Микросхема

 

союз соВетских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

Ф . :-

7, ГОСУЯАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4874484/21 (22) 23.08.90 (46) 23.07.92. Бюл. М 27 (75) В.А.Сидоров и У.К.Соха (56) Патент США % 3696294, кл. 324-105, 324-166, 1972.

Радиодетали и радиокомпоненты. 1974, вып. 5 (24), с. 56 — 58.

Патент США М 4257061, кл, Н 01 1

23/48, 357-69, 1981 (прототип) (54) МИКРОСХЕМА (57 Изобретение относится к тепловой функциональной микроэлектронике с преимущественным применением в качестве термопреобразователя для измерения среднеквадратичного значения переменных напряжений произвольной формы.

Сущность изобретения заключается в том, что микросхема содержит термоизолиро, 533,, 1749954 А1 (й)э Н 01 L 25/00, 27/00, 23/48 ванную плату 1, в частности полупроводниковый материал, имеющую нагревательный

2 и термочувствительный элементы 3, в частности тонкопленочный резистор и биполярный транзистор, термоиэолирующую полиимидную диэлектрическую плату 8, изотермическую плату 9 с углублением 11 под термоизолированной платой 1 (кристаллом). На термоизолирующей плате сформированы электрические проводники для связи с элементами термоизолированной платы. Электрические проводники имеют участки с повышенным тепловым сопротивлением за счет переменного сечения по длине электрического проводника или выполнения учаСтков из материала с низкой теплопроводностью, например титана.

Внешние участки проводников имеют тепловой контакт с изотермической, например керамической, платой 9. 11 з,п. ф —; 5 ил.

1749954

1=(5 — 10) Л ЯИ м, 0

Изобретение относится к устройствам электротепловой функциональной микроэлектроники, содержащим узлы, выполняющие функции преобразования электрической энергии в тепловую (нагревательный узел или элемент) и тепловой энергии в электрическую (термочувствительный узел или элемент) и может найти применение в качестве электротепловых усилителей, термоанемометров, вакуумметров, микротермостатов подогревного типа, в частности для прецизионных входных каскадов операционных усилителей или опорных стабилитронов, первичных преобразователей мощности (в том числе теплового излучения) или среднеквадратического значения переменных напряжений произвольной формы.

Цель изобретения — повышение надежности и экономичности конструкции за счет улучшения термоизоляции термоизолированной платы от изотермических элементов.

На фиг.1 изображено принципиальное техническое решение предлагаемой микросхемы, сечение; на фиг,2 — то же, вид сверху; на фиг,3 — возможный вариант конструкции термоизолированной платы и соединения ее с остальными элементами микросхемы; на фиг.4 — конструкция сдвоенного первичного преобразователя среднеквадратического значения, разрез; на фиг.5 — то же, со снятой крышкой, вид сверху, Микросхема (фиг.1 и 2) содержит термоизолированную плату ", на поверхности или в теле которой сформированы нагревательный 2 vt термочувствительный 3 элементы,, Указанные элементы имеют выводы 4 (в частности, контактные площадки), соединенные с внутренними участками 5 электрических проводников. Последние содержат также средние 6 и внешние 7 участки. Кроме того, микросхема содержит диэлектрическую плату 8 с отверстием 10 и изотермическую плату 9 с углублением 11.

Для изготовления диэлектрической платы 8 с электрическими проводниками можно использовать серийно выпускаемую ленту с чанесенной на ней алюминиевой фольгой. Путем травления формируют участки 5 и 7 (средние участки формируют напылением), Выступающие за край отверстия 10 участки 5 обеспечивают надежное соединение с термоизолирующей ! р платой. Если последняя является полупро-. водниковым кристаллом с алюминиевыми контактными площадками 4, то образуется однокомпонентное соединение (путем ультразвуковой сварки), что улучшает метроло5

50 гические характеристики микросхемы и удешевляет ее изготовление, На фиг,2 штриховой линией 11 обозначен контур углубления в изотермической плате 9. Альтернативный вариант реализации углубления показан на фиг,4 и 5.

На фиг,3 термоизолированная плата 1, например, из брокерита содержит на противоположных сторонах нагревательный элемент 2, термочувствительный элемент 3 и балочные Г-образные выводы 4. Последние соединены (сваркой, пайкой) с участками 5 проводников, Нагревател ьным элементом может служить тонко- или толстопленочный резистор с малым ТКС, а термочувствительным элементом 3 — толстопленочный термостат. Повышенное тепловое сопротивление средних участков 6 может быть обеспечено путем уменьшения их сечения, Дополнительное увеличение теплового сопротивле ния средних участков 6 может быть достигнуто путем формирования участков

12, например, из титана или никеля, Микросхема может иметь дополнительные сегменты 3 (фиг,2, 4 и 5), служащие для выравнивания температуры диэлектрической платы вокруг термоизолированной платы, а также для повышения механической жесткости конструкции (возможен вариант двухстороннего размещения сегментов, что несколько усложняет технологию и удорожает микросхему), Удаление сегментов на расстояние не менее 0,1 мм от термоизолированной платы обеспечивает тепловое сопротивление более 4 50000 к/Вт, что практически не оказывает шунтирующего теплового воздействия на термоизолированную плату 1.

