降低集成电路温漂和全温程失调的修正技术制造技术

本发明专利技术涉及微电子技术领域，主要解决降低集成电路温漂和全温程失调问题。本发明专利技术从集成电路差分放大器的热电一体分析入手，推导出失调量ε与电学不对称ａ和热学不对称△Ｔ的关系式ε∝１－（１＋ａ）（１－Ｂ△Ｔ／Ｔ↑［２］）。在此基础上提出采用双激光逐步收敛逼近零的修正方法，消除电学不对称ａ和自身功率引起的热学不对称△Ｔ；提出采用支座中间为细腰式的匀温台封装结构以消除环境温度造成的热学不对称。可用于新一代集成运放的生产工艺。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微电子
，特别是涉及一种降低集成电路温漂和全温程失调的技术。众所周知，引起集成电路的温漂主要由输入级差分放大器的电学和热学的不对称及它们对电路的影响的不同温度特性所造成。其中，电学的不对称主要由差分放大器的二个管子Q1、Q2的基区宽度不同造成，其形成原因是工艺的局部起伏。热学的不对称有两个原因，一是由整个芯片(对应整个运放电路)的全部元件功耗决定，二是由环境温度梯度引起。这种电学的不对称，自身功耗引起的不对称，环境温度引起的热学不对称，三者织在一起，形成了失调。目前，对于温漂和失调的修正，大都采用激光修正，斩波稳零和动态调零三种方法，其中激光修正是采用修正电路中的薄膜电阻来消除失调，即在25℃下修正电路的某一电阻，因而不能达到全温程的极低失调，例如0P-07集成电路的失调是在25℃为10μV，在-55℃上升为30μV。斩波稳零的本质缺点是斩波会出现尖峰和毛刺，而且从原理上也限制了器件的高频性能，例如F7650的fT＝2M。动态调零的最大缺点是调零本身要花时间，信号采集一定要避开调零，同时电路也很复杂。本专利技术的目的在于避免上述已有技术的不足，提供一种可在全温程范围(-55℃～+125℃)内降低失调和温漂的工艺方法与封装结构。实现本专利技术目的技术方案是从集成电路差分放大器的热电一体分析入手，推导出失调量ε的一般公式，提出双激光修正工艺的方法步骤和匀温台封装结构。以下结合附图详细说明本专利技术的内容附图说明图1是模拟集成电路的输入差分放大器图2是失调量ξ为环境温度的关系图3是失调电压与环境温度的关系图4是双激光修正法的版5是热场修正的控制电路图6是匀温台原理结构图7是匀温台上表面温差与台高关系图8是匀温台中一层的热流图示差分放大器的热电一体分析如图1所示的输入差分放大器，是一切模拟集成电路决定失调，温漂的关键部分。热学不对称ΔT定义为ΔT＝T1－T2(1)T1、T2为Q1、Q2的发射结绝对温度，ΔT的量级一般不大于零点几度。为方便令T2＝T，T1＝T＋ΔT，由于Q1，Q2的发射芯片自身功耗的温升一般为几度和十几度最多几十度量级，为分析方便，令T＝环境温度。ΔT＝0时的输出不对称性，即IC1·R1≠IC2R2主要由基区宽度和集电极电阻决定。IC、IC2为Q1、Q2的集电极电流。发射结下的共用恒源使IC1＋IC2＝常数I0而且由于不对称较小，所以IC1≈IC2≈12I0]]>，当没有热学不对称时IC1/IC2＝W2/W1，W1、W2为Q1、Q2的基区宽度，由于输入级的输出是下级差分放大器的输入，差分放大器输出电流是输入电压的指数函数，25mV的输入引起输出电流变系数大约3，因此第二级输入将输入级的集电极电位箝住最多只变化几mV，电路工作过程中的集电极电压对基区宽度的高制效应，在输入级实际不存在，如果ΔT＝0，一旦在某一温度达到电学对称，在所有温度下都有电学对称，这实际上是激光修正的物理基础，也是精密运放要求讲究的热设计的原因，但是实际上ΔT≠0，所以激光修正不能达到全温程(-55℃—+125°)范围的补偿。为此可进行热电一体分析。对Q1有Ic1~I01(T0)(T1T0)3e(T1-T0)EgVi(T1)T0eVBE/Vi(T1)---(2)]]>其中Vi1＝kT1/qR——波尔兹曼常数q——载流子电荷Eg——禁带宽度VBE——发射结偏压T0——参考温度T0(T0)——T0温度下Q1之饱合漏电源对Q2有类似Ic2~I02(T0)(T2T0)3e(T2-T0)EgVi(T2)T0eVBE/Vi(T2)---(3)]]>其中V12＝kT2/q，其余同前。ξ＝Ic1R1－Ic2R2代表了输入级的失调量。ξ=Ic1R1(1-Ic2R2Ic1R1)]]>=IeR1(1-W1R2W2R1(T2T1)3eqEqk(T2-T0T0T2-T1-T0T1T0)·eqVBEk(1T2-1T1))---(4)]]>利用I1≈I02]]>T1＝T＋ΔTT2＝T且令R2=W2W1R1(1+α)]]>则有ξ~1-(1+α)(TT+ΔT)3e-q(Eg-VBE)k(1T-1T+ΔT)---(5)]]>ΔT代表热学不对称，α代表电学不对称，当α＝0且ΔT＝0成立时，失调量ξ在所有温度下均等于零，也就没有温漂了。即是精心的热电一体设计也很难使ΔT＝0。需要指出α与ΔT与ξ影响的温度特性不同，α的影响不随温度而变，ΔT的影响随温度而变，通常某一温度如25℃下的激光修正电阻方法实质上是修正α，使ξ＝0即使(1+a)25=[(T25T25+ΔT)3e-q(Eg-VBE)K(1T25-1T25+ΔT)]-1----(6)]]>T25＝273＋25＝298°K而在其他温度下的失调量。ξ∝1-(1+α)25(TT+ΔT)3e-q(Eg-VBE)K(1T-1T+ΔT)---(7)]]>取典型值Eg＝1.7V，VBE＝0.7V进行计算，其结果如图2所示。例如当ΔT＝0.05°K，在25℃(T＋273＋25＝298°K)用激光修正集电极电阻(对应调正式7中的α)使失调等于零，在-55℃的失调为109μV，125℃的失调为102μV，但极性极反，温漂为～1.2μ/℃，ΔT＝0.01°K有类似的结果，但数值上小五倍，即-55℃的失调为19μV，125℃的失调的相反极性的22μV，温漂为大约0.2μV/℃，即相当于OP07器件的情况，ΔT＝0.01°K的Voff与T的关系如图3所示。双激光修正法双激光修正法的基础是(5)式，为了叙述方便，将(5)作一定简化以使方法的概念突出。ΔT一般小于1°K，q(Eg－VBE)/kT～40，把这些代入(5)则有ξ∝1-(1+α)(1-3ΔTT)(1-βΔTT2)-----(8)]]>β=q(Eg-VBE)6≈11604]]>3ΔTT/βΔTT2=3Tβ≈3×300β≈0.1]]>而且由于βΔTT2<11604(300)2≈0.1]]>所以有 9式是双激光修正的理论基础。双激光修正收敛法，就是对(9)式中a和ΔT进行逐次趋近于0的修正，使ε＝0。第一次，假定电路芯片制成后α＝α(0)，ΔT＝ΔT(0)，第一步先在高温T高＝373°K(＝273＋100)修正α使ξ≈0 再在低温＝300°K＝(273＋27)修正ΔT使ξ＝0 重复以上步骤得第二次本文档来自技高网...

