专利名称：高集成高可靠工作温度可控厚膜混合集成电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及集成电路，具体来说，涉及高集成高可靠工作温度可控厚膜混合集成电路。
背景技术：
原有的混合电路集成技术中，是将厚膜基片直接装贴在管壳基座上，然后在厚膜 基片上装贴半导体芯片、片式元器件，再采用键合丝(金丝或硅铝丝)进行键合，完成整个电路连接，最后在特定的气氛中将管基和管帽进行密封而成。原技术中由于半导体元器件是温度敏感器件，通常情况下会产生如下影响(I)集成电路构成中的元器件的某些性能参数指标随工作温度的变化会发生较大的漂移，甚至超出规定的使用范围，导致器件不能在规定的温度范围内正常工作，特别是高精密器件。必要时，被迫更换新器件、或降级使用、或采用其他外部散热(或降温)措施进行温度控制。(2)随着温度的升高，器件的可靠性会下降，例如，温度每升高10°C，半导体器件的可靠性就要下降一倍；在工作环境温度较严酷的使用场合，器件的长期可靠性会大幅下降。(3)功率混合集成电路在正常使用情况下，会产生大量的热量，使器件内部工作温度迅速上升；除影响器件的可靠性外，如无可靠的泄热通道，器件将会迅速烧毁，给器件的正常使用带来严重的影响。(4)在一般的使用场合，根据半导体PN结结温的物理特性，器件最高工作温度限定为125 °C，超出此温度，器件的工作就会不稳定，超出结温(150°C)就会产生永久性的损坏，在要求大于125 °C以上的高温环境中工作时，这类器件已无法满足；另一方面，器件的最低工作温度限定为_55°C，低于此温度，器件的工作就会不稳定，甚至失去作用。近年来，出现了一些涉及混合集成电路的技术方案，申请中国专利的有200910102792. 2号《高可靠厚膜混合集成电路键合系统及其制造方法》、200920125720. 5号《高可靠厚膜混合集成电路键合系统》、201010165085. O号《高可靠功率混合集成电路的集成方法》、201020182220. 8号《闻可罪功率混合集成电路》等，但这些专利能否解决提闻器件可靠性的问题，尤其是在高温条件或超低温条件下能否正常工作，尚无定论。
发明内容本实用新型的目的就是提供一种高集成高可靠工作温度可控厚膜混合集成电路，以解决外界温度在125 °C以上或-55 1以下的正常工作问题。为达到上述目的，设计人经过试验研究，提供的高集成高可靠工作温度可控厚膜混合集成电路包括器件管壳基座、管脚、上陶瓷基片、下陶瓷基片、半导体芯片、热敏元件、厚膜阻带、厚膜导带/键合区、N型半导体、P型半导体、微型热电致冷器(TEC)和绝缘介质，其中，上陶瓷基片有正面衬底和背面衬底，正面为常规的混合集成电路集成，包括厚膜阻带、厚膜导带/键合区、半导体芯片、小容量电感、电容和其他微型元器件；背面集成微型热电致冷器(TEC)和N型半导体及P型半导体，并分别从N型半导体、P型半导体的两端引出连接线；N型半导体和P型半导体之间填充有绝缘介质；下陶瓷基片正面是微型热电致冷器(TEC)的引脚，背面通过金属膜置于器件管壳基座之上；管脚装在器件管壳基座的两端。上述上陶瓷基片和下陶瓷基片均是氮化铝陶瓷基片(Al3N4)15上述热敏电阻的位置紧靠对温度较敏感的半导体芯片。本实用新型的原理是当PN结反偏工作时(即N型半导体引出端接正电源、P型半导体接负电源)，混合集成面致冷，器件内部工作温度下降；当PN结正偏工作时(即N型半导体引出端接负电源、P型半导体接正电源)，混合集成面致热，器件内部工作温度上升。热敏 电阻紧靠对温度较敏感的半导体芯片，用于检测器件内部工作环境温度，跟踪电阻两端电压的变化来控制外部可控开关电路，以控制半导体致冷器的电流方向，控制升温或降温频度，从而达到温度控制的目的。本实用新型的高集成高可靠工作温度可控厚膜混合集成电路有以下特点①器件内部工作温度可控，可起到“恒温室”的作用，在一定外界温度范围内，不受外界环境温度变化的影响，器件性能参数指标基本上不发生温度漂移，工作稳定可靠；②能提升器件的长期可靠性；③可在125°C以上的高温环境中工作(一般能达到200°C左右)；④可在_55°C以下的低温环境中工作(一般能达到-100°C左右)；⑤对温度敏感器件，在工作状态下，可起到良好的温度稳定和调节作用；⑥对功率混合集成电路，可起到快速降温作用，对器件具有良好的温度保护功能。采用本实用新型的器件广泛应用于航天、航空、船舶、精密仪器、地质勘探、石油勘探、其他野外作业、光纤通讯、工业控制等领域，具有广阔的市场前景。
