專利名稱：高集成高可靠工作溫度可控厚膜混合集成電路的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及集成電路，具體來說，涉及高集成高可靠工作溫度可控厚膜混合集成電路。
背景技術：
原有的混合電路集成技術中，是將厚膜基片直接裝貼在管殼基座上，然后在厚膜 基片上裝貼半導體芯片、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。原技術中由于半導體元器件是溫度敏感器件，通常情況下會產生如下影響(I)集成電路構成中的元器件的某些性能參數指標隨工作溫度的變化會發生較大的漂移，甚至超出規定的使用范圍，導致器件不能在規定的溫度范圍內正常工作，特別是高精密器件。必要時，被迫更換新器件、或降級使用、或采用其他外部散熱(或降溫)措施進行溫度控制。(2)隨著溫度的升高，器件的可靠性會下降，例如，溫度每升高10°C，半導體器件的可靠性就要下降一倍；在工作環境溫度較嚴酷的使用場合，器件的長期可靠性會大幅下降。(3)功率混合集成電路在正常使用情況下，會產生大量的熱量，使器件內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，器件將會迅速燒毀，給器件的正常使用帶來嚴重的影響。(4)在一般的使用場合，根據半導體PN結結溫的物理特性，器件最高工作溫度限定為125 °C，超出此溫度，器件的工作就會不穩定，超出結溫(150°C)就會產生永久性的損壞，在要求大于125 °C以上的高溫環境中工作時，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°C，低于此溫度，器件的工作就會不穩定，甚至失去作用。近年來，出現了一些涉及混合集成電路的技術方案，申請中國專利的有200910102792. 2號《高可靠厚膜混合集成電路鍵合系統及其制造方法》、200920125720. 5號《高可靠厚膜混合集成電路鍵合系統》、201010165085. O號《高可靠功率混合集成電路的集成方法》、201020182220. 8號《聞可罪功率混合集成電路》等，但這些專利能否解決提聞器件可靠性的問題，尤其是在高溫條件或超低溫條件下能否正常工作，尚無定論。
發明內容本實用新型的目的就是提供一種高集成高可靠工作溫度可控厚膜混合集成電路，以解決外界溫度在125 °C以上或-55 1以下的正常工作問題。為達到上述目的，設計人經過試驗研究，提供的高集成高可靠工作溫度可控厚膜混合集成電路包括器件管殼基座、管腳、上陶瓷基片、下陶瓷基片、半導體芯片、熱敏元件、厚膜阻帶、厚膜導帶/鍵合區、N型半導體、P型半導體、微型熱電致冷器(TEC)和絕緣介質，其中，上陶瓷基片有正面襯底和背面襯底，正面為常規的混合集成電路集成，包括厚膜阻帶、厚膜導帶/鍵合區、半導體芯片、小容量電感、電容和其他微型元器件；背面集成微型熱電致冷器(TEC)和N型半導體及P型半導體，并分別從N型半導體、P型半導體的兩端引出連接線；N型半導體和P型半導體之間填充有絕緣介質；下陶瓷基片正面是微型熱電致冷器(TEC)的引腳，背面通過金屬膜置于器件管殼基座之上；管腳裝在器件管殼基座的兩端。上述上陶瓷基片和下陶瓷基片均是氮化鋁陶瓷基片(Al3N4)15上述熱敏電阻的位置緊靠對溫度較敏感的半導體芯片。本實用新型的原理是當PN結反偏工作時(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，器件內部工作溫度下降；當PN結正偏工作時(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，器件內部工作溫度上升。熱敏 電阻緊靠對溫度較敏感的半導體芯片，用于檢測器件內部工作環境溫度，跟蹤電阻兩端電壓的變化來控制外部可控開關電路，以控制半導體致冷器的電流方向，控制升溫或降溫頻度，從而達到溫度控制的目的。本實用新型的高集成高可靠工作溫度可控厚膜混合集成電路有以下特點①器件內部工作溫度可控，可起到“恒溫室”的作用，在一定外界溫度范圍內，不受外界環境溫度變化的影響，器件性能參數指標基本上不發生溫度漂移，工作穩定可靠；②能提升器件的長期可靠性；③可在125°C以上的高溫環境中工作(一般能達到200°C左右)；④可在_55°C以下的低溫環境中工作(一般能達到-100°C左右)；⑤對溫度敏感器件，在工作狀態下，可起到良好的溫度穩定和調節作用；⑥對功率混合集成電路，可起到快速降溫作用，對器件具有良好的溫度保護功能。采用本實用新型的器件廣泛應用于航天、航空、船舶、精密儀器、地質勘探、石油勘探、其他野外作業、光纖通訊、工業控制等領域，具有廣闊的市場前景。
