CN202888182U - 高灵敏温控厚膜混合集成电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高灵敏温控厚膜混合集成电路，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、厚膜导带/键合区、厚膜电阻、半导体芯片、传感信号处理芯片、热电致冷引脚组成，厚膜导带/键合区、厚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；其特征在于厚膜热敏电阻附着在氮化铝陶瓷基片衬底表面，其上附着有厚膜绝缘介质膜，再上附着半导体芯片。本实用新型实现了热敏电阻及温度传感器件与温控器件主芯片之间无间隙紧密接触，从而提高温控制集成电路的集成度和灵敏度。

Description

高灵敏温控厚膜混合集成电路

技术领域

本实用新型涉及集成电路，具体来说，涉及高灵敏温控厚混合集成电路。

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直接装贴在厚膜基片上，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

本实用新型设计目的是提供高灵敏温控厚膜混合集成电路，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实现无间隙紧密接触，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厚膜混合集成电路，是采用厚膜热敏电阻、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、厚膜导带/键合区、厚膜电阻、半导体芯片、传感信号处理芯片、热电致冷引脚，其中厚膜导带/键合区、厚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；管壳基座有多支管脚；不同于原有温控厚膜混合集成电路的是，不用原有的表贴式热敏电阻而改用一体化集成的厚膜热敏电阻，半导体芯片不直接附着在氮化铝陶瓷基片衬底表面上，而是在氮化铝陶瓷基片衬底表面丝网印刷和烧结厚膜热敏电阻，再在热敏电阻厚膜上丝网印刷和烧结厚膜绝缘介质层，再在绝缘介质层上丝网印刷和烧结芯片粘贴所需的厚膜金属化层，再在金属化层上装贴半导体芯片。

该电路具体的集成方法是：先用丝网印刷的方法，将选定的电阻厚膜浆料和金属厚膜浆料按设计的掩模图形，印刷到氮化铝陶瓷基片上，分别经高温烧结和电阻修调，形成所需的厚膜电阻、金属导带、金属键合区；接着又用丝网印刷的方法，将选定的热敏电阻厚膜浆料按设计的掩模图形，印刷到氮化铝陶瓷基片上，经高温烧结和电阻修调，形成所需形状和大小的厚膜热敏电阻；再用同法在热敏电阻厚膜上形成厚膜绝缘介质层及芯片粘贴所需的厚膜金属化层；然后用常规混合集成电路组装工艺，将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直接装贴在厚膜基片上；之后用键合丝进行键合，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即得到所需高灵敏温控厚膜混合集成电路器件。

本实用新型由于实现了厚膜热敏电阻与温控器件主芯片在最大接触面的原子间的无间隙接触，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实现了厚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，可最大程度、最快地将主芯片的热量传导给热敏电阻，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±5℃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 采用厚膜丝网印刷和高温烧结的方法代替原来的表面贴装再流焊方法，实现厚膜热敏电阻与主芯片的紧密接触，减小热传导阻抗，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为厚膜导带/键合区，7为厚膜电阻，8为半导体芯片，9为厚膜热敏电阻，10为传感信号处理芯片，11为热电致冷引脚，12为厚膜绝缘介质膜。

具体实施方式

实施例：

贵州振华风光半导体公司研发的FHTC40温控精密集成电压基准源，主要用于精密测量、精密控制领域，为系统提供精密、低温漂的电压基准，典型工作环境温度在-80℃～180℃。

该器件采用高灵敏温控厚膜混合集成电路，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、厚膜导带/键合区6、厚膜电阻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，其中厚膜导带/键合区6、厚膜电阻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；管壳基座有多只管脚5；不同于原有温控厚膜混合集成电路的是，不用原有的表贴式热敏电阻而改用厚膜热敏电阻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，而是将厚膜热敏电阻9附着在氮化铝陶瓷基片衬底表面4，其上紧密地附着有厚膜绝缘介质膜12，再上紧密地附着作为温控器件的半导体芯片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65℃以上，在125℃～200℃的高温环境中，能达到75℃以上，典型工作环境温度在-80℃～180℃，实现了设计目的，完全满足用户的要求。

Claims (1)

1.一种高灵敏温控厚膜混合集成电路，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)、厚膜导带/键合区(6)、厚膜电阻(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，其中厚膜导带/键合区(6)、厚膜电阻(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)有多只管脚(5)；其特征在于厚膜热敏电阻(9)附着在氮化铝陶瓷基片衬底表面(4)，其上附着有厚膜绝缘介质膜(12)，再上附着半导体芯片(8)。