JPS6322623B2 - - Google Patents
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- JPS6322623B2 JPS6322623B2 JP57016943A JP1694382A JPS6322623B2 JP S6322623 B2 JPS6322623 B2 JP S6322623B2 JP 57016943 A JP57016943 A JP 57016943A JP 1694382 A JP1694382 A JP 1694382A JP S6322623 B2 JPS6322623 B2 JP S6322623B2
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- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/38—Cooling arrangements using the Peltier effect
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Description
本発明は温度調整された電子回路及び温度調整
方法に係り、特に、温度調整された電子回路及び
周囲温度以下で作動するように温度調整する方法
に係る。 半導体装置、及び/又は機能的な電子回路をな
すように、一体化された多数の装置を含む半導体
チツプを開発したり評価したりする場合には、半
導体装置及び/又は半導体チツプの過熱が装置又
は回路の性能に非常に悪影響を及ぼし、多くの場
合には、装置又は回路の機能がだめになつてしま
うことが分つている。従つて、装置又は回路の過
熱を防止して、装置又は回路の機能が悪影響を受
けたりだめになつたりするのを防ぐような解決策
又は技術が要望されていることは明らかである。
この問題を解消する試みとして、装置又は回路の
過熱を防止する色々な解決策又は技術が試みられ
たり実施されたりしている。このような解決策又
は技術の1つは、半導体回路素子を熱電冷却して
高温での破壊を防止することである。別の解決策
又は技術は、低電力の半導体回路を周囲温度以下
で作動して、ノイズ及び寄生漏洩電流に対して回
路の性能を改善することである。これまで、この
ような周囲温度以下での作動は、冷却流体等を用
いた高価な温度室によつて一般的に行なわれてお
り、これはコンパクトな装置や携帯用装置には適
していない。従つて、半導体装置又はチツプの過
熱を減少するように半導体装置又はチツプを冷却
する改良された技術又は方法を提供することが要
望される。 本発明においては、調整温度より高いこともあ
り低いこともある広範な周囲温度にわたつて、温
度に敏感な電子回路の温度を一定に維持するよう
に、この敏感な回路が熱電手段によつて冷却され
たり温度調整集積回路(IC)手段によつて加熱
されたりする。1実施例においては、上記の調整
手段及び上記の敏感な回路の両方が熱インピーダ
ンスによつて冷却手段から分離され、調整手段に
よつて制御されねばならない電力が比較的わずか
であるようにされる。或いは又、冷却手段が直接
調整されてもよい。いずれの場合にも、冷却器の
電源は上記の敏感な回路の電源から実質的に分離
される。以下に述べる目的に合致するその他の実
施例も本発明の範囲内である。 本発明の目的は、半導体装置及び/又は半導体
チツプ用の改良された温度調整されたモジユール
及び温度調整方法を提供することである。 本発明の目的は、電子回路モジユールを完全に
熱調整することである。 本発明の更に別の目的は、回路の性能を改善す
るように周囲温度より低い温度に電子回路モジユ
ールを完全に熱調整することである。 本発明の更に別の目的は、周囲温度より低い温
度に温度調整されたコンパクトな完全電子部品モ
ジユールを提供することである。 本発明の更に別の目的は、周囲温度より低い温
度で作動する電子モジユールに対して時間的なエ
ラーを最小限にして完全な熱調整を与えることで
ある。 本発明の更に別の目的は、比較的低電流の温度
制御回路で電子モジユールを完全に熱調整するこ
とである。 本発明によれば、温度に敏感な集積回路を含む
電子モジユールは、前記集積回路のための加熱手
段と、該加熱手段が付勢されていないときに、前
記集積回路および前記加熱手段の両者の温度を、
所定の動作温度より低い温度とするための熱電冷
却手段と、前記集積回路および前記加熱手段を前
記熱電冷却手段から熱的に分離するための絶縁手
段と、前記集積回路および前記加熱手段の付近に
前記所定の動作温度を作り出すように前記加熱手
段を付勢するための温度調整手段とを備えること
を特徴とする。 また、本発明によれば、温度調整された電子回
路を与える方法は、電子回路を設け、前記電子回
路に熱的に結合される加熱手段を設けて、該加熱
手段が付勢されていないときに、前記電子回路お
