CN202888181U - 高灵敏温控薄膜混合集成电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高灵敏温控薄膜混合集成电路，该电路由管壳基座、氮化铝陶瓷基片衬底表面和衬底背面、半导体热电致冷单元、管脚、薄膜导带/键合区、薄膜电阻、半导体芯片、传感信号处理芯片、热电致冷引脚组成，薄膜导带/键合区、薄膜电阻和传感信号处理芯片都附着在氮化铝陶瓷基片衬底表面上；该衬底表面和衬底背面分别在半导体热电致冷单元的上方和下方，并固定在管壳基座上；管壳基座两端有管脚；其特征在于薄膜热敏电阻附着在氮化铝陶瓷基片衬底表面，其上附着有薄膜绝缘介质膜，再上附着半导体芯片。本电路实现了热敏电阻及温度传感器件与温控器件主芯片之间零距离原子间接触，从而提高温控制集成电路的集成度和灵敏度。

Description

高灵敏温控薄膜混合集成电路

技术领域

本实用新型涉及集成电路，具体来说，涉及高灵敏温控薄膜混合集成电路。

背景技术

原有的工作温度可控混合集成电路，在工作温度可控集成电路的混合集成面采用二维平面集成技术，将分离的热敏片式电阻、热敏传感信号处理芯片、温控器件主芯片、其他有源或无源元器件等分离元器件直接装贴在薄膜基片上，再采用键合丝（金丝或硅铝丝）进行键合，完成整个电器连接，最后在特定的气氛中将管基和管帽进行密封而成。原有技术由于采用二维平面集成技术，热敏电阻等温度传感器件与需保护的温控器件主芯片之间不可避免会有间隙，温度传感只能经过面积较小的侧面热辐射、衬底基片迂回传导的方式感应热量，因而，热量传导时间相应过长，造成热信号反馈速度的大大延长，从而影响温度控制的精度范围，进一步加大温控器件相关性能参数指标的温度漂移范围，限制温控器件在高精度、高稳定性使用的场合，或者增大应用系统的设计难度、复杂程度和使用成本。

经检索，涉及温控混合集成电路的中国专利申请件仅有CN101295184号《具有温控功能的集成电路、温控加热电路及恒温保持装置》，该集成电路包含一温度调控模组及一加热器，温度调控模组能根据使用者设定一控制讯号，加热器受温度调控模组的控制讯号控制以产生一预定温度的热能。但该集成电路不属于高灵敏温控薄膜混合集成电路。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种高灵敏温控薄膜混合集成电路，以实现热敏电阻等温度传感器件与需保护的温控器件主芯片之间零距离原子间接触，从而降低温控器件相关性能参数指标的温度漂移范围进一步提高温控制集成电路的集成度和灵敏度。

设计人提供的高灵敏温控薄膜混合集成电路，是采用薄膜热敏电阻、绝缘介质与温控器件主芯片一体化三维混合集成的方式来实现的，其结构包括器件管壳基座、氮化铝（Al₃N₄）陶瓷基片衬底表面和衬底背面、半导体热电致冷单元（TEC单元）、管脚、薄膜导带/键合区、薄膜电阻、半导体芯片、传感信号处理芯片、热电致冷引脚，其中薄膜导带/键合区、薄膜电阻和传感信号处理芯片都附着在氮化铝陶瓷基片衬底表面上；氮化铝陶瓷基片衬底表面和衬底背面分别在半导体热电致冷单元的上方与下方，并固定在管壳基座上；管壳基座两端各有一支管脚；不同于原有温控薄膜混合集成电路的是，不用原有的表贴式热敏电阻而改用薄膜热敏电阻，半导体芯片不直接附着在氮化铝陶瓷基片衬底表面上，而是将热敏电阻附着在氮化铝陶瓷基片衬底表面，其上紧密地附着有薄膜绝缘介质层，再上紧密地附着半导体芯片。

该电路具体的集成方法是：先采用薄膜溅射方式或蒸发方式，在氮化铝陶瓷基片衬底表面生长所需的薄膜电阻、导带和键合区；接着采用薄膜溅射方式或蒸发方式形成热敏电阻，再用同样的方法在热敏电阻薄膜上形成绝缘介质层及芯片粘贴所需的金属化层；然后，将热敏传感信号处理芯片、温控器件主芯片、有源或无源元器件、分离元器件直接装贴在基片上；最后，采用键合丝进行键合，完成整个电器连接，最后在特定气氛中将管基和管帽进行密封即得到所需高灵敏温控薄膜混合集成电路器件。