Микросхема совместима с гибридной технологией, поэтому с точки зрения технико-зкономической целесообразности возможен вариант реализации всей электрической схемы в виде гибридной интегральной схемы, компоненты которой, реализующие вторичный преобразователь, размещены вне линии обрыва на фиг.1 и 2 на общей, например, поликоровой изотермической плате 9, Расстояние I определяется из соотношения где Л вЂ” теплопроводность диэлектрической платы 8;

Я вЂ” площадь поперечного сечения диэлектрической платы 8, в направлении рассматриваемого расстояния I, м ;

6 - тепловое сопротивление соответствующего электрического проводника.

1749954

Формула из обре те н и я

1. Микросхема, содержащая термоизолированную плату с внешними выводами, сформированные на термоизолированной плате нагревательный элемент, термочувствительный элемент, термоизолирующие элементы и изотермические элементы, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения надежности и экономичности конструкции путем улучшения термоизоляции термоизолированной платы от изотермических элементов, термоизолирующие элементы выполнены в виде диэлектрической платы из материала с низкой теплопроводностью и расположенных на ней электрических проводников, внутренние части которых электрически соединены с выводами указанных соответствующих элементов термоизолированной платы, средние участки которых выполнены с высоким тепловым сопротивлением, а внешние участки электрически соединены с внешними выводами с обеспечением теплового контакта с изотермическими элементами, причем изотермические элементы выполнены в виде платы из материала с высокой теплопроводностью, в которой выполнено углубление, а в диэлектрической плате выполнено отверстие, кромки которого пересечены внутренними участками электрических проводников указанной диэлектрической платы, при этом плата изотермических элементов и диэлектрическая плата расположены последовательно под термоизолированной платой соответственно, контур углубления платы изотермических элементов ограничен началом внешних участков электрических проводников, а площадь отверстия диэлектрической платы больше площади проекции термоизолированной платы на диэлектрическую плату.

2. Микросхема по п,1, о т л и ч à ю щ а яс я тем, что плата изотермических элементов выполнена в виде монолитного элемента.

3, Микросхема по пп.1 и 2, о т л и ч а ющ а я с я тем, что термоизолированная плата выполнена в виде монолитного полупроводникового кристалла

4. Микросхема по п.3, о т л и ч à ю щ а яс я тем, что в качестве монолитного полупроводникового кристалла использован кремниевый кристалл, при этом в качестве нагревательного элемента использован резистор, а в качестве термочувствительного элемента — биполярный транзистор.

5. Микросхема по пп.1-4, о т л и ч а ю ща я с я тем, что средние участки электрических проводников диэлектрической платы

30

40

50 выполнены с меньшим поперечным сечением, чем поперечное сечение внутренних и внешних участков указанных выше электрических проводников, при этом все указанные участки электрических проводников выполнены из одного и того же материала, 6. Микросхема поп.5. о тл и ч а ю ща яс я тем, что один из геометрических размеров поперечного сечения средних участков электрических проводников меньше соответствующего одноименного с ним геометрического размера поперечного сечения внутренних и внешних участков указанных электрических проводников, 7. Микросхема по п.5, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что в качестве материала всех участков электрических проводников диэлектрической платы использован алюминий.

8. Микросхема по пп.1-4, о т л и ч а ю ща я с я тем, что внутренние участки электрических проводников соединены с выводами термочувствительного элемента термоизолированной платы, при этом средние участки указанных электрических проводников выполнены из материала, теплопроводность которого ниже, чем теплопроводность материала внутренних и внешних участков, указанных электрических выводов.

9. Микросхема по п.8, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что в качестве материала средних участков электрических проводников использован нихром.

10, Микросхема по п.8, о т л и ч а ю щ ая с я тем, что в качестве материала средних участков электрических проводников использован титан.

11, Микросхема по п.8, о т л и ч а ю щ ая с я тем, что в качестве материала средних участков электрических проводников использован никель.

12, Микросхема по пп.1 — 11, о т л и ч à ющ а я с я тем, что диэлектрическая плата . снабжена дополнительными изотермическими элементами в виде сегментов из того же материала, что и внешние и внутренние участки электрических проводников диэлек-. трической платы, и расположенными на диэлектрической плате со стороны расположения электрических проводников, причем дополнительные изотермические элементы жестко соединены с диэлектрической платой посредством клеевого соединения и размещены кромками своих сегментов на расстояние 1 от электрических

5 проводников, которое определяется из следующего выражения: ! =(5-10) Л,$Рэ, м, где 1 — теплопроводность диэлектрической платы;

1749954

8 — площадь поперечного сечения риэлектрической платы в направлении I, м;

R ег- тепловое сопротивление соответствующего электрического проводника по его среднему участку.

1749954

Составитель А .Попова

Редактор И.Горная Техред М.Моргентал Корректор

Заказ 2599 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж 35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101