Brevet FR2099660A1 — publié le 19720317

L'invention concerne un circuit semi-conducteur monolithique. intégré avec température de cristal contrôlée de circuit comportant un élément de circuit générateur commandé, placé dans le cristal. 5 Lorsqu'on utilise des circuits semi-conducteurs in tégrés, on attache une grande importance au fait que la dépendance des propriétés électriques du circuit par rapport à la température ambiante et à la dissipation de chaleur dépendant de la charge des éléments du circuit intégré soient minimales. 10 Pour réduire cette dépendance, il est déjà connu de maintenir constante la température du cristal d'un circuit semi-conducteur monolithique intégré à l'aide d'ion circuit de commande de température actif intégré .dans le même cristal. Dans ces' dispositifs, le cristal est monté dans une enveloppe 15 ayant une haute résistance thermique (Brevets des Etats-Unis n° 3.308.271 et 3.383.614). Le but de l'invention est d'améliorer le contrôle de température connu-et de fournir un circuit intégré dans lequel la dépendance des propriétés électriques par rapport à 20 la dissipation de chaleur des éléments du circuit est pratiquement éliminée. Selon l'invention, ce but est atteint du fait qu'un élément de circuit servant de détecteur de- température pour le circuit de contrôle de température et les éléments de circuit 25 les plus dépendants de la température sont répartis sur une circonférence de façon pratiquement symétrique, alors que les éléments de circuit qui dissipent le plus de chaleur et l'élément de circuit générateur de chaleur sont également arrangés symétriquement et eoncentriquement par rapport au 30 centre de cette circonférence. Le centre de la circonférence peut coïncider avec le centre de la surface du-cristal. Selon une autre forme de réalisation de l'invention, l'élément du circuit générateur de chaleur peut être conçu 35 comme un élément ionique au centre de la circonférence ou être divisé en plusieurs éléments situés sur une seconde circonférence concentrique à la circonférence citée en premier lieu. De ce fait l'élément de circuit qui dissipe le plus 40 de chaleur peut être disposé au centre, ou les éléments de 71 27662 2 2099660 circuit qui engendrent le plus de chaleur peuvent être placés sur une autre circonférence autour du même centre. Lorsque le circuit intégré comporte un seul élément qui dissipe la plupart de la chaleur, cet élément peut être divisé en plusieurs 5 éléments secondaires qui sont placés symétriquement sur l'aute circonférence. Le dispositif conforme à l'invention présente les avantages que le placement des éléments de circuit les plus dépendants de la température à des points du cristal dont la 10 température varie le moins à pour effet que la dépendance de la température totale du circuit semi-conducteur intégré est considérablement réduite. La description qui va suivre, en regard des dessins annexés, fera bien comprendre comment l'invention peut être 15 réalisée. Les figures 1 à 3 sont des vues en plan des cristaux de circuits semi-conducteurs intégrés représentés schématique-ment selon trois formes de réalisation différentes de l'invention. 20 La figure 4 est une -vue en plan du cristal d'une forme de réalisation pratique d'un circuit semi-conducteur conforme à l'invention qui correspond à la représentation schématique de la figure 1. La figure 5 représente le circuit du dispositif semi-25 conducteur de la figure 4. Les figures 1 à 3 sont des vues en plan schématiques de cristaux de circuits semi-conducteur monolithiques intégrés avec, contrôle de la température du cristal. Chacune de ces figures représente un arrangement possible, de l'élément de 30 circuit engendrant la chaleur 4 et des éléments de circuit dissipant de la chaleur 3. Dans la forme de réalisation représentée sur la figure l'élément de circuit généraleur de chaleur est situé au centre de la surface du cristal. Les éléments de circuits 3a à 3d 35 qui dissipent le plus de chaleur sont placés soit symétriquement, par. rapport aux axes de.symétrie A - A, B - B, C - C, et D - D de la surface du cristal/ soit sur ces axes,,sur une circonférence, de rayon, r2 autour du centre de la surface du cristal. Le rayon r-g peut être plus grand, égal ou inférieur au rayon r^ de la circonférence sur laquelle sont arrangés 40 71 27662 3 2099660 les éléments de circuits les plus dépendants de la température 2a à 2g et le capteur de température ou détecteur de chaleur 5. De préférence le circuit est conçu de telle façon que la chaleur dissipée par les éléments 3a à 3d est répartie uniformément. 