CN201514941U - 工作温度可控的混合集成电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了工作温度可控的混合集成电路，该电路包括器件管壳基座(1)、基片(2)、半导体致冷器(3)、连接线(6)和热敏电阻(7)，基片(2)装贴在器件管壳基座(1)上，基片(2)的正面是常规混合集成电路，其背面集成有半导体致冷器(3)，半导体致冷器(3)的两端热电制冷引脚(11)处有引出的连接线(6)连接电路指定引脚；器件内部的热敏电阻(7)紧靠半导体芯片(10)。本实用新型可在125℃以上甚至200℃的高温环境中工作，也可在-55℃以下甚至-100℃的低温环境中工作，对温度敏感器件起到良好的温度稳定作用，对功率混合集成电路起到快速降温作用，对器件具有良好的温度保护作用；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、工业控制等领域。
Description
技术领域
本实用新型涉及集成电路，具体来说，涉及工作温度可控混合集成电路。
背景技术
原有的混合集成电路是将厚膜基片或薄膜基片直接装贴在管壳基座上，然后在厚膜基片或薄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，最后将管基和管帽进行密封而成。器件的工作环境温度分别为：民品级0℃～70℃、工业级-25℃～85℃，军用级-55℃～125℃。在器件规定的温度范围内，实现器件所规定的功能和性能。传统方法存在的主要问题是半导体元器件，包括其它元器件，通常情况下，对温度较为敏感，且会产生如下影响：①集成电路是温度敏感器件，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℃，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℃，超出此温度，器件的工作就会不稳定，超出结温(150℃)就会产生永久性的损坏；在要求大于125℃以上的如150℃、200℃等高温环境中工作时，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℃，低于此温度，器件的工作就会不稳定，甚至失去作用。
经检索，目前涉及温度可控集成电路的专利仅有1件，即CN201044511号“一种双电压多温档可控加热电路”，但该专利与工作温度可控混合集成电路并无关系，目前尚无工作温度可控混合集成电路的报道。
发明内容
本实用新型的目的就是提供一种工作温度可控混合集成电路，以解决半导体器件在不同环境温度下能够长期稳定运行的技术难题。
为达到上述目的，发明人经过试验研究，提供的工作温度可控混合集成电路包括器件管壳基座、基片、半导体致冷器、连接线和热敏电阻，基片装贴在器件管壳基座上，基片的正面是常规混合集成电路，基片的背面集成有半导体致冷器，半导体致冷器的两端热电制冷(TEC)引脚处有引出的连接线，可连接到指定管脚；器件内部的热敏电阻紧靠半导体芯片。
上述基片是氮化铝(Al3N4)陶瓷基片。
上述半导体致冷器由N型半导体、P型半导体构成。
上述常规混合集成电路是包括导带、阻带、半导体芯片、小容量电感、电容和其他微型元器件的集成电路。
温度控制的原理是：根据半导体PN结的致冷原理——帕尔贴效应(Peltier effect)，采用微型热电致冷(TEC：Thermoelectric Cooler)与常规混合集成电路一体化集成技术进行集成；热敏电阻用于检测器件内部工作环境温度，通过跟踪电阻的变化检测电阻两端电压的变化，用于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，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。
本实用新型的工作温度可控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，工作高度可靠；②能提升器件的长期可靠性；③可在125℃以上甚至200℃的高温环境中工作，也可在-55℃以下甚至-100℃的低温环境中工作；④对温度敏感器件，可起到良好的温度稳定作用；⑤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作用。本实用新型广泛应用于航天、航空、船舶、精密仪器、地质勘探、石油勘探、其他野外作业、通讯、工业控制等领域，具有广阔的市场前景。
附图说明
附图为本实用新型的工作温度可控混合集成电路示意图。图中1为器件管壳基座，2为基片，3为半导体致冷器，4为N型半导体，5为P型半导体，6为连接线，7为热敏电阻，8为导带，9为阻带，10为半导体芯片，11为引脚，12为管脚。
具体实施方式
实施例：