圖I為本實用新型的高集成高可靠工作溫度可控厚膜混合集成電路示意圖。圖中I為器件管殼基座，2為上陶瓷基片，3為半導體芯片，4為熱敏元件，5為厚膜阻帶，6為厚膜導帶/鍵合區，7為N型半導體，8為P型半導體，9為管腳，10為絕緣介質，11為微型熱電致冷器(TEC)，12為下陶瓷基片。其中N型半導體與P型半導體始終如圖I交叉排列。
具體實施方式
實施例貴州振華風光半導體公司研發的高集成高可靠工作溫度可控厚膜混合集成電路，該混合集成電路結構如圖I所示，包括器件管殼基座I、管腳9、上陶瓷基片2、下陶瓷基片12、半導體芯片3、熱敏元件4、厚膜阻帶5、厚膜導帶/鍵合區6、N型半導體7、P型半導體
8、微型熱電致冷器(TEC) 11和絕緣介質10，其中，上陶瓷基片2有正面襯底和背面襯底，正面為常規的混合集成電路集成，包括厚膜阻帶5、厚膜導帶/鍵合區6、半導體芯片3、小容量電感、電容和其他微型元器件；背面集成微型熱電致冷器(TEC)Il和N型半導體7及P型半導體8，并分別從N型半導體7、P型半導體8的兩端引出連接線；N型半導體7和P型半導體8之間填充有絕緣介質10 ;下陶瓷基片12正面是微型熱電致冷器(TEC)Il的引腳，背面通過金屬膜置于器件管殼基座I之上；管腳9裝在器件管殼基座I的兩端。[0018]上陶瓷基片2和下陶瓷基片12均是氮化鋁陶瓷基片(Al3N4)15熱 敏電阻4的位置緊靠半導體芯片3。該混合集成電路長期工作在特定的工作溫度范圍內，在125 °C以上的外界工作溫度下，能將器件內部芯片的實際工作溫度下降到125 °C以下，確保器件的正常工作；在_55°C以下的低溫環境下工作時，能將器件內部芯片的實際工作溫度升高到-55 °C以上，確保器件的正常工作。
權利要求1.ー種高集成高可靠工作溫度可控厚膜混合集成電路，其特征在于該電路包括器件管殼基座(I)、管腳(9)、上陶瓷基片(2)、下陶瓷基片(12)、半導體芯片(3)、熱敏元件(4)、厚膜阻帶(5)、厚膜導帶/鍵合區(6)、N型半導體(7)、P型半導體(8)、微型熱電致冷器(11)和絕緣介質(10)，其中，上陶瓷基片(2)有正面襯底和背面襯底，正面為常規的混合集成電路集成，包括厚膜阻帶(5)、厚膜導帶/鍵合區(6)、半導體芯片(3)、小容量電感、電容和其他微型元器件；背面集成微型熱電致冷器(11)和N型半導體(7)及P型半導體(8)，井分別從N型半導體(7)、P型半導體(8)的兩端引出連接線；N型半導體(7)、P型半導體(8)之間填充有絕緣介質(10);下陶瓷基片(12)正面是微型熱電致冷器(11)的引腳，背面通過金屬膜置于器件管殼基座(I)之上；管腳(9)裝在器件管殼基座(I)的兩端。
2.如權利要求I所述混合集成電路，其特征在于所述上陶瓷基片(2)和下陶瓷基片(12)均是氮化鋁陶瓷基片。
3.如權利要求I所述混合集成電路，其特征在于所述熱敏電阻(4)的位置緊靠半導體芯片⑶。
專利摘要高集成高可靠工作溫度可控厚膜混合集成電路，包括器件管殼基座(1)、管腳(9)、上陶瓷基片(2)、下陶瓷基片(12)、半導體芯片(3)、熱敏元件(4)、厚膜阻帶(5)、厚膜導帶/鍵合區(6)、N型半導體(7)、P型半導體(8)、微型熱電致冷器(11)和絕緣介質(10)，上陶瓷基片(2)正面為常規的混合集成電路；背面集成微型熱電致冷器(11)和N型半導體(7)及P型半導體(8)；N型半導體(7)、P型半導體(8)兩端有引出連接線，填充有絕緣介質(10)；下陶瓷基片(12)背面通過金屬膜置于器件管殼基座(1)之上；管腳(9)裝在器件管殼基座(1)兩端。本集成電路可以解決外界溫度在125℃以上或-55℃以下的正常工作問題。廣泛應用于航天、航空、船舶、精密儀器、地質勘探、石油勘探、通訊等領域。
文檔編號H01L27/13GK202373583SQ20112055733
公開日2012年8月8日 申請日期2011年12月28日 優先權日2011年12月28日
發明者楊成剛, 蘇貴東 申請人:貴州振華風光半導體有限公司