5 Dans la forme de réalisation représentée sur la figure 2, l'élément de circuit 3 qui dissipe le plus de chaleur est placé au centre de la surface du cristal. L'élément de circuit engendrant la chaleur 4 comporte plusieurs éléments secondaires 4a à 4d qui sont placés soit symétriquement par rapport aux 10 axes A-A, B - B, C - C et D - D sur la surface du cristal soit sur ces axes, sur une circonférence de rayon rg autour du centre de la surface du cristal. Les éléments de circuit les plus dépendants de la température 2a à 2g et le capteur de température 5 sont également placés symétriquement par rapport 15 aux axes de symétrie A - A et B - B de la surface du cristal sur une circonférence de rayon r^ autour du centre de la surface du cristal. Ce rayon r^ peut être plus grand, égal ou inférieur au rayon r2. Dans la forme de réalisation représentée sur la 20 figure 3» les éléments de circuits 3a à 3d qui dissipent le plus de chaleur et.les éléments secondaires 4a à 4d qui forment ensemble l'élément de circuit engendrant la chaleur sont placés soit symétriquement par rapport aux axes de symétrie A - A, B - B, C - C et D - D du cristal, soit sur ces axes, 25 sur des circonférences de rayon r^ et r^ respectivement. Dans cette forme de réalisation, l'agencement est de préférence tel que la dissipation de chaleur et la formation de chaleur sont distribuées uniformément entre les divers éléments. Le rayon r^ et le rayon r2 peuvent être plus grands, égaux ou 30 inférieurs au rayon r^ de la circonférence sur laquelle sont placés également symétriquement par rapport aux axes de symétrie A - A et B - B de la surface du cristal, les éléments de circuits les plus dépendants de la température 2a à 2g et le détecteur de chaleur 5. 35 Un tel agencement des éléments de circuit sur "la surface du cristal permet -une distribution de température uniforme, de sorte que les éléments de circuit les plus dépendants de la température sont sujets à des fluctuations minimales de température avec par conséquent une faible dépendan-^ ce des propriétés électriques du circuit intégré sur sa condition 71 27662 4 2099660 opérationnelle, en l'occurence la charge qui lui est imposée. La figure 4 est une vue en plan d'un cristal d'un agencement pratique d'un circuit intégré conforme à l'invention, dont le schéma est représenté sur la figure 5, 5 Le circuit intégré est un stabilisateur de tension destiné à être utilisé comme dispositif à deux bornes de sortie qui maintient constante la tension aux bornes de sortie a et b entre lesquelles elle est fournie avec un courant donné. L'arrangement de circuit comporte des tran- 10 sistors T. à T,, et des diodes D. à B,. 13 1 j Pour réduire l'influence de la température sur la tension stabilisée, le circuit intégré comporte un circuit de contrôle de température comportant les transistors à T ^ et une diode D^. Les éléments de circuits sont situés sur la 15 surface du cristal selon l'arrangement représenté sur la figure 1. Le transistor T^0 qui remplit la fonction d'éléments générateur de chaleur est situé au centre du cristal carré ayant des côtés de 1,1mm. Dans l'agencement de circuit dont les influence de la 20 température doivent être éliminées, l'élément de circuit qui dissipe le plus de chaleur, le transistor T^, est subdivisé en quatre transistors à placés sur une circonférence autour de l'élément T Les éléments de circuit dont l'influence sur le comportement du circuit est la plus dépendante 25 de la température sont placés de chaque côté et près des axes de symétrie de cet arrangement qui sont représentés en.lignes en pointillé et à l'extérieur de la circonférence 4. Ces éléments de circuits sont les diodes D„ à D-, et le transistor T-, 13 3 du circuit