[发明专利]工作温度可控多芯片组件的集成方法

说明书

技术领域

本发明涉及多芯片组件（简称MCM），进一步来说，涉及厚膜多层低温共烧陶瓷多芯片组件（简称MCM-C），尤其涉及工作温度可控厚膜多层低温共烧陶瓷多芯片组件。

背景技术

在同一封装体内安装多个半导体芯片的器件为多芯片组件。原有的多芯片组件集成技术中，是将厚膜低温多层共烧陶瓷（简称LTCC）基片直接装贴在管壳基座上，然后在LTCC基片上丝网印刷、烧结厚膜导体浆料或厚膜电阻浆料，对烧结后的厚膜电阻进行激光修调，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。

原有技术主要存在如下问题：由于MCM多芯片组件集成的集成密度高，集成容量大，因而产生的热量就相应增大，给使用过程中的散热设计、散热手段、散热环境等带来很多困难，使用环境要求较高，使用配套成本大幅增加，限制多芯片组件产品的广泛使用。

经检索，涉及多芯片组件的专利申请件有20件，但涉及温度可控的多芯片组件的仅有1件，即CN1489200号《多芯片组件和多芯片关闭方法》，该专利提供一个在第一设置温度时关闭自己的用于稳压的半导体芯片，和一个与用于稳压的半导体芯片位于同一封装体内，在第二设置温度时关闭自己的用于放大器的半导体芯片。显然，该技术方案与温度可控多芯片组件的集成没有关系。其它专利申请件更与温度可控多芯片组件的集成无关。

发明内容

 本发明的目的是提供一种温度可控多芯片组件的集成方法，使器件长期工作在某一特定的工作温度范围内，能确保器件长期工作的温度稳定性，提高器件的长期可靠性。

 为实现上述目标，发明人根据半导体PN结的致冷原理——帕尔贴效应（Peltier effect），采用包括微型热电致冷（TEC：Thermoelectric Cooler）、厚膜丝网印刷、厚膜激光调阻、多层低温共烧陶瓷（LTCC）、热信号采集的厚膜热敏电阻的一体化集成技术来制作温度可控多芯片组件；所用LTCC多层共烧陶瓷基片由多层陶瓷烧结而成，在每一层含有金属化通孔、导带、裕量较大的阻带；与原有技术不同的是，在LTCC多层共烧陶瓷基片的第二层陶瓷版上埋置厚膜热敏电阻，位置正对温度较敏感的集成电路芯片；在该基片正面进行多芯片三维平面集成，包括导带、阻带、集成电路芯片、小容量电感、电容和微型元器件；在该基片背面进行半导体致冷器的集成，并分别从N型半导体、P型半导体的两端通过通孔的形式连接到表面键合区。

上述陶瓷基片材料为氮化铝（Al₃N₄）陶瓷。

上述埋置厚膜热敏电阻的方法是采用丝网印刷的方式，将厚膜电子浆料按规定的图形印刷在陶瓷基片上。

上述阻带无需调阻。

上述半导体致冷器的集成方法，是先制备N型和P型半导体晶粒，再用专用不锈钢夹具将顶层氮化铝（Al₃N₄）陶瓷基片、N型和P型半导体晶粒、底层氮化铝（Al₃N₄）陶瓷基片、合金片按规定位置定位放置并固定，最后在真空合金炉中完成N型和P型半导体晶粒的合金焊接。

 PN结的工作原理是：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。

厚膜热敏电阻是器件内部的热敏电阻，用于检测器件内部工作环境温度，跟踪电阻的变化及两端电压的变化；用于控制可控双向开关电路，以控制半导体致冷器的电流方向，控制升温或降温频率，以达到温度控制的目的。

本发明方法生产的产品有以下特点：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℃～180℃的高温环境中工作；④ 可在-80℃～-55℃以下的低温环境中工作；⑤ 在工作状态下，对温度敏感器件可起到良好的温度稳定和调节作用；⑥ 对功率集成电路芯片，可起到快速降温作用，对器件具有良好的温度保护功能。本发明方法生产的产品广泛应用于航天、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