よび前記加熱手段が所定の動作温度より低い温度
に維持されるように、熱電冷却手段によつて前記
電子回路を冷却し、前記加熱手段に関連させて温
度調整手段を設けて前記電子回路の温度を制御す
べく前記電子回路を温度調整することを特徴とす
る。 本発明の上記及び他の目的、特徴並びに効果
は、添付図面に示された本発明の好ましい実施例
の以下の詳細な説明より明らかとなろう。 第1図及び第2図を参照すれば、本発明の好ま
しい実施例の断面側面図及び上面図が各々示され
ている。基板1は、これに設けられる電子回路の
他の素子又は部品の支持体として働くと共に周囲
環境への熱伝達も果たす。第2図に示されたよう
に、基板1はこの例では外部接続用の多数のピン
17(第1図参照)を支持したTO−3型ヘツダ
の金属基板である。基板1の上面には熱電冷却器
即ち冷却モジユール2(第1図参照)が取り付け
られており、これは2つのパツケージピン17に
接続されたリード18によつて作動される。この
熱電冷却器2は能動素子(垂直線)を備えてお
り、この能動素子は基板1に取り付けられた水平
の温面と、能動素子上又はそれより上に配置され
た水平の冷面との間にサンドイツチされる。(所
望ならば、冷却器を電気的に付勢するようにこれ
ら面を通して接続を行なうことができる。)ここ
に示す実施例においては、例えばカプトン
(Kapton)のような熱絶縁材が熱電冷却器2の冷
面に取り付けられ、そして例えばベリリアで作ら
れた等温絶縁基板6を支持する。この基板6は集
積回路形態又はハイブリツド回路形態で温度調整
ヒータ10に取り付けられる。 温度調整されるべき電子回路は1つ以上の半導
体又は集積回路チツプ8を備えており(第2図に
は2つのチツプが示されている)、これらの所望
の回路機能に基いで薄膜及び/又は厚膜受動部品
(例えば抵抗、キヤパシタ等)を支持するハイブ
リツド基板20に取り付けられる。印刷回路パタ
ーンを支持している可撓性絶縁材14(例えばカ
プトン)は、この印刷回路パターンの導体により
パツケージピン17及びボンデイング島状部又は
他の部品に接続されるワイヤボンド16によつて
全ての部品を相互接続する作用を果たす。その他
の部品としては、例えば、装置の冷却される部分
での放熱を減少するように主基板1に直接取り付
けられた出力バツフア回路12が含まれる。熱に
敏感でない部品を冷却器2から離して取り付ける
ことにより、良好な温度制御が達成されると共
に、調整される回路の性能を低下する熱過渡現象
や熱フイードバツクが排除される。 例えば冷却器2はMELCORの熱電モジユール
FC0.6−8−06であり、これは例えば温面と冷面
との間に65℃の差を与えることができる。この温
度差は送られる電力の増加と共にほゞ直線的に減
少し、そして送られる電力が約0.55Wの際に0に
下がる。これは冷却器への電力入力が約0.9ワツ
ト(1A、0.9V)の状態で達成される。このよう
な性能に基いて、例えばBurr−
BrownBB3528FET増巾器を−10℃に温度調整し
たところ、次のような表形態の例に従い68℃の周
囲温度レンジにわたつて約7.5FAの入力バイアス
電流が生じただけであつた。
方法に係り、特に、温度調整された電子回路及び
周囲温度以下で作動するように温度調整する方法
に係る。 半導体装置、及び/又は機能的な電子回路をな
すように、一体化された多数の装置を含む半導体
チツプを開発したり評価したりする場合には、半
導体装置及び/又は半導体チツプの過熱が装置又
は回路の性能に非常に悪影響を及ぼし、多くの場
合には、装置又は回路の機能がだめになつてしま
うことが分つている。従つて、装置又は回路の過
熱を防止して、装置又は回路の機能が悪影響を受
けたりだめになつたりするのを防ぐような解決策
又は技術が要望されていることは明らかである。
この問題を解消する試みとして、装置又は回路の
過熱を防止する色々な解決策又は技術が試みられ
たり実施されたりしている。このような解決策又
は技術の1つは、半導体回路素子を熱電冷却して
高温での破壊を防止することである。別の解決策
又は技術は、低電力の半導体回路を周囲温度以下
で作動して、ノイズ及び寄生漏洩電流に対して回
路の性能を改善することである。これまで、この
ような周囲温度以下での作動は、冷却流体等を用
いた高価な温度室によつて一般的に行なわれてお
り、これはコンパクトな装置や携帯用装置には適
していない。従つて、半導体装置又はチツプの過
熱を減少するように半導体装置又はチツプを冷却
する改良された技術又は方法を提供することが要
望される。 本発明においては、調整温度より高いこともあ
り低いこともある広範な周囲温度にわたつて、温
度に敏感な電子回路の温度を一定に維持するよう
に、この敏感な回路が熱電手段によつて冷却され
たり温度調整集積回路(IC)手段によつて加熱
されたりする。1実施例においては、上記の調整
手段及び上記の敏感な回路の両方が熱インピーダ
