具有隔热和温度调节的集成电路制造技术

本申请案涉及具有隔热及温度调节的集成电路。所揭示实例包含集成电路(100)，其具有：模制封装(106)，其包含腔体(110)；及半导体裸片(102)，其在所述腔体(110)内与所述模制封装(106)的内表面间隔开。所述半导体裸片(102)包含一或多个电组件(104)；热控制组件(R1、R2)，其用于控制所述电组件(104)的温度；及驱动器(118)，其用于至少部分地根据设置点信号(SP)向所述热控制组件(R1、R2)提供电流或电压信号。

【技术实现步骤摘要】
具有隔热和温度调节的集成电路
本申请案涉及具有隔热及温度调节的集成电路。
技术介绍
温度调节电路对于需要稳定电压或电流信号的仪器、计量及其它装置非常重要。形成在半导体衬底中或其上的电组件通常在操作中经受热漂移。散热及其它技术可帮助从集成电路(IC)的模制封装中去除热量。某些方法使用板上加热或热传递组件来控制IC中的电组件的温度。这些技术可与隔热结构耦合以促进组件温度的稳定。然而，这些方法是昂贵的并增加了功耗。IC中的组件也受机械应力影响，从而导致随温度变化的参数偏移及电势漂移。例如，已知的是，由于封装材料引起的热机械应力，例如晶体管的阈值电压、IC的高精度参考电压等电特性会漂移。低弹性模量的封装材料可用来增强应力免疫性，但是这些材料通常具有高热膨胀系数(CTE)，且封装在这种材料中的IC装置由于应力及温度漂移两者而仍然受到参数变化的影响。
技术实现思路
所揭示实例包含集成电路，其具有包含腔体的模制封装及腔体内的半导体裸片。半导体裸片包含一或多个电组件，其中热控制组件及驱动器用于控制电组件的温度。半导体裸片在腔体内至少部分地与模制封装的内表面间隔开，以改善绝热以实现改善的温度稳定性。在某些实例中，半导体裸片102的全部外表面与模制封装结构106的内表面间隔开，且裸片由接合线附接件支撑以进一步增强绝热并减轻机械应力。附图说明图1是根据一个实施例的集成电路的截面侧正视图，所述集成电路包含半导体裸片及电阻式热控制电路，所述半导体裸片由接合线悬挂在密封内腔中用于与模制封装结构隔热，所述电阻式热控制电路用于调节电组件的温度。图2是另一集成电路实施例的截面侧正视图，所述集成电路实施例包含半导体裸片及热电结构，所述半导体裸片悬挂在模制封装结构腔体中，所述热电结构用于向电组件提供热量或从电组件中去除热量。图3是另一集成电路实施例的截面侧正视图，所述集成电路实施例包含半导体裸片及多级热电结构，所述半导体裸片悬挂在模制封装结构腔体中，所述多级热电结构具有导电环形环以用于控制电组件温度。图4是另一集成电路实施例的截面侧正视图，所述集成电路实施例包含半导体裸片及热电结构，所述半导体裸片悬挂在模制封装结构腔体中，所述热电结构具有垂直沟槽，所述垂直沟槽填充有半导体裸片中的绝缘材料。图5是另一集成电路实施例的截面侧正视图，所述集成电路实施例包含半导体裸片及第二半导体裸片，所述半导体裸片悬挂在模制封装结构腔体中，所述第二半导体裸片囊封在模制封装结构中。图6是另一集成电路实施例的截面侧正视图，所述集成电路实施例包含半导体裸片及热控制电路，所述半导体裸片悬挂在模制封装结构腔体中，所述热控制电路具有设置点产生器电路。图7是展示在图6的集成电路中具有波形产生器及开关电路的实例设置点产生器的示意图。图8是展示图6及7的实施例中的设置点信号及温度波形的信号图。具体实施方式在附图中，相同的元件符号在全文表示相同的元件，且各种特征不一定按比例绘制。在以下讨论及权利要求中，术语“包含(including)”、“包含(includes)”、“具有(having)”、“具有(has)”、“具有(with)”或其变体旨在以类似于术语“包括”的方式具有包含性，且因此应被解释为意指“包含但不限于...”。另外，术语“耦合(couple)”或“耦合(couples)”旨在包含间接或直接的电或机械连接或其组合。