本实用新型由于实现了薄膜热敏电阻与温控器件主芯片在最大接触面的无间隙接触，且属原子间接触，可最大程度、最快地将主芯片的热量传导给热敏电阻，经信号处理后，迅速将信号传送到半导体热电致冷单元（TEC单元），以控制半导体热电致冷单元的电流方向，控制升温或降温频率，从而达到温度控制的目的。

本实用新型的优点是：①采用薄膜热敏电阻、绝缘介质与温控器件主芯片一体化三维混合集成的方法，实现了薄膜热敏电阻与温控器件主芯片在最大接触面的无间隙接触，且属原子间接触，可最大程度、最快地将主芯片的热量传导给热敏电阻，以快速控制半导体热电致冷单元，达到高灵敏温度控制的目的；②当温控器件外界工作环境温度发生变化时，其内部芯片工作环境温度的变化范围可控制在设定温度的±3℃以内，从而降低温控器件相关性能参数指标的温度漂移范围；③采用薄膜溅射或蒸发方法代替原来的表面贴装再流焊方法，实现原子间的直接接触，大大减小热传导阻抗，因而，能提升器件的长期可靠性；④节省外贴热电阻等温度传感器件的集成空间，进一步提高温控制集成电路的集成度；⑤热敏电阻等温度传感器件的形状及大小可随温控器件主芯片的形状及大小自行设定，免去受外贴热电阻等温度传感器件形状及大小的影响。

采用本实用新型生产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、通讯、工业控制等要求在外界环境温度变化时，装备必需具有高精度、高稳定性使用的场合，具有广阔的市场前景。

附图说明

图1为本实用新型的高灵敏温控混合集成电路的结构示意图。

图中1为管壳基座，2为氮化铝（Al₃N₄）陶瓷基片衬底背面，3为半导体热电致冷单元（TEC单元），4为氮化铝（Al₃N₄）陶瓷基片衬底表面，5为管脚，6为薄膜导带/键合区，7为薄膜电阻，8为半导体芯片，9为薄膜热敏电阻，10为传感信号处理芯片，11为热电致冷引脚，12为薄膜绝缘介质膜。

具体实施方式

实施例：

贵州振华风光半导体公司研发的FHTC30温控精密集成功率运算放大器，主要用于精密测量、精密控制领域，进行传感器信号的快速、精密处理和放大，典型工作环境温度在-100℃～200℃。

该器件采用高灵敏温控薄膜混合集成电路，该电路是采用热敏电阻、绝缘介质与温控器件主芯片一体化三维混合集成的方式来实现的，电路由器件管壳基座1、氮化铝陶瓷基片衬底表面4和衬底背面2、半导体热电致冷单元3、管脚5、薄膜导带/键合区6、薄膜电阻7、半导体芯片8、传感信号处理芯片10、热电致冷引脚11组成，其中薄膜导带/键合区6、薄膜电阻7和传感信号处理芯片10都附着在氮化铝陶瓷基片衬底表面4上；氮化铝陶瓷基片衬底表面4和衬底背面2分别在半导体热电致冷单元3的上方与下方，并固定在管壳基座1上；管壳基座1两端各有一支管脚5；不同于原有温控薄膜混合集成电路的是，不用原有的表贴式热敏电阻而改用薄膜热敏电阻9，半导体芯片8不直接附着在氮化铝陶瓷基片衬底表面4上，而是将薄膜热敏电阻9附着在氮化铝陶瓷基片衬底表面4，其上紧密地附着有薄膜绝缘介质膜12，再上紧密地附着半导体芯片8。

采用此集成电路制作的器件，冷端与热端的温差ΔT在常温下能达到70℃以上，在125～200℃的高温环境中，能达到85℃以上，典型工作环境温度在-100℃～200℃，完全满足用户的要求。

Claims (1)

1. 一种高灵敏温控薄膜混合集成电路，该电路由器件管壳基座(1)、氮化铝陶瓷基片衬底表面(4)和衬底背面(2)、半导体热电致冷单元(3)、管脚(5)、薄膜导带/键合区(6)、薄膜电阻(7)、半导体芯片(8)、传感信号处理芯片(10)、热电致冷引脚(11)组成，其中薄膜导带/键合区(6)、薄膜电阻(7)和传感信号处理芯片(10)都附着在氮化铝陶瓷基片衬底表面(4)上；氮化铝陶瓷基片衬底表面(4)和衬底背面(2)分别在半导体热电致冷单元(3)的上方与下方，并固定在管壳基座(1)上；管壳基座(1)两端各有一支管脚(5)；其特征在于薄膜热敏电阻(9)附着在氮化铝陶瓷基片衬底表面(4)，其上附着有薄膜绝缘介质膜(12)，再上附着半导体芯片(8)。

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