Микронагреватель


 


Владельцы патента RU 2522751:

Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение измерительной техники" (RU)

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано для поддержания и регулирования температуры. Изобретение позволяет повысить быстродействие регулирования температуры при сохранении устойчивости микронагревателя к термоудару, его надежностных и ресурсных характеристик. Микронагреватель содержит резистор нагрева, токовводы и контактные площадки, являющиеся продолжением токовводов, резистор нагрева выполнен в виде трехслойного меандра, токовводы и контактные площадки выполнены в едином технологическом цикле методом микроэлектронного напыления всех трех слоев: тугоплавкого химически пассивного токопроводящего слоя металла, напыленного на изолирующую подложку; резистора нагрева, токовыводов и котактных площадок из меди; тугоплавкого химически пассивного токопроводящего слоя металла, причем нанесение первого и второго слоев из тугоплавкого металла выполнено с перекрытием по отношению к слою резистора нагрева, токовводов и контактных площадок, а сверху вся структура защищена слоем из органического диэлектрика, в котором в области контактных площадок сформированы «окна» для подсоединения к ним внешних электрических проводников. 1 ил.

 

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано для поддержания и регулирования температуры, в том числе оперативного регулирования температуры поверхности, и создания динамических температурных полей поверхности.

Известны микронагреватели на основе металлических сплавов типа нихрома (Зайцев Ю.В., Громов B.C., Григораш Т.С.«Полупроводниковые термоэлектрические преобразователи», Радио и связь, 1985), в которых металлический сплав типа нихрома наносится на пластину кремния, пассивированного пленкой SiO2. Далее с помощью фотолитографии производится формирование токопроводящих дорожек микронагревателя и металлизированных контактов к нему.

Однако данный микронагреватель имеет низкое быстродействие. Указанное обусловлено тем, что для достижения высокого быстродействия через резистор нагрева микронагревателя необходимо пропускать большой по величине электрический ток, что в данной конструкции и при данных материалах неизбежно приведет к утрате резистором нагрева своих характеристик вследствие процессов рекристаллизации и внутреннего окисления. Кроме того, существующая металлургическая граница токоввод - резистивный слой, нагретая до рабочей температуры, создает нестабильность номинального сопротивления микронагревателя, что приводит к трудностям при его применении.

Из известных устройств наиболее близким по технической сущности к заявляемому является микронагреватель, содержащий на подложке резистор, токовводы и металлические контактные площадки (патент РФ №2170992, H01L 23/34, 2001 г.). Резистор и токовводы выполнены из монокристаллической кремниевой фольги, причем микронагреватель имеет форму полоски переменного сечения, широкая часть которой является резистором, а узкая - токовводами. В полоске сформированы области низкоомного кремния и имеется силицидное покрытие, причем окончания токовводов выполняются в виде площадок с сформированными на них металлическими контактами. Микронагреватель за счет использования особенности резистора из монокристаллических проводников, а именно колоколообразного вида характеристики ρ-T (удельного сопротивления от температуры), позволяет производить термостатирование, не прибегая к отдельному измерению температуры. Реализовать указанную особенность ρ-T характеристики полупроводникового монокристаллического кремния можно лишь в том случае, если токовводы не служат теплостоками. В противном случае неизбежна неравномерность нагрева кремния по площади, что ведет к неопределенности термостатируемой характеристики. Микронагреватель позволяет поддерживать заданную температуру при изменении внешних условий, т.е. обеспечивать термостатирование объекта при условии, что его температура будет превышать температуру окружающей среды.

Анализ прототипа выявляет его существенный недостаток, который состоит в низком быстродействии устройства, которое является недостаточным для регулирования температуры быстропротекающих процессов. Указанное обусловлено особенностями ρ-T характеристики полупроводникового монокристаллического кремния, из которого выполнен резистор нагрева, а также топологией резистора нагрева:

- принципиальной особенностью ρ-T характеристики является спад тока нагрева через резистор нагрева из-за роста его номинала при приближении к заранее установленной температуре термостатирования, т.е. происходит уменьшение скорости нагрева;

- топология резистора нагрева имеет форму полоски переменного сечения, широкая часть которой является нагревательным элементом, а узкая - токовводами, т.е. узкая часть резистора вследствие уменьшения своего сечения подвержена существенным механическим и тепловым напряжениям при прохождении больших токов нагрева, которые необходимы для достижения высокого быстродействия при нагреве.

