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    关 键 词:
    集成电路 及其 操作方法
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    摘要
    申请专利号:

    CN201010266307.8

    申请日:

    2010.08.26

    公开号:

    CN102385712A

    公开日:

    2012.03.21

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G06K 19/07申请日:20100826|||公开
    IPC分类号: G06K19/07; G06K7/00 主分类号: G06K19/07
    申请人: 旺宏电子股份有限公司
    发明人: 李睿中; 黄国真; 杜文宏
    地址: 中国台湾新竹科学工业园区力行路16号
    优先权:
    专利代理机构: 中科专利商标代理有限责任公司 11021 代理人: 周国城
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201010266307.8

    授权公告号:

    102385712B||||||

    法律状态公告日:

    2014.07.30|||2012.05.02|||2012.03.21

    法律状态类型:

    授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明公开了一种集成电路及其操作方法。该集成电路包括一热效应单元和一处理单元。该热效应单元经历一热循环来形成一电能和一暂时通道。该处理单元保有一热循环次数,且透过该暂时通道响应该电能而更新该热循环次数。利用本发明,该热电式射频集成电路在嵌入集成电路载具时就不需要占据太大的空间,亦即,就能够更轻易地嵌入该集成电路载具。

    权利要求书

    1.一种集成电路,其特征在于,包括:
    一热效应单元,经历一热循环来形成一电能和一暂时通道;及
    一处理单元,保有一热循环次数,且透过该暂时通道响应该电能而更
    新该热循环次数。
    2.根据权利要求1所述的集成电路,被固定到一塑料载具,其特征
    在于,该热循环具有一温度梯度和一可变温度,且该热效应单元包括:
    一电能机构,响应该温度梯度来形成该电能,且用以储存该电能;及
    一热侦测单元,当该可变温度大于一第一门限温度时,形成该暂时通
    道来传输该电能到该处理单元。
    3.根据权利要求2所述的集成电路,其特征在于:
    该电能机构包括一热电单元和一储能单元,该热电单元响应该温度梯
    度来形成该电能,且该储能单元用以暂时储存该电能;及
    该热侦测单元包括耦接于该电能机构和该处理单元之间的一热开关,
    当该可变温度大于该第一门限温度时,该热开关形成该暂时通道而被接
    通。
    4.根据权利要求3所述的集成电路,其特征在于:
    该储能单元包括耦接于该热电单元的一电容器;及
    该热开关包括两热侦测导电结构,当该可变温度大于该第一门限温度
    时,该两热侦测导电结构互相接触而使该热开关被接通,当该可变温度小
    于一第二门限温度时,该两热侦测导电结构互相电性隔离而使该热开关被
    关断,该第二门限温度小于该第一门限温度。
    5.根据权利要求1所述的集成电路,其特征在于,该处理单元包括
    一被动式射频识别,且该被动式射频识别包括:
    一天线;
    一调变电路,耦接于该天线;
    一电源控制器,耦接于该调变电路;
    一存储器单元,耦接于该电源控制器,储存该热循环次数和一热循环
    限制次数;及
    一逻辑单元,耦接于该调变电路、该存储器单元和该热侦测单元,透
    过该暂时通道响应该电能以通过增加该热循环次数一次而使该热循环次
    数被更新,且当该热循环次数达到该热循环限制次数时,发出一信号。
    6.一种集成电路的操作方法,其特征在于,包括下列步骤:
    保有一热循环次数;
    经历一热循环来形成一电能和一暂时通道;及
    透过该暂时通道响应该电能而更新该热循环次数。
    7.根据权利要求6所述的操作方法,其特征在于,该热循环具有一
    温度梯度和一可变温度,且该操作方法更包括下列步骤:
    通过一热电效应响应该温度梯度而使该电能被形成;
    储存该电能;
    通过该暂时通道传输该电能,其中当该可变温度大于一第一门限温度
    时,该暂时通道被形成;及
    当该可变温度小于一第二门限温度时,关断该暂时通道,该第二门限
    温度小于该第一门限温度。
    8.根据权利要求6所述的操作方法,其特征在于,该热循环次数以
    增加一次而被更新,且该操作方法更包括下列步骤:
    保有一热循环限制次数;
    当该热循环次数达到该热循环限制次数时,发出一信号。
    9.一种集成电路,其特征在于,包括:
    一电路单元,保有一热循环次数,且经历一热循环来形成一电能和导
    通该电能的一暂时通道以更新该热循环次数。
    10.根据权利要求9所述的集成电路,其特征在于,该电路单元包括:
    一热效应单元,经历该热循环来形成该电能和该暂时通道;及
    一处理单元,保有该热循环次数,且透过该暂时通道响应该电能而更
    新该热循环次数。