例如，如果第一装置耦合到第二装置或与第二装置耦合，那么可通过直接电连接或通过经由一或多个介入装置及连接进行的间接电连接来进行所述连接。图1展示了具有半导体裸片102的集成电路(IC)100，所述半导体裸片102包含一或多个电组件104。在某些实例中，裸片102包含例如硅、SOI或其它半导体衬底等的衬底101，且所述组件104形成在衬底101上或衬底101中。在一个实例中，组件104是齐纳二极管，其用于产生用于IC100或主电路(未展示)中的稳定电压参考信号。其它实例中的组件104是电阻器、电感器、电容器、电压参考、振荡器电路或其它频率时基或其组合，或高阶电路功能组件的其它单个组件(例如放大器、电压-电流转换器、A/D转换器等)。通过调节或以其它方式控制组件104的温度，可使用紧凑但不精确组件，其占用较小的面积同时提供热稳定性。IC100被容置在具有引线框结构的模制封装结构106中，所述引线框结构包含例如裸片或芯片焊盘等的基座107及多个电导体108。图1的实例是表面安装式IC100，其中引线框电导体108具有暴露的平坦底表面以允许成品IC焊接到主印刷电路板(PCB，未展示)的对应衬垫用于电连接到裸片102。模制封装结构106可为对裸片102提供电绝缘及机械保护的任何合适的模制材料，且可包含低弹性模量材料以增强应力免疫性。所揭示的隔热及机械隔离技术及概念允许使用具有高热膨胀系数(CTE)及高热导率的模制封装材料106以节省成本，同时提供所述电组件104的温度稳定操作。如图1中所示，模制封装106包含腔室或腔体110，且半导体裸片102在腔体110内与模制封装106的内表面全部或至少部分地间隔开。裸片102可以任何合适的方式被支撑在腔体110内，其中半导体裸片102的外表面的至少部分与模制封装结构腔体110的内表面间隔开。以此方式，外部裸片表面不与导热模制封装材料106或基座107接触。相反，裸片102通过模制封装腔体110中的空气或其它气体隔热，空气或其它气体通常具有较高绝热系数。这又促进在如下文进一步描述的操作期间对电组件104的温度进行内部控制。在各种替代实施例中，腔体110被抽空气体或以较低原子量的气体进行回填且经由膜114进行密封，以实现更高水平的绝热。除了改善的热稳定性之外，某些所揭示的实例通过将电组件104及主裸片102完全或至少部分地与相关联于模制封装材料106的应力隔离来促进机械稳定性。在图1的实例中，半导体裸片102的整个外表面与模制封装结构106的内表面间隔开。在其它实例中，裸片102的表面的部分可在腔体110中与模制封装结构106的内表面接触，或与支撑结构等(例如，下面的图4)接触。在图1中，裸片102由从引线框传导结构108延伸到内腔110中的接合线112悬挂。在用以形成模制封装材料106的模制工艺之前，接合线112焊接、超声波焊接或以其它方式连接到半导体裸片102的顶部上的接合垫113以在接合垫113与相关联的引线框传导结构108之间形成电连接。在图1的实例中，腔体110被覆盖腔体孔或孔隙116的膜层114密封。如所说明，孔116可位于腔体110的上部中，或腔体可穿过侧面或穿过底部或其组合穿孔。孔116可用于在形成模制结构106之后使用热蒸发或升华的升华材料或其它牺牲材料来促进悬挂裸片结构的制造，以使裸片102保持被接合线112悬挂，如图1中所示。在2016年8月26日申请的标题为“浮动裸片封装(FloatingDiePackage)”的第15/248,151号美国专利申请案中说明及描述了合适的制造工艺及材料，所述申请案的全部内容特此以引用方式并入。在某些实例中，模制结构106覆盖或以其它方式密封半导体裸片102、引线框结构107、108的部分及接合线112。在一个实例中，腔体110通过在模制之前在半导体裸片102上方沉积牺牲本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种集成电路IC，其包括：引线框结构，其包含多个电导体；多根接合线，其单独地连接到所述引线框结构的所述电导体中的对应者；模制封装结构，其围封所述引线框结构的部分及所述接合线，所述模制封装结构包含由所述模制封装结构的内表面限定的腔体；及半导体裸片，其至少部分地安置在所述腔体内，所述半导体裸片包含：外表面，所述半导体裸片的所述外表面的至少部分与所述模制封装结构的所述内表面间隔开，多个接合垫，其单独地连接到所述接合线中的对应者，至少一个电组件，及热控制电路，其用于控制所述电组件的温度。