Ожидаемым техническим результатом изобретения является повышение быстродействия устройства.

Указанный технический результат достигается тем, что в микронагревателе, содержащем резистор нагрева, токовводы и контактные площадки, являющиеся продолжением токовводов, резистор нагрева в виде трехслойного меандра, токовводы и контактные площадки выполнены в едином технологическом цикле методом микроэлектронного напыления всех трех слоев: тугоплавкого химически пассивного токопроводящего слоя металла, напыленного на изолирующую подложку; резистора нагрева, токовыводов и котактных площадок из меди; тугоплавкого химически пассивного токопроводящего слоя металла, причем нанесение первого и второго слоев из тугоплавкого металла выполнено с перекрытием по отношению к слою резистора нагрева, токовводов и контактных площадок, а сверху вся структура защищена слоем из органического диэлектрика, в котором в области контактных площадок сформированы «окна» для подсоединения к ним внешних электрических проводников.

На чертеже изображен общий вид микронагревателя в разрезе.

Микронагреватель содержит подложку 1 из изоляционного материала, слой резистора нагрева, токовводов и контактных площадок из меди 2, первый тугоплавкий слой 3 из химически пассивного токопроводящего слоя металла (адгезионный), второй тугоплавкий слой 4 из химически пассивного токопроводящего слоя металла, защитный слой 5 из органического диэлектрика, «окно» 6 в защитном слое 5.

Первый тугоплавкий слой 3 напылен на подложку 1 и служит для увеличения адгезии последующих слоев и повышения термической и механической стойкости напыленных слоев и конструкции в целом.

Первый 3 и второй 4 тугоплавкие слои из химически пассивного токопроводящего слоя металла напылены таким образом, что повторяют топологию резистора нагрева 2 и перекрывают его по ширине и, тем самым, защищают его от окисления и механических повреждений, в особенности при протекании значительных импульсных электрических токов при резком нагреве.

Для дополнительной защиты и повышения механической прочности на поверхность микронагревателя нанесен защитный слой из органического диэлектрика 5 с «окнами» 6.

Микронагреватель работает следующим образом. Через провода, которые подсоединяются к контактным площадкам резистора нагрева 2 (через «окна» 6 и второй тугоплавкий слой из химически пассивного токопроводящего слоя металла 4) происходит подведение электрического тока нагрева к резистору нагрева 2. При протекании электрического тока через резистор нагрева в нем выделяется тепловая мощность, пропорциональная квадрату значения протекающего электрического тока.

Выполнение микронагревателя в едином технологическом цикле обеспечивает лучшую адгезию слоев между собой и механическую прочность конструкции, что позволяет получить большую скорость его разогрева.

Большая скорость нагрева обеспечивается также применением меди для изготовления резистора нагрева

Выполнение малогабаритного малоинерционного микроэлектронного нагревателя по топологии со структурой: изоляционная подложка - первый тугоплавкий слой из химически пассивного токопроводящего слоя металла (адгезионный) - слой резистора нагрева, токовводов и контактных площадок из меди - второй тугоплавкий слой из химически пассивного токопроводящего слоя металла обеспечивает максимальную устойчивостью к возникновению механических напряжений при термоударе в процессе быстрого нагрева, а также надежность и долговечность вследствие защиты от внешней среды слоя медного резистора нагрева тугоплавкими слоями из химически пассивных токопроводящих слоев металлов. Дополнительная защита структуры микронагревателя обеспечивается защитным слоем из органического диэлектрика.