stabilisateur de tension et le transistor Tj et la 30 diode D^ de l'amplificateur de contrôle qui contrôle l'élément chauffant La diode D^ de l'amplificateur de contrôle sert d'élément de référence tandis que le transistor sert de capteur de mesure et, par l'intermédiaire d'un amplificateur différentiel comportant les transistors et T^, contrôle 35 l'élément chauffant en concordance avec la température à l'endroit du transistor T^. Ces deux éléments sont également placés sur une circonférence autour de l'élément chauffant 71 27662 5 2099660 Par conséquent, la température à l'endroit du transistor Tj et par suite la température de part et d'autre des axes de symétrie précités est maintenue constante, l'agencement des transistors qui forment ensemble le transistor étant tel que l'influence du tranfert de chaleur de ce .transistor sur la température des emplacements précités sur le cristal est minimale. 71 27662 6 2099660 5-E-Y.E M S.1 S.4.?.1 0 5 s 1.- Circuit semi-conducteur monolithique intégré avec température de cristal contrôlée, ce circuit comportant un élément de circuit générateur de chaleur commandé, placé 5 dans le cristal, ce circuit semi-conducteur étant caractérisé en ce qu'un élément de circuit servant de détecteur de température pour le circuit de contrôle de température et les éléments de circuits les plus dépendants de la température sont répartis sur une circonférence de façon sensible-10 ment symétrique, alors que les éléments de circuits qui dissipent le plus de chaleur et l'élément de circuit générateur de chaleur sont également arrangés symétriquement et concen-triquement par rapport au centre de cette circonférence. 2.- Circuit semi-conducteur intégré selon la reven-15 dication 1, caractérisé en ce que l'élément de circuit générateur de chaleur est placé au centre de ladite circonférence et en ce que les éléments de circuits qui dissipent le plus de chaleur sont placés symétriquement pat* rapport aux * axes de symétrie passant par le centre de cette circonférence 20 sur une autre circonférence dont le rayon est inférieur* égal ou supérieur au rayon de ladite circonférence sur laquelle sont placés les éléments de circuit qui sont les plus dépendants de la température et le capteur de. température. 3.- Circuit intégré selon la revendication 1, carac-25 térisé en ce que l'élément de circuit qui dissipe le plus de chaleur est placé au centre de ladite circonférence et en ce que l'élément de circuit générateur de chaleur est subdivisé en plusieurs éléments secondaires qui sont placés symétriquement par rapport aux axes 71 27662 7 2099660 centre que la première circonférence et en ce que les éléments de circuits qui dissipent le plus de chaleur sont également placés symétriquement par rapport aux axes de symétrie passant par le centre de la première circonférence, sur une troisième 5 circonférence de même centre que la première circonférence. 5.- Circuit intégré selon la revendication 4, caractérisé en ce que le rayon de la deuxième circonférence est inférieur au rayon de la troisième circonférence et en ce que les deux rayons sont inférieurs ou supérieurs au rayon de la 10 première circonférence sur laquelle sont placés les éléments de circuits dépendant de la température et le capteur de température . 6.- Circuit intégré selon la revendication 4, caractérisé en ce que le rayon de la deuxième circonférence est 15 supérieur au rayon de la troisième circonférence et en ce que les deux rayons sont soit inférieurs, soit supérieurs au.rayon de la première circonférence sur laquelle sont placés les éléments de circuits dépendant de la température et le capteur de température. 20 7.- Circuit intégré selon la revendication 4, carac térisé en ce que les rayons d'au moins dëux des trois circonférences précitées sont identiques. 8.- circuit intégré selon l'une des revendications 1 à 7» caractérisé en ce que l'élément de référence du circuit de 25 contrôle de température pour l'élément de circuit contrôlé engendrant la chaleur, est placé sur la circonférence sur laquelle sont également placés les éléments de circuit qui sont les plus dépendants de la température et le capteur de température.