ンスによつて冷却手段から分離され、調整手段に
よつて制御されねばならない電力が比較的わずか
であるようにされる。或いは又、冷却手段が直接
調整されてもよい。いずれの場合にも、冷却器の
電源は上記の敏感な回路の電源から実質的に分離
される。以下に述べる目的に合致するその他の実
施例も本発明の範囲内である。 本発明の目的は、半導体装置及び/又は半導体
チツプ用の改良された温度調整されたモジユール
及び温度調整方法を提供することである。 本発明の目的は、電子回路モジユールを完全に
熱調整することである。 本発明の更に別の目的は、回路の性能を改善す
るように周囲温度より低い温度に電子回路モジユ
ールを完全に熱調整することである。 本発明の更に別の目的は、周囲温度より低い温
度に温度調整されたコンパクトな完全電子部品モ
ジユールを提供することである。 本発明の更に別の目的は、周囲温度より低い温
度で作動する電子モジユールに対して時間的なエ
ラーを最小限にして完全な熱調整を与えることで
ある。 本発明の更に別の目的は、比較的低電流の温度
制御回路で電子モジユールを完全に熱調整するこ
とである。 本発明によれば、温度に敏感な集積回路を含む
電子モジユールは、前記集積回路のための加熱手
段と、該加熱手段が付勢されていないときに、前
記集積回路および前記加熱手段の両者の温度を、
所定の動作温度より低い温度とするための熱電冷
却手段と、前記集積回路および前記加熱手段を前
記熱電冷却手段から熱的に分離するための絶縁手
段と、前記集積回路および前記加熱手段の付近に
前記所定の動作温度を作り出すように前記加熱手
段を付勢するための温度調整手段とを備えること
を特徴とする。 また、本発明によれば、温度調整された電子回
路を与える方法は、電子回路を設け、前記電子回
路に熱的に結合される加熱手段を設けて、該加熱
手段が付勢されていないときに、前記電子回路お
よび前記加熱手段が所定の動作温度より低い温度
に維持されるように、熱電冷却手段によつて前記
電子回路を冷却し、前記加熱手段に関連させて温
度調整手段を設けて前記電子回路の温度を制御す
べく前記電子回路を温度調整することを特徴とす
る。 本発明の上記及び他の目的、特徴並びに効果
は、添付図面に示された本発明の好ましい実施例
の以下の詳細な説明より明らかとなろう。 第1図及び第2図を参照すれば、本発明の好ま
しい実施例の断面側面図及び上面図が各々示され
ている。基板1は、これに設けられる電子回路の
他の素子又は部品の支持体として働くと共に周囲
環境への熱伝達も果たす。第2図に示されたよう
に、基板1はこの例では外部接続用の多数のピン
17(第1図参照)を支持したTO−3型ヘツダ
の金属基板である。基板1の上面には熱電冷却器
即ち冷却モジユール2(第1図参照)が取り付け
られており、これは2つのパツケージピン17に
接続されたリード18によつて作動される。この
熱電冷却器2は能動素子(垂直線)を備えてお
り、この能動素子は基板1に取り付けられた水平
の温面と、能動素子上又はそれより上に配置され
た水平の冷面との間にサンドイツチされる。(所
望ならば、冷却器を電気的に付勢するようにこれ
ら面を通して接続を行なうことができる。)ここ
に示す実施例においては、例えばカプトン
(Kapton)のような熱絶縁材が熱電冷却器2の冷
面に取り付けられ、そして例えばベリリアで作ら
れた等温絶縁基板6を支持する。この基板6は集
積回路形態又はハイブリツド回路形態で温度調整
ヒータ10に取り付けられる。 温度調整されるべき電子回路は1つ以上の半導
体又は集積回路チツプ8を備えており(第2図に
は2つのチツプが示されている)、これらの所望
の回路機能に基いで薄膜及び/又は厚膜受動部品
(例えば抵抗、キヤパシタ等)を支持するハイブ
リツド基板20に取り付けられる。印刷回路パタ
ーンを支持している可撓性絶縁材14(例えばカ
プトン)は、この印刷回路パターンの導体により
パツケージピン17及びボンデイング島状部又は
他の部品に接続されるワイヤボンド16によつて
全ての部品を相互接続する作用を果たす。その他
の部品としては、例えば、装置の冷却される部分
での放熱を減少するように主基板1に直接取り付
けられた出力バツフア回路12が含まれる。熱に
敏感でない部品を冷却器2から離して取り付ける
ことにより、良好な温度制御が達成されると共
に、調整される回路の性能を低下する熱過渡現象
や熱フイードバツクが排除される。 例えば冷却器2はMELCORの熱電モジユール
FC0.6−8−06であり、これは例えば温面と冷面
との間に65℃の差を与えることができる。この温
度差は送られる電力の増加と共にほゞ直線的に減
少し、そして送られる電力が約0.55Wの際に0に
下がる。これは冷却器への電力入力が約0.9ワツ
ト(1A、0.9V)の状態で達成される。このよう
な性能に基いて、例えばBurr−
BrownBB3528FET増巾器を−10℃に温度調整し