Микронагреватель, содержащий резистор нагрева, токовводы и контактные площадки, являющиеся продолжением токовводов, отличающийся тем, что резистор нагрева в виде трехслойного меандра, токовводы и контактные площадки выполнены в едином технологическом цикле методом микроэлектронного напыления всех трех слоев: тугоплавкого химически пассивного токопроводящего слоя металла, напыленного на изолирующую подложку; резистора нагрева, токовыводов и котактных площадок из меди; тугоплавкого химически пассивного токопроводящего слоя металла, причем нанесение первого и второго слоев из тугоплавкого металла выполнено с перекрытием по отношению к слою резистора нагрева, токовводов и контактных площадок, а сверху вся структура защищена слоем из органического диэлектрика, в котором в области контактных площадок сформированы «окна» для подсоединения к ним внешних электрических проводников.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к охлаждающему блоку мощного полупроводникового устройства (100). Блок содержит теплоотвод с активным охлаждением (102) и контроллер (208; 300), контроллер (208; 300) выполнен с возможностью регулирования эффективности охлаждения теплоотвода (102) в зависимости от температуры полупроводникового перехода, проводящего большой ток, содержащегося в мощном полупроводниковом устройстве (100), причем контроллер (208; 300) выполнен с возможностью приема сигнала температуры, определяющего фактически измеренное значение температуры полупроводникового перехода, проводящего большой ток, при этом контроллер (208; 300) содержит модуль выбора, выполненный с возможностью выбора между режимом управления с обратной связью и режимом управления с упреждением для регулирования эффективности охлаждения.

Изобретение относится к области теплотехники, в частности к регулировке температурных режимов теплонагруженных устройств, и может быть использовано в твердотельной и вакуумной электронике, в авиационном двигателестроении, а также других областях техники.

Изобретение относится к системам охлаждения и теплоотвода, например к устройствам для охлаждения компьютерного процессора. Технический результат - получение сверхнизких температур в процессе охлаждения и теплоотвода.

Изобретение относится к модулю полупроводникового преобразователя электроэнергии. Технический результат - создание модуля полупроводникового преобразователя электроэнергии с охлаждаемой ошиновкой (8) по меньшей мере двух модулей (2, 4) силовых полупроводниковых приборов, который можно нагружать электрически сильнее по сравнению со стандартным модулем полупроводникового преобразователя электроэнергии, при этом может выдерживаться допустимая температура для изоляционного слоя (32) и материала ламинирования ошиновки (8).

Изобретение относится к электротехнике, а именно к полупроводниковой преобразовательной технике, и может быть использовано в статических преобразователях электрической энергии, в агрегатах на основе силовых полупроводниковых приборов.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к полупроводниковой преобразовательной технике и может быть использовано в статических преобразователях электрической энергии, в агрегатах на основе силовых полупроводниковых приборов.

Изобретение относится к устройству для рассеяния тепла для выделяющего тепло электрического компонента. Технический результат - обеспечение экономически эффективного устройства, обеспечивающего эффективное рассеяние тепла, а также облегчение монтажа/демонтажа и предотвращение деформации, вызываемой различиями в коэффициенте теплового расширения.

Изобретение относится к гибридным интегральным схемам СВЧ и предназначено для радиоэлектронных устройств различного назначения, в том числе радиолокационных станции с фазированными антенными решетками (ФАР).

Изобретение относится к средствам защиты микроэлектронного оборудования от внешних разрушающих факторов, таких как высокотемпературные огневые воздействия, ударные перегрузки, статические давления, а также от длительного воздействия повышенной температуры, и может быть использовано при создании защищенных бортовых накопителей полетной информации для самолетов и вертолетов, а также защищенных накопителей информации для других транспортных средств.

Изобретение относится к устройствам для отвода тепла от электронных компонентов. .

