[發明專利]一種大功率熱源芯片及其制備方法

有效

• 申請號: 202011039952.6
• 申請日: 2020-09-28
• 公開（公告）號: CN112345111B
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 張劍;盧茜;向偉瑋;李陽陽;蔣苗苗;朱晨俊;王文博
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第二十九研究所
• 主分類號: G01K7/18
• 分類號: G01K7/18;G01K1/14
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 賈年龍

本發明提供了一種大功率熱源芯片，芯片表面同時具有薄膜模擬熱源電阻和薄膜溫度傳感器；溫度傳感器包覆在模擬熱源電阻內部或集成在模擬熱源電阻底部；薄膜溫度傳感器的電阻值遠大于模擬熱源電阻，且其分布位置根據高密度集成封裝的散熱結構來確定。通過將溫度傳感器包覆在模擬熱源電阻內部或集成在模擬熱源電阻底部的方式，在實現大功率發熱的同時，實時測量整個芯片的溫度梯度，從而準確分析高密度集成封裝的散熱能力。

技術領域

本發明涉及微電子散熱技術領域，尤其涉及一種大功率熱源芯片及其制備方法。

背景技術

隨著以GaN、SiC等為代表的第三代半導體技術的發展和封裝系統集成密度的進一步提升，熱管理問題已經逐漸成為了電子裝備發展的瓶頸。如何準確分析高密度集成封裝的散熱能力，對電子系統的發展至關重要。通常，借助熱電偶或紅外熱成像的方法來分析真實芯片工作時芯片表面的溫度，從而分析封裝系統的散熱能力。

然而，熱電偶一般使用接觸式方法測量溫度，很難準確地分析芯片表面不同區域的溫度分布；同時，接觸式測量的響應速度較低，且溫度測量值與接觸壓力、接觸方式強相關，測量值具有一定的差異性，測量結果準確度不高。而精密的紅外測試系統，設備復雜，價格昂貴；測試前需要對芯片進行熱輻射率標定，操作復雜；對于紅外反射率較高的金屬膜層，其紅外標定較困難，很難準確分析其溫度分布情況。

為了準確分析高密度集成封裝的散熱能力，可以采用大功率熱源芯片。此種芯片的核心是薄膜電阻，通常采用薄膜氣相沉積技術制備，電阻材料一般為金、鉑、銅、鋁等金屬材料。中國專利ZL201810972120.6提出了一種將模擬熱源電阻和溫度傳感器集成在一起的大功率模擬熱源芯片：在實現大功率發熱的同時，實時地測量整個芯片的溫度分布；通過調整溫度傳感器的位置，可以實現不同區域散熱特性的原位測量。這種測量方法，結構簡易、制作工藝簡單、測量過程方便，可以很好解決熱電偶接觸式測量和紅外熱成像測量的技術問題。

然而，在該專利中，模擬熱源電阻和溫度傳感器僅是簡單的共同集成在同一芯片表面；二者之間有一定的距離，即傳感器和模擬熱源電阻相隔較遠，溫度傳感區域的測量值略低于熱源區域的溫度。因此，使用該種大功率模擬熱源芯片測試所得到的溫度測量值，并不一定是該大功率芯片溫度的最高值，存在一定的測量誤差。

因此，有必要提升大功率熱源芯片溫度測量的準確性。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，提供了一種大功率熱源芯片及其制備方法，通過將溫度傳感器包覆在模擬熱源電阻內部或集成在模擬熱源電阻底部的方式，在實現大功率發熱的同時，實時測量整個芯片的溫度梯度，從而準確分析高密度集成封裝的散熱能力。

本發明采用的技術方案如下：一種大功率熱源芯片，所述熱源芯片包括模擬熱源電阻和多個溫度傳感器，所述模擬熱源電阻和溫度傳感器均為蛇形串聯薄膜平面電阻；所述模擬熱源電阻均勻分布在模擬熱源芯片表面；所述的多個溫度傳感器分別包覆在模擬熱源電阻內部的不同位置；所述溫度傳感器的電阻值遠大于模擬熱源電阻。

進一步的，所述模擬熱源芯片包括襯底、鈍化層、粘附層、金屬膜層，所述鈍化層設于襯底表面，粘附層設于鈍化層表面，金屬膜層設于粘附層表面，所述金屬膜層經過光刻結合薄膜刻蝕技術形成模擬熱源電阻和溫度傳感器以及分別與模擬熱源電阻、溫度傳感器互聯的熱源焊盤和溫度傳感器焊盤；襯底背面設有金屬層，用于焊接。

進一步的，模擬熱源芯片中熱源焊盤數量為2個，每個溫度傳感器所對應的溫度傳感器焊盤數量為4個。

進一步的，所述溫度傳感器數量為1-10個。

本發明還提供了一種大功率熱源芯片，所述熱源芯片包括模擬熱源電阻和多個溫度傳感器，所述模擬熱源電阻和溫度傳感器均為蛇形串聯薄膜平面電阻；所述模擬熱源電阻均勻分布在模擬熱源芯片表面；所述的溫度傳感器分布在模擬熱源電阻底部，溫度傳感器與模擬熱源電阻之間有一層絕緣層；所述溫度傳感器的電阻值遠大于模擬熱源電阻。