贵州振华风光半导体公司研发的FH 10耐高温集成运算放大器，主要用于航空领域，与传感器配套，进行传感器信号的处理和放大，典型工作环境温度在150℃～175℃，设计最高环境工作温度为200℃。
该器件的核心部分是一块常规的中小功率MOS高阻输入运算放大器芯
该器件的核心部分是一块常规的中小功率MOS高阻输入运算放大器芯片，正常工作时产生的热量很小，主要用于高温环境下的信号采集、处理和放大。该芯片最高工作温度为125℃，为此，采用本实用新型的工作温度可控混合集成电路。该电路包括器件管壳基座1、基片2、半导体致冷器3、连接线6和热敏电阻7，氮化铝陶瓷基片2装贴在器件管壳基座1上，基片2的正面是常规混合集成电路，基片2的背面集成有半导体致冷器3，半导体致冷器的的两端热电制冷(TEC)引脚11处有引出的连接线6连接整个电路；器件内部的热敏电阻7紧靠半导体芯片10。半导体致冷器3由N型半导体4、P型半导体5构成。常规混合集成电路包括导带8、阻带9、半导体芯片10、小容量电感、电容和微型元器件的集成电路。
N型和P型半导体晶粒采用以碲化铋为基体的三元固溶晶体材料，其中P型半导体材料为：Bi2Te3-Sb2Te3，N型半导体材料为：Bi2Te3-Bi2Se3，半导体晶园厚度为0.5mm左右，对晶园的正反面已金属化，厚度在1.5μm左右。
采用本集成电路技术制作的FH 10耐高温集成运算放大器，冷端与热端的温差在常温下能达到70℃以上，在125℃～200℃的高温环境中，温差能达到85℃以上，实现了设计目的，可完全满足用户的要求。
Claims (4)
1.一种工作温度可控的混合集成电路，其特征在于该电路包括器件管壳基座(1)、基片(2)、半导体致冷器(3)、连接线(6)和热敏电阻(7)，基片(2)装贴在器件管壳基座(1)上，基片(2)的正面是常规混合集成电路，其背面集成有半导体致冷器(3)，半导体致冷器(3)的两端热电制冷引脚(11)处有引出的连接线(6)连接电路指定引脚；器件内部的热敏电阻(7)紧靠半导体芯片(10)。
2.如权利要求1所述混合集成电路，其特征在于所述基片(2)是氮化铝陶瓷基片，在其正反面均进行集成。
3.如权利要求1所述混合集成电路，其特征在于所述半导体致冷器(3)的N型半导体(4)、P型半导体(5)直接集成在陶瓷基片(2)上。
4.如权利要求1所述混合集成电路，其特征在于所述电路是由半导体致冷器(3)、导带(8)、阻带(9)、半导体芯片(10)、小容量电感、电容和微型元器件组成的。
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| CN 200920125698 CN201514941U (zh) | 2009-09-09 | 2009-09-09 | 工作温度可控的混合集成电路 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| CN201514941U true CN201514941U (zh) | 2010-06-23 |
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Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN201514941U (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108152700A (zh) * | 2017-12-28 | 2018-06-12 | 鸿利智汇集团股份有限公司 | 一种led老化装置及其led老化方法 |
| CN111627874A (zh) * | 2020-06-02 | 2020-09-04 | 青岛佳恩半导体有限公司 | 一种大功率igbt多功能封装结构及其方法 |
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2009
- 2009-09-09 CN CN 200920125698 patent/CN201514941U/zh not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN108152700A (zh) * | 2017-12-28 | 2018-06-12 | 鸿利智汇集团股份有限公司 | 一种led老化装置及其led老化方法 |
| CN111627874A (zh) * | 2020-06-02 | 2020-09-04 | 青岛佳恩半导体有限公司 | 一种大功率igbt多功能封装结构及其方法 |
| CN111627874B (zh) * | 2020-06-02 | 2021-09-14 | 青岛佳恩半导体有限公司 | 一种大功率igbt多功能封装结构及其方法 |
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