たところ、次のような表形態の例に従い68℃の周
囲温度レンジにわたつて約7.5FAの入力バイアス
電流が生じただけであつた。
【表】
【表】
温度調整IC12の放熱性の増加により、例えば
FET増巾器(ハイブリツド基板20上のチツプ
8及び受動装置より成る)は周囲温度より上又は
下の一定温度に調整されることが表より明らかで
あろう。 以上に述べた調整回路及び冷却作動方法は半導
体電子装置の漏れ電流を減少するだけでなく、温
度に敏感な回路の温度調整によりドリフトを小さ
くできると共にノイズを少なくすることもでき
る。好ましい実施例の前記詳細な説明に基いてそ
の他の態様も当業者に明らかとなろう。概して云
えば、添付図面に示されたモジユールは、電子回
路を所望の好ましい低い作動温度レンジに冷却
(冷却器2により)して良好で且つ効率のよい装
置及び回路作動を与えることのできる冷却機能を
有するものであるが、回路の所望の冷却温度を非
常に狭い温度レンジ内に維持して性能を向上させ
るように電子回路を加熱することのできる(半導
体装置10により)加熱機能を設けることによつ
て装置及び回路性能を安定化することもできる。 好ましい実施例について本発明を説明したが、
本発明の範囲から逸脱せずに種々の変更や省略が
なされ得ることが当業者に理解されよう。
FET増巾器(ハイブリツド基板20上のチツプ
8及び受動装置より成る)は周囲温度より上又は
下の一定温度に調整されることが表より明らかで
あろう。 以上に述べた調整回路及び冷却作動方法は半導
体電子装置の漏れ電流を減少するだけでなく、温
度に敏感な回路の温度調整によりドリフトを小さ
くできると共にノイズを少なくすることもでき
る。好ましい実施例の前記詳細な説明に基いてそ
の他の態様も当業者に明らかとなろう。概して云
えば、添付図面に示されたモジユールは、電子回
路を所望の好ましい低い作動温度レンジに冷却
(冷却器2により)して良好で且つ効率のよい装
置及び回路作動を与えることのできる冷却機能を
有するものであるが、回路の所望の冷却温度を非
常に狭い温度レンジ内に維持して性能を向上させ
るように電子回路を加熱することのできる(半導
体装置10により)加熱機能を設けることによつ
て装置及び回路性能を安定化することもできる。 好ましい実施例について本発明を説明したが、
本発明の範囲から逸脱せずに種々の変更や省略が
なされ得ることが当業者に理解されよう。
第1図は第2図の装置の1−1線に沿つた断面
図であり、その主な素子を示す図、そして第2図
は装置の種々の素子の相互接続を示す上面図であ
る。 1……基板、2……熱電冷却器、4……熱絶縁
材、6……絶縁基板、8……半導体又は集積回路
チツプ、10……温度調整ヒータ、12……出力
バツフア回路、14……可撓性絶縁体、16……
ワイヤボンド、17……パツケージピン、20…
…ハイブリツド基板。
図であり、その主な素子を示す図、そして第2図
は装置の種々の素子の相互接続を示す上面図であ
る。 1……基板、2……熱電冷却器、4……熱絶縁
材、6……絶縁基板、8……半導体又は集積回路
チツプ、10……温度調整ヒータ、12……出力
バツフア回路、14……可撓性絶縁体、16……
ワイヤボンド、17……パツケージピン、20…
…ハイブリツド基板。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 温度に敏感な集積回路を含む電子モジユール
において、前記集積回路のための加熱手段と、該
加熱手段が付勢されていないときに、前記集積回
路および前記加熱手段の両者の温度を、所定の動
作温度より低い温度とするための熱電冷却手段
と、前記集積回路および前記加熱手段を前記熱電
冷却手段から熱的に分離するための絶縁手段と、
前記集積回路および前記加熱手段の付近に前記所
定の動作温度を作り出すように前記加熱手段を付
勢するための温度調整手段とを備えることを特徴
とする電子モジユール。 2 温度調整された電子回路を与える方法におい
て、電子回路を設け、前記電子回路に熱的に結合
される加熱手段を設けて、該加熱手段が付勢され
ていないときに、前記電子回路および前記加熱手
段が所定の動作温度より低い温度に維持されるよ
うに、熱電冷却手段によつて前記電子回路を冷却
し、前記加熱手段に関連させて温度調整手段を設
けて前記電子回路の温度を制御すべく前記電子回
路を温度調整することを特徴とする方法。
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US25577581A | 1981-04-20 | 1981-04-20 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS57178349A JPS57178349A (en) | 1982-11-02 |
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