【技术保护点】
降低一种集成电路温漂和全温程失调的修正技术，是从修正工艺方法和封装结构两方面实现，其特征在于：Ａ．修正工艺方法采用双激光修正法，对集成电路失调量ε∝１－（１＋ａ）（１－Ｂ△Ｔ／Ｔ↑［２］）的电学不对称ａ和热学不对称△Ｔ进行逐次趋近于０的 修正，使ε→０（式中Ｂ为常数，Ｔ为绝对温度），假定电路芯片制成后，ａ＝ａ↑［（０）］，△Ｔ＝△Ｔ↑［（０）］，第一步，先在高温Ｔ↓［高］＝３７３°Ｋ（２７３°＋１００°）下修正ａ，使ε≈０，得到第一次修正后的电学不对称，ａ↑［（１）］＝ Ｂ△Ｔ↑［（０）］／Ｔ↓［高］↑［２］。第二步，再在低温Ｔ↓［低］＝３００°Ｋ（２７３°＋２７°）下修正△Ｔ，使ε≈０，得到第一次修正后的热不对称量，△Ｔ↑［（１）］＝ａ↑［（１）］Ｔ↓［低］↑［２］／Ｂ＝Ｔ↓［低］↑［２］／Ｔ↓［高］ ↑［２］△Ｔ↑［（０）］，重复以上步骤，得到第二次修正的电学不对称ａ↑［（２）］和热对称△Ｔ↑［（２）］分别为：ａ↑［（２）］＝Ｔ↓［低］↑［２］／Ｔ↓［高］↑［２］ａ↑［（１）］△Ｔ↑［（２）］＝Ｔ↓［低］↑［２］／Ｔ↓［高］ ［２］△Ｔ↑［（１）］每次的收敛系数＝Ｔ↓［低］↑［２］／Ｔ↓［高］↑［２］＝（３００／３７３）↑［２］≈０．６４，每次循环使失调和温漂下降一个数量级；Ｂ．封装结构采用支座中间为细腰形，以降低外界温度场的梯度和消除辐射、对流的影响。...

【技术特征摘要】
1.降低一种集成电路温漂和全温程失调的修正技术，是从修正工艺方法和封装结构两方面实现，其特征在于A.修正工艺方法采用双激光修正法，对集成电路失调量ε∝1-(1＋a) 的电学不对称a和热学不对称ΔT进行逐次趋近于0的修正，使ε→0(式中B为常数，T为绝对温度)，假定电路芯片制成后，a＝a(0)，ΔT＝ΔT(0)，第一步，先在高温T高＝373°K(273°＋100°)下修正a，使ε≈0，得到第一次修正后的电学不对称， 第二步，再在低温T低＝300°K(273°＋27°)下修正ΔT，使ε≈0，得到第一次修正后的热不对称量， 重复以上步骤，得到第二次修正的电学不对称a(2)和热对称ΔT(2)分别为 每次的收敛系数 ，每次循环使失调和温漂下降一个数量...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鸿欣，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]