【技术特征摘要】
2016.12.20 US 15/385,0981.一种集成电路IC，其包括：引线框结构，其包含多个电导体；多根接合线，其单独地连接到所述引线框结构的所述电导体中的对应者；模制封装结构，其围封所述引线框结构的部分及所述接合线，所述模制封装结构包含由所述模制封装结构的内表面限定的腔体；及半导体裸片，其至少部分地安置在所述腔体内，所述半导体裸片包含：外表面，所述半导体裸片的所述外表面的至少部分与所述模制封装结构的所述内表面间隔开，多个接合垫，其单独地连接到所述接合线中的对应者，至少一个电组件，及热控制电路，其用于控制所述电组件的温度。2.根据权利要求1所述的IC，其中所述半导体裸片的全部所述外表面与所述模制封装结构的所述内表面间隔开，且其中所述半导体裸片通过所述接合线悬挂在所述腔体内。3.根据权利要求1所述的IC，其中所述腔体被密封。4.根据权利要求1所述的IC，其中所述热控制电路包含：电阻器，其形成在所述半导体裸片中；及驱动器，其向所述电阻器提供电流或电压信号以向所述电组件提供热量。5.根据权利要求4所述的IC，其中所述热控制电路进一步包含热敏组件，其用于感测所述电组件的所述温度并向所述驱动器提供第一信号，且其中所述驱动器根据所述第一信号及设置点信号来控制所述电流或电压信号以调节所述电组件的所述温度。6.根据权利要求1所述的IC，其中所述热控制电路包含热电结构及驱动器，所述驱动器用于向所述热电结构提供电流或电压信号以选择性地向所述电组件提供热量或从所述电组件中去除热量。7.根据权利要求6所述的IC，其中所述热控制电路进一步包含热敏组件，其用于感测所述电组件的所述温度并向所述驱动器提供第一信号，且其中所述驱动器根据所述第一信号及设置点信号来控制所述电流或电压信号以调节所述电组件的所述温度。8.根据权利要求6所述的IC，其中所述半导体裸片包含：衬底；电介质层，其形成在所述衬底的顶侧上；热电材料层，其形成在所述电介质层的顶表面上以提供所述热电结构；内部环形环结构，其穿过所述电介质层形成在所述衬底的所述顶侧的环形内部与所述热电材料层的环形内部之间以在所述衬底与所述热电材料层之间提供内部环形热传导路径；及外部环形环结构，其与所述内部环形环结构横向向外间隔开且靠近所述半导体裸片的横向边缘，所述外部环形环与所述热电材料层及所述接合垫及所述接合线进行热传导以在所述内部环形环结构与所述接合垫之间提供横向热传导路径，以在所述半导体裸片与所述接合线之间传递热量。9.根据权利要求8所述的IC，其中所述半导体裸片进一步包含裸片附接结构(406)，其在所述引线框结构与所述衬底的底侧的靠近所述半导体裸片的所述横向边缘的部分之间延伸以提供另一个热传导路径以在所述半导体裸片与所述引线框结构之间传递热量。10.根据权利要求9所述的IC，其中所述半导体裸片进一步包含在所述电介质层的顶侧上彼此横向向外间隔开的多个环形传导结构，所述多个环形传导结构包含：内部环形传导结构，其至少部分地形成在所述内部环形环结构上；及外部环形传导结构，其经形成靠近所述半导体裸片的所述横向边缘且与所述接合垫进行热传导...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·J·马莱，本杰明·库克，R·A·内伊多尔夫，史蒂夫·库默尔，
申请(专利权)人：德州仪器公司，
类型：发明
国别省市：美国,US