    说明书

    集成电路及其操作方法

    技术领域

    本发明是关于一种集成电路及其操作方法,特别是关于一种用于射频
    识别的集成电路及其操作方法。

    背景技术

    为了因应环保的趋势,集成电路包装的载具,例如,托盘等,能够回
    收再被使用。但因为集成电路载具为塑料材质,其受热后造成材质的特性
    变化而无法利用测量或检验设备予以检出,因此,当集成电路载具重复受
    热后进一步使用于工艺上时,将会使集成电路载具的质量存在风险。

    一般的射频识别(RFIC)分为被动式和主动式。被动式射频识别靠与
    读取器的电磁感应产生其所需电能;主动式射频识别必须被外加一电源以
    供应其所需电力。射频识别被固定到或嵌入集成电路的载具,对于主动式
    射频识别,为了缩小空间及节省成本,将产生电能的机构设计在该主动式
    射频识别内。

    请参阅图1,其为一现有射频识别系统20的示意图。射频识别系统
    20包括一读取器22和一被动式射频识别10。当读取器22欲读取被动式
    射频识别10时,读取器22传输一射频信号S11到被动式射频识别10。被
    动式射频识别10包括一天线11、一电源控制器12、一调变电路13、一存
    储器单元14、一逻辑单元15和一时钟选取器16。天线11靠与读取器22
    的电磁感应而转换射频信号S11为一交流信号S12。电源控制器12整流交
    流信号S12来分别提供直流供应电压给存储器单元14和逻辑单元15。时
    钟选取器16耦接于天线11,且提供一主时钟信号CLK1到逻辑单元15。
    逻辑单元15响应主时钟信号CLK1而控制存储器单元14,且依序读取存
    储器单元14中的数据来产生一编码的信息S13。调变电路13根据编码的
    信息S13而提供一调变信号S14到天线11,从而使读取器22获得存储器
    单元14中的该数据。

    一现有技术方案记载于美国第US?7,069,100?B2号公告专利,其揭露
    一种自动制造控制系统。一现有技术方案记载于美国第US?2005/0139250
    A1号公开专利,其揭露热电装置及其应用。一现有技术方案记载于美国
    第US?7,348,887?B1号公告专利,其揭露嵌入半导体的射频识别。一现有
    技术方案记载于美国第US?7,432,808?B2号公告专利,其揭露一种用于零
    件库存和追踪的无线??橹履艿脑鼐?。

    发明内容

    在本发明的第一概念中,透过将一颗射频集成电路嵌入集成电路载具
    中,预先评估集成电路载具可以承受热循环(Thermal?cycling)的次数,
    并将此热循环限制次数预先记录在该射频集成电路内。若该集成电路的载
    具已经超出或接近安全的次数,且半导体供应链工艺的读取器
    (Reader/Writer)侦测到此情况,则读取器发出警讯,如此,该集成电路
    载具就必须被停止使用。

    在本发明的第二概念中,利用半导体工艺将热电材料及机构嵌入射频
    集成电路内而形成热电式射频集成电路,接着,利用该热电式射频集成电
    路的包装/载具在整个半导体供应链中必须烘烤(Thermal?baking)的特性。
    该热电式射频集成电路在烘烤时会受热而将热能转换成电能,且将该电能
    储存在该热电式射频集成电路内的电容。该热电式射频集成电路仍保留被
    动式电源产生的功能。