Изобретение относится к охлаждающему устройству, использующему искусственные струи. Технический результат - улучшение активного охлаждения посредством принудительной конвекции. Достигается тем, что в устройстве (1) искусственного струйного охлаждения для охлаждения объекта (5), содержащем преобразователь (10), адаптированный так, чтобы производить волны скорости, и камеру (4), выполненную с возможностью принимать волны скорости через задействованное отверстие (8). Камера (4) является достаточно большой для того, чтобы производить у задействованного отверстия (8) внутреннюю искусственную струю внутри камеры (4). Кроме того, камера (4) выполнена с возможностью содержать объект (5), таким образом обеспечивая возможность охлаждения объекта (5) внутренней искусственной струей. Такая компоновка обычно допускает многофункциональное использование существующей камеры, содержащей подлежащий охлаждению объект, и для ее первоначальной цели (например, отражатель в лампе или модуль подсветки СИД), и в качестве камеры, производящей внутренние искусственные струи, поэтому охлаждающее устройство обычно фактически не требует дополнительного пространства и веса и может обеспечиваться по низкой цене. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к электротехническим средствам обеспечения рабочих характеристик интегральных схем (ИС) в защищенной бортовой аппаратуре, в частности, микропроцессоров и микроконтроллеров, путем термостабилизации поверхности корпуса ИС. Технический результат - повышение эффективности работы устройства, увеличение надежности функционирования аппаратуры во всем диапазоне ее рабочих температур и повышение стабильности рабочих характеристик устройства. Достигается тем, что в устройстве стабилизации температуры электронных компонентов, содержащем плату (например, печатную плату) для размещения на ней электрорадиоэлементов, схему регулирования температуры и электрически соединенные с ней нагревательный элемент и датчик температуры, расположенный на рабочей поверхности платы, на печатной плате установлена своей контактной стороной по меньшей мере одна интегральная схема, требующая термостабилизации, с размещенным на ее противоположной стороне плоским радиатором, а нагревательный элемент установлен на площадке, выполненной в центральной части радиатора на его наружной поверхности, причем выводы нагревательного элемента подключены к схеме регулирования температуры через контактные площадки печатной платы. При этом площадь поверхности радиатора, прилегающей к наружной поверхности корпуса интегральной схемы, не меньше площади поверхности корпуса интегральной схемы. 10 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к электронной технике. Процесс изготовления многокристальных трехмерных ИС методом вертикальной сборки с применением технологии TSV включает в себя формирование в кристаллах на кремниевой пластине сквозных медных проводников с выступами над лицевой или тыльной стороной утоненных пластин. Предлагается одновременно с травлением глубоких вертикальных отверстий (ГВО) в кремнии вытравить и глубокие вертикальные траншеи (ГВТ) по границам кристаллов и одновременно с ГВО в кремнии заполнить их стенки металлом с аналогично сформированными выступами. Сквозные вертикальные проводники (СВП) и сквозные теплоотводящие рамки (СТР) на соединяемых пластинах одновременно соединяются, при этом герметизируется пространство между соединенными кристаллами, значительно увеличивается прочность соединения кристаллов. Создается теплоотводящая система как от каждого кристалла, так и от всей сборки кристаллов. Изобретение позволяет полностью электрически экранировать многокристальную сборку, включая и возможность создания электрического экрана между соединяемыми кристаллами, а также возможность уменьшить ширину межкристальных дорожек до уровня порядка единиц микрометров. 10 з.п. ф-лы, 23 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к полупроводниковой преобразовательной технике, и может использоваться в статистических преобразователях электрической энергии, в агрегатах на основе силовых полупроводниковых приборов и модулей. Сущность изобретения достигается тем, что устройство включает термосифон, содержащий конденсатор с внешним оребрением и внутренними каналами конденсации, соединенный с испарителем, заполненным жидким промежуточным теплоносителем. Испаритель с конденсатором соединены через расходный коллектор, а сверху над конденсатором расположен паровой коллектор. Дополнительно содержит второй идентичный термосифон. В испарителях расположены внутренние вертикальные ребра. Между трубчатыми конденсаторами термосифонов расположена изоляционная вставка. В каждом термосифоне трубчатый конденсатор состоит из пучка вертикальных трубок, каждая из которых имеет внутреннее спиралевидное ребро. Сверху к паровым коллекторам термосифонов жестко прикреплены клапаны избыточного давления. Количество вертикальных трубок и геометрические размеры вертикальных трубок в пучке трубчатого конденсатора одного термосифона определяется по формуле. Между трубчатыми конденсаторами термосифонов расположена изоляционная вставка из пресс-материала определенных размеров. Испарители термосифонов заполнены жидким промежуточным теплоносителем, перфтортриэтиламином, таким образом, что 70-75% по высоте их внутренние вертикальные ребра находятся в среде жидкости, остальные части внутренних вертикальных ребер - вне жидкости. Каждая вертикальная трубка трубчатого конденсатора имеет внутреннее спиралевидное ребро, высота которого определяется по формуле. Изобретение позволяет повысить эффективность охлаждающего устройства, улучшить технологичность изготовления, снизить материалоемкость устройства, дифференцировать конструкцию устройства в зависимости от уровней мощностей тепловых потерь охлаждаемых силовых полупроводниковых приборов (СПП). 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к металлокерамической связанной подложке и, в частности, к объединенной подложке с жидкостным охлаждением, и к способу ее изготовления. Технический результат - уменьшение затрат на материалы и изготовление, и уменьшение изгиба (деформации формы), повышение прочности и теплоизлучающей производительности. Достигается тем, что объединенная подложка 1 с жидкостным охлаждением, в которой металлическая монтажная плата 15, изготовленная из алюминия или сплава алюминия, соединена с одной поверхностью керамической подложки 10, одна поверхность пластинчатой металлической базовой пластины 20, изготовленной из алюминия или сплава алюминия, соединена с другой поверхностью керамической подложки 10, и радиатор 30 жидкостного типа охлаждения, состоящий из экструзионного материала, соединен с другой поверхностью металлической базовой пластины 20, в которой отношение между толщиной t1 металлической монтажной платы 15 и толщиной t2 металлической базовой пластины 20 удовлетворяет t2/t1≥2, где толщина t1 металлической монтажной платы 15 составляет от 0,4 до 3 мм, а толщина t2 металлической базовой пластины 20 составляет от 0,8 до 6 мм. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 21 ил., 3 табл., 5 пр.