图I为本实用新型的高集成高可靠工作温度可控厚膜混合集成电路示意图。图中I为器件管壳基座，2为上陶瓷基片，3为半导体芯片，4为热敏元件，5为厚膜阻带，6为厚膜导带/键合区，7为N型半导体，8为P型半导体，9为管脚，10为绝缘介质，11为微型热电致冷器(TEC)，12为下陶瓷基片。其中N型半导体与P型半导体始终如图I交叉排列。
具体实施方式
实施例贵州振华风光半导体公司研发的高集成高可靠工作温度可控厚膜混合集成电路，该混合集成电路结构如图I所示，包括器件管壳基座I、管脚9、上陶瓷基片2、下陶瓷基片12、半导体芯片3、热敏元件4、厚膜阻带5、厚膜导带/键合区6、N型半导体7、P型半导体
8、微型热电致冷器(TEC) 11和绝缘介质10，其中，上陶瓷基片2有正面衬底和背面衬底，正面为常规的混合集成电路集成，包括厚膜阻带5、厚膜导带/键合区6、半导体芯片3、小容量电感、电容和其他微型元器件；背面集成微型热电致冷器(TEC)Il和N型半导体7及P型半导体8，并分别从N型半导体7、P型半导体8的两端引出连接线；N型半导体7和P型半导体8之间填充有绝缘介质10 ;下陶瓷基片12正面是微型热电致冷器(TEC)Il的引脚，背面通过金属膜置于器件管壳基座I之上；管脚9装在器件管壳基座I的两端。[0018]上陶瓷基片2和下陶瓷基片12均是氮化铝陶瓷基片(Al3N4)15热 敏电阻4的位置紧靠半导体芯片3。该混合集成电路长期工作在特定的工作温度范围内，在125 °C以上的外界工作温度下，能将器件内部芯片的实际工作温度下降到125 °C以下，确保器件的正常工作；在_55°C以下的低温环境下工作时，能将器件内部芯片的实际工作温度升高到-55 °C以上，确保器件的正常工作。
权利要求1.ー种高集成高可靠工作温度可控厚膜混合集成电路，其特征在于该电路包括器件管壳基座(I)、管脚(9)、上陶瓷基片(2)、下陶瓷基片(12)、半导体芯片(3)、热敏元件(4)、厚膜阻带(5)、厚膜导带/键合区(6)、N型半导体(7)、P型半导体(8)、微型热电致冷器(11)和绝缘介质(10)，其中，上陶瓷基片(2)有正面衬底和背面衬底，正面为常规的混合集成电路集成，包括厚膜阻带(5)、厚膜导带/键合区(6)、半导体芯片(3)、小容量电感、电容和其他微型元器件；背面集成微型热电致冷器(11)和N型半导体(7)及P型半导体(8)，井分别从N型半导体(7)、P型半导体(8)的两端引出连接线；N型半导体(7)、P型半导体(8)之间填充有绝缘介质(10);下陶瓷基片(12)正面是微型热电致冷器(11)的引脚，背面通过金属膜置于器件管壳基座(I)之上；管脚(9)装在器件管壳基座(I)的两端。
2.如权利要求I所述混合集成电路，其特征在于所述上陶瓷基片(2)和下陶瓷基片(12)均是氮化铝陶瓷基片。
3.如权利要求I所述混合集成电路，其特征在于所述热敏电阻(4)的位置紧靠半导体芯片⑶。
专利摘要高集成高可靠工作温度可控厚膜混合集成电路，包括器件管壳基座(1)、管脚(9)、上陶瓷基片(2)、下陶瓷基片(12)、半导体芯片(3)、热敏元件(4)、厚膜阻带(5)、厚膜导带/键合区(6)、N型半导体(7)、P型半导体(8)、微型热电致冷器(11)和绝缘介质(10)，上陶瓷基片(2)正面为常规的混合集成电路；背面集成微型热电致冷器(11)和N型半导体(7)及P型半导体(8)；N型半导体(7)、P型半导体(8)两端有引出连接线，填充有绝缘介质(10)；下陶瓷基片(12)背面通过金属膜置于器件管壳基座(1)之上；管脚(9)装在器件管壳基座(1)两端。本集成电路可以解决外界温度在125℃以上或-55℃以下的正常工作问题。广泛应用于航天、航空、船舶、精密仪器、地质勘探、石油勘探、通讯等领域。
文档编号H01L27/13GK202373583SQ20112055733
公开日2012年8月8日 申请日期2011年12月28日 优先权日2011年12月28日
发明者杨成刚, 苏贵东 申请人:贵州振华风光半导体有限公司