    通过整合所述的第一概念和第二概念,该热电式射频集成电路在嵌入
    集成电路载具时就不需要占据太大的空间,亦即,就能够更轻易地嵌入该
    集成电路载具。

    本发明的第一实施例在于提出一种集成电路。该集成电路包括一热效
    应单元和一处理单元。该热效应单元经历一热循环来形成一电能和一暂时
    通道。该处理单元保有一热循环次数,且透过该暂时通道响应该电能而更
    新该热循环次数。

    本发明的第二实施例在于提出一种集成电路的操作方法,该操作方法
    包括下列步骤:保有一热循环次数;经历一热循环来形成一电能和一暂时
    通道;及,透过该暂时通道响应该电能而更新该热循环次数。

    本发明的第三实施例在于提出一种集成电路。该集成电路包括一电路
    单元。该电路单元保有一热循环次数,且经历一热循环来形成一电能和导
    通该电能的一暂时通道以更新该热循环次数。

    附图说明

    本案得通过下列图式的详细说明,俾得更深入的了解:

    图1:一现有射频识别系统的示意图;

    图2:本发明一实施例所提集成电路系统的示意图;

    图3(a):本发明一实施例所提热电单元的一实施结构所相关配置的
    示意图;

    图3(b):本发明一实施例所提热电单元的另一实施结构所相关配置
    的示意图;

    图4(a):本发明一实施例所提热侦测单元的一实施结构的示意图;

    图4(b):本发明一实施例所提热侦测单元的另一实施结构的示意图。

    【主要元件符号说明】

    10、501:被动式射频识别

    11、51:天线

    12、52:电源控制器

    13、53:调变电路

    14、54:存储器单元

    15、55:逻辑单元

    20:射频识别系统

    22:读取器

    30:集成电路系统

    31:集成电路

    32:电路单元

    35:集成电路载具

    40:热效应单元

    41:电能机构

    411:热电单元

    412:储能单元

    4121:电容器

    42:热侦测单元

    421:热开关

    4211、4212:热侦测导电结构

    50:处理单元

    60、70:热电单元的实施结构

    61:N型热电材料层

    62:P型热电材料层

    631、641、642、645、646:导电层

    73、74:绝缘衬底

    80、90:热侦测单元的实施结构

    801:俯视图

    802:前视图

    83:衬底

    8A1、8A2:导线

    CH1:暂时通道

    CLK1:主时钟信号

    D:距离

    EA1:电能

    H1:热量

    I1:电流

    L:长度

    ND1:热循环次数

    NDA:热循环限制次数

    S11:射频信号

    S12:交流信号

    S13:编码的信息

    S14:调变信号

    SA1、SA2:信号

    TC1:热循环

    TG1:温度梯度

    TV1:可变温度

    TV1A、TV1B:门限温度

    V1:电压

    具体实施方式

    请参阅图2,其为本发明一实施例所提集成电路系统30的示意图。如
    图所示,集成电路系统30包括一集成电路31和一集成电路载具35,例如,
    集成电路31被固定到或嵌入集成电路载具35,集成电路载具35可以是一
    塑料载具。在一实施例中,集成电路31包括一电路单元32,电路单元32
    保有一热循环次数ND1,且经历一热循环TC1来形成一电能EA1和导通
    电能EA1的一暂时通道CH1以更新热循环次数ND1。

    在一实施例中,电路单元32包括一热效应单元40和一处理单元50。
    处理单元50耦接于热效应单元40,热效应单元40经历热循环TC1来形
    成电能EA1和暂时通道CH1。处理单元50保有热循环次数ND1,且透过
    暂时通道CH1响应电能EA1而更新热循环次数ND1。

    在一实施例中,热循环TC1具有一温度梯度TG1和一可变温度TV1,
    且热效应单元40包括一电能机构41和一热侦测单元42。电能机构41响
    应温度梯度TG1来形成电能EA1,且电能机构41可以将电能EA1储存起
    来。当可变温度TV1大于一门限温度TV1A时,热侦测单元42形成暂时
    通道CH1来传输电能EA1到处理单元50。电能机构41包括一热电单元
    411和一储能单元412;热电单元411响应温度梯度TG1来形成电能EA1;
    储能单元412用以暂时储存电能EA1,例如,储能单元412耦接于电能机
    构41和热侦测单元42之间。