Изобретение имеет отношение в общем к силовой электронике, а более конкретно, к усовершенствованному охлаждению для силовой электроники. Заявленный теплоотвод (60, 70) для охлаждения по меньшей мере одного корпуса (20) электронного устройства включает нижнюю крышку (12), верхнюю крышку (14) и тело (16), сформированные по меньшей мере из одного теплопроводящего материала. Тело (16) расположено между нижней и верхней крышками (12, 14) и герметично соединено с ними, при этом оно ограничивает сужающуюся входную распределительную камеру (136), конфигурированную для приема хладагента, входные С-образные коллекторы (130), конфигурированные для приема хладагента из сужающейся распределительной входной камеры (136), и обратные выходные С-образные коллекторы (132), конфигурированные для выпуска хладагента. Входные и выходные коллекторы чередуются и расположены в круговой конфигурации. Выходные коллекторы проходят вокруг только части тела и заканчиваются рядом с противоположными сторонами (135, 137) входной камеры. Тело теплоотвода также ограничивает сужающуюся выходную камеру (138), конфигурированную для приема хладагента из выходных коллекторов, причем входные коллекторы проходят вокруг только части тела теплоотвода и заканчиваются рядом с противоположными сторонами (131, 133) сужающейся выходной камеры (138). Милликаналы (34) сформированы в теле теплоотвода или по меньшей мере в одной из крышек и конфигурированы для приема хладагента из входных коллекторов и подачи хладагента в выходные коллекторы. Милликаналы расположены радиально, при этом Милликаналы, входные коллекторы и выходные коллекторы конфигурированы так, чтобы охлаждать одну из верхней и нижней контактных поверхностей корпуса электронного устройства. Технический результат заключается в создании улучшенной конструкции теплоотводов, которые препятствуют протеканию хладагента на электронику во время сборки, разборки или обслуживания, а также которые позволяют использовать эффекты рассеяния тепла для улучшенного охлаждения силовой электроники, при этом обеспечены низкие производственные затраты и увеличенная теплопередача высокой надежности, а также большой рабочий запас. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 15 ил.

Изобретение предназначено для осуществления направленного регулируемого отвода тепла в радиоэлектронной и электротехнической аппаратуре и поддержания минимальной рабочей температуры теплонагруженных элементов - мощных ЭРИ, узлов, блоков и модулей, что приводит к значительному увеличению их сроков эксплуатации. Технический результат - создание регулируемого по отводу тепловой энергии устройства отвода тепла, содержащего термоэлектрические модули требуемых габаритов и мощности, соединенные нагреваемыми сторонами припоем или приклейкой на высокотеплопроводный клей с двух сторон с Т-образной гипертеплопроводящей системой и охлаждаемыми сторонами с двумя плоскими гипертеплопроводящими системами. На внешние стороны плоских гипертеплопроводящих систем устанавливаются мощные ЭРИ, узлы, блоки и модули для обеспечения теплоотвода и термопары, обеспечивающие регулирование отвода теплового потока за счет электрической обратной связи между термопарами и источниками питания термоэлектрических модулей. Устройство отвода тепла устанавливается и фиксируется на термоплите. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх