾具將頂層氮化鋁（Al₃N₄）陶瓷基片、N型和P型半導體晶粒、底層氮化鋁（Al₃N₄）陶瓷基片、合金片按規(guī)定位置定位放置并固定，最后在真空合金爐中完成N型和P型半導體晶粒的合金焊接。

?PN結(jié)的工作原理是：當PN結(jié)反偏工作時（即N型半導體引出端接正電源、P型半導體接負電源），混合集成面致冷，器件內(nèi)部工作溫度下降；當PN結(jié)正偏工作時（即N型半導體引出端接負電源、P型半導體接正電源），混合集成面致熱，器件內(nèi)部工作溫度上升。

厚膜熱敏電阻是器件內(nèi)部的熱敏電阻，用于檢測器件內(nèi)部工作環(huán)境溫度，跟蹤電阻的變化及兩端電壓的變化；用于控制可控雙向開關電路，以控制半導體致冷器的電流方向，控制升溫或降溫頻率，以達到溫度控制的目的。

本發(fā)明方法生產(chǎn)的產(chǎn)品有以下特點：①器件內(nèi)部工作溫度可控，可起到“恒溫室”的作用，在一定外界溫度范圍內(nèi)，不受外界環(huán)境溫度變化的影響，器件性能參數(shù)指標基本上不發(fā)生溫度漂移，工作穩(wěn)定可靠；②?能提升器件的長期可靠性；③?可在125℃～180℃的高溫環(huán)境中工作；④?可在-80℃～-55℃以下的低溫環(huán)境中工作；⑤?在工作狀態(tài)下，對溫度敏感器件可起到良好的溫度穩(wěn)定和調(diào)節(jié)作用；⑥?對功率集成電路芯片，可起到快速降溫作用，對器件具有良好的溫度保護功能。本發(fā)明方法生產(chǎn)的產(chǎn)品廣泛應用于航天、航空、船舶、精密儀器、地質(zhì)勘探、石油勘探、其他野外作業(yè)、通訊、工業(yè)控制等領域，具有廣闊的市場前景。

附圖說明