    在一实施例中,热侦测单元42包括一热开关421,热开关421耦接于
    电能机构41和处理单元50之间,当可变温度TV1大于门限温度TV1A
    时,热开关421形成暂时通道CH1而被接通。储能单元412包括一电容
    器4121,例如,电容器4121的第一端耦接于热电单元411的输出端F01
    和热开关421的第一端F11,热开关421的第二端F21耦接于处理单元50。
    热开关421包括热侦测导电结构4211和热侦测导电结构4212,当可变温
    度TV1大于门限温度TV1A时,热侦测导电结构4211和4212互相接触
    而使热开关421被接通;当可变温度TV1小于门限温度TV1B时,热侦测
    导电结构4211和4212互相电性隔离而使热开关421被关断。例如,门限
    温度TV1B小于门限温度TV1A,热侦测导电结构4211和4212的材质是
    金属。

    在一实施例中,热侦测导电结构4211具有第一端FA1和第二端F11,
    热侦测导电结构4212具有第一端FB1和第二端F21;当可变温度TV1大
    于门限温度TV1A时,热侦测导电结构4211的第一端FA1和热侦测导电
    结构4212的第一端FB1互相接触而使热开关421被接通。

    在一实施例中,处理单元50包括一被动式射频识别501,且被动式射
    频识别501包括一天线51、一电源控制器52、一调变电路53、一存储器
    单元54和一逻辑单元55。在图2中天线51、电源控制器52、调变电路
    53、存储器单元54和逻辑单元55的功能分别与在图1中天线11、电源控
    制器12、调变电路13、存储器单元14和逻辑单元15的功能相似,以下
    进一步叙述被动式射频识别501所拥有的技术特征。

    调变电路53耦接于天线51。电源控制器52耦接于调变电路53。存
    储器单元54耦接于电源控制器52,存储器单元54储存热循环次数ND1
    和一热循环限制次数NDA。逻辑单元55耦接于调变电路53、存储器单元
    54和热侦测单元42,逻辑单元55控制存储器单元54,且透过暂时通道
    CH1响应电能EA1以通过增加热循环次数ND1一次而使热循环次数ND1
    被更新。在一实施例中,当热循环次数ND1达到热循环限制次数NDA时,
    处理单元50发出一信号SA1,该信号可以是一射频信号。例如,当处理
    单元50的逻辑单元55发现热循环次数ND1达到热循环限制次数NDA时,
    发出一信号SA2,以使天线51发出信号SA1。在一实施例中,当发生热
    循环次数ND1达到热循环限制次数NDA的情况、且读取器(Reader/Writer)
    侦测到此情况时,则读取器发出警讯。

    在一实施例中,在集成电路31没有经历任何热循环的情况下,预设
    热循环次数ND1是0,并预设热循环限制次数NDA。然后,每当集成电
    路31经历一次热循环后,热循环次数ND1的值将被增加1。如此,利用
    读取器读取存储器单元54就能够知道集成电路31或集成电路载具35所
    经历的热循环次数。在一实施例中,储存在存储器54单元中的数据无法
    被删除但可以修改。

    在根据图2所提出的一实施例中,集成电路31的操作方法,包括下
    列步骤:保有一热循环次数ND1;经历一热循环TC1来形成一电能EA1
    和一暂时通道CH1;及,透过暂时通道CH1响应电能EA1而更新热循环
    次数ND1。

    在一实施例中,集成电路系统30的操作方法,包括下列步骤:

    (1)当集成电路系统30在一有温差的工艺中且温差产生后,集成电
    路系统30内部的热电单元411开始做动,将热能转换成电能EA1,并且
    将电能EA1储存在电容器4121内。

    (2)当该工艺的温差达到或超出所设计的、并且相对于环境温度该
    工艺的温度在所考虑的特定温度以上时,集成电路系统30内的热侦测单
    元42受热膨胀,使热侦测导电结构4211和4212接触以形成一个电子通
    路,其中热侦测导电结构4211和4212的材质是金属。

    (3)此时储存在电容器4121内的电能EA1通过热侦测单元42受热
    后所形成的该电子通路。

    (4)在热侦测单元42形成该电子通路的状态下,逻辑单元55接收
    电能EA1,响应电能EA1而将一个记数的信息反应并储存在存储器单元
    54内(例如,将原本储存在存储器单元54中的热循环次数ND1予以更新);
    在一实施例中,储存在存储器单元54中的数据无法被删除但可以修改。

    (5)当加热工艺完成后,集成电路系统30将被移出,集成电路系统
    30的温度开始下降,热侦测单元42的热侦测导电结构4211和4212开始
    冷缩,直到该电子通路变成断路,而使电子信号无法通过,此时完成一个
    高温工艺。

    (6)待下次,集成电路系统30再度被进行高温工艺,整个操作方式
    依循着步骤(1)到步骤(5)。

    请参阅图3(a),其为本发明一实施例所提热电单元411的一实施结
    构60所相关配置的示意图。图3(a)显示电容器4121、热开关421和热
    电单元411的实施结构60,热电单元411的实施结构60包括一N型热电
    材料层61、一P型热电材料层62、一导电层631、一导电层641和一导电
    层642。导电层631连接N型热电材料层61和P型热电材料层62,导电
    层641和导电层642分别形成于N型热电材料层61和P型热电材料层62
    上。例如,导电层641耦接于电容器4121的第一端和热开关421的第一
    端F11。导电层631接收一热量H1而使导电层631成为热节点,且使导
    电层641和642成为冷节点;热量H1使实施结构60形成一温度梯度,且
    造成导电层641和导电层642间具有一电压V1。当电能EA1正在形成时,
    将有电流I1流通。

    如图3(a)所示,热电单元411的实施结构60的核心元件是热电偶,
    一个热电偶包括用一块金属板连接起来的两个不同半导体(即用P型和N
    型来描述两种材料中不同的导电机制)。当导电层641和导电层642间形
    成一个完整的导电回路(比如,电容器4121尚未充满电量)、且该热电偶
    放入一个有温度梯度(即顶部比底部热)的环境中时,就会产生热电发电
    (TEG)现象。在这种情况下,实施结构60会产生电流,将热能转换为
    电能,这就是所谓的塞贝克(Seebeck)效应。在图3(a)中,薄膜热电
    材料可以用传统的半导体沈积方法生长,并可以采用传统半导体微加工技
    术予以加工。

    请参阅图3(b),其为本发明一实施例所提热电单元411的一实施结
    构70所相关配置的示意图。图3(b)显示电容器4121、热开关421和热
    电单元411的实施结构70,热电单元411的实施结构70包括多个实施结
    构60、一绝缘衬底73和一绝缘衬底74,该多个实施结构60是串联的。
    绝缘衬底73形成于多个导电层631上,且绝缘衬底73形成于导电层
    645、...、646上。例如,绝缘衬底73和74是陶瓷绝缘衬底。实施结构
    70的第一端F01是导电层645的一端,实施结构70的第二端F02是导电
    层646的一端。导电层645耦接于电容器4121的第一端和热开关421的
    第一端F11。

    如图3(b)所示,热电单元411的实施结构70包括多个P型热电材
    料层、多个N型热电材料层、多个导电层、绝缘衬底73和绝缘衬底74,
    其中热电材料的热电优值系数(Figure?of?Merit,ZT)主要决定了热电单
    元411的热电转换效率,热电优值系数定义为ZT=S2σT/(κe+κL),其中
    S是热电动势(Thermopower)或西贝克系数(Seebeck?Coefficient),σ是
    导电率,T是绝对温度,κe和κL分别是电子与声子的热传导率。

    请参阅图4(a),其为本发明一实施例所提热侦测单元42的一实施结
    构80的示意图。如图所示,实施结构80通过俯视图801和前视图802予
    以呈现。热侦测单元42的实施结构80包括热开关421、导线8A1和导线
    8A2。热开关421包括衬底83、热侦测导电结构4211和热侦测导电结构
    4212;热侦测导电结构4211和4212设置于衬底83上。热侦测导电结构
    4211具有第一端FA1和第二端F11,热侦测导电结构4212具有第一端FB1
    和第二端F21。例如,热侦测导电结构4211和4212均具有长度L和相同
    的受热膨胀的金属材质;在环境温度下,热侦测导电结构4211的第一端
    FA1和热侦测导电结构4212的第一端FB1之间具有距离D。

    在可变温度TV1大于门限温度TV1A的情况下,欲使热侦测导电结
    构4211的第一端FA1和热侦测导电结构4212的第一端FB1互相接触并
    使热开关421被接通,则距离D应满足下列的的表示式:D<2·L·td·α,其
    中td是门限温度TV1A和环境温度间的温差,α是热侦测导电结构4211
    和4212的热膨胀系数。在一实施例中,热侦测导电结构4211和4212之
    间的距离D可以依据金属材质的热膨胀系数、本发明的应用环境温度、和
    热侦测导电结构4211和4212的长度做精密计算后予以定义出。在图4(a)
    中,导线8A1用以连接热侦测导电结构4211的第二端F11和电能机构41,
    且导线8A2用以连接热侦测导电结构4212的第二端F21和处理单元50。

    请参阅图4(b),其为本发明一实施例所提热侦测单元42的一实施结
    构90的示意图。如图所示,热侦测单元42的实施结构90和热侦测单元
    42的实施结构80是相似的。两者间的区别如下:以俯视图来看,在图4
    (a)中,实施结构80的热侦测导电结构4211和4212的外形是长方形的;
    在图4(b)中,实施结构90的热侦测导电结构4211和4212的外形是椭
    圆形的,且所欲接触的地方是在两椭圆的相对应顶点的地方。

    本发明的特点包括如下:

    集成电路系统30可以应用在其本身需要经过高温工艺,且知道所能
    经过高温工艺次数的情况。集成电路系统30可以应用在集成电路31本身
    可自己透过温差自行产生电能的需求情况。集成电路31内部所储存的数
    据可以包含相关于使用集成电路31的产品本身的数据,例如,所储存的
    资料可以包含:(1)集成电路载具35的生产制造日期、供货商;(2)集
    成电路31的包装的生产数据,如批号和生产时间;(3)其它数据。

    利用目前的半导体工艺,可以将电能机构41整合在集成电路31的硅
    衬底上;热电材料除了以半导体工艺予以制造之外,也可以是纳米结构的
    热电材料,其中热电材料不局限于某种热电材料,在目前的工艺下,可被
    使用的材料有很多。热侦测单元42的实施例如图4(a)和图4(b)所示,
    热侦测导电结构4211和4212的材料及型式不局限于任何形式,只要是能
    够导电的材质即可,例如,受热后会膨胀的金属。由于电能机构41被嵌
    入集成电路31,集成电路31不需外加外部电源即可成为主动式射频集成
    电路。由于热侦测单元42被嵌入集成电路31,集成电路31可以成为记数
    型射频集成电路,该记数型射频集成电路可应用于侦测热循环。

    利用半导体工艺将热电材料及热侦测元件嵌入集成电路的技术,可以
    应用在侦测集成电路包装在表面组装技术(SMT)过程经过多少次的重新
    流动(Re-flow)或拆卸(De-mount),此功能可以用来判断表面组装技术
    的应用是否适当。利用半导体工艺将热电材料嵌入集成电路的技术,可以
    利用热电材料的逆反应来使集成电路本身自我冷却。利用半导体工艺将热
    电材料嵌入集成电路的技术,可以利用热电材料将废热转换为电能以用在
    该集成电路某些功能的电力消耗;如此,可节省外部电力供应的需求而达
    到节能的目的。本发明的集成电路及其应用可进一步予以布局到:如何将
    该集成电路应用在各种标的物上的结构或方法。

    综上所述,本案所提出的技术方案达成了发明内容所设定的功效。但
    是,以上所述者仅为本案的较佳实施例,举凡熟悉本案技艺的人士,在爰
    依本案精神所作的等效修饰或变化,皆应涵盖于随附权利要求范围内。

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    本文标题:集成电路及其操作方法.pdf
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