[發明專利]一種倒裝熱源芯片及其制備方法和應用方法

有效

• 申請號: 202110252542.8
• 申請日: 2021-03-09
• 公開（公告）號: CN113097200B
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發明（設計）人: 張劍;盧茜;向偉瑋;曾策;董樂;趙明;葉惠婕;蔣苗苗;朱晨俊;葉永貴
• 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: H01L25/18
• 分類號: H01L25/18;H01L23/367;H01L23/31;H01L21/56
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 徐靜

1.一種倒裝熱源芯片，其特征在于，包括：芯片襯底、底部絕緣層、導熱鈍化層、阻焊層、粘附層、發熱電阻、溫度傳感器、金屬互連焊盤、金屬導熱焊盤和微凸點，所述芯片襯底、所述底部絕緣層、所述導熱鈍化層和所述阻焊層依次連接；

所述導熱鈍化層內設置有所述發熱電阻和多個所述溫度傳感器，所述發熱電阻和所述溫度傳感器通過所述粘附層連接所述底部絕緣層；

所述阻焊層內貫穿地設置有多個所述金屬互連焊盤和多個所述金屬導熱焊盤，所述金屬互連焊盤電連接所述發熱電阻和所述溫度傳感器，所述金屬導熱焊盤連接所述導熱鈍化層，所述金屬互連焊盤和所述金屬導熱焊盤的表面設置有所述微凸點；

所述金屬互連焊盤和所述金屬導熱焊盤均勻間隔布置，多個所述溫度傳感器中的一部分與所述微凸點的位置上下對應，另一部分與所述微凸點的位置上下錯開。

2.根據權利要求1所述的一種倒裝熱源芯片，其特征在于，所述發熱電阻為蛇形串聯薄膜平面電阻。

3.根據權利要求1所述的一種倒裝熱源芯片，其特征在于，所述發熱電阻均勻布置，多個所述溫度傳感器分別分布在發熱電阻內部的不同位置。

4.根據權利要求1所述的一種倒裝熱源芯片，其特征在于，所述底部絕緣層、所述導熱鈍化層和所述阻焊層均為絕緣薄膜，所述底部絕緣層的材料包括SiO_x、AlO_x或SiN_x，厚度為5nm到500nm；所述導熱鈍化層的材料包括SiN_x、AlN或SiC，厚度為100nm到4000nm；所述阻焊層的材料包括SiO_x、AlO_x或SiN_x，厚度為5nm到500nm。

5.根據權利要求1所述的一種倒裝熱源芯片，其特征在于，所述發熱電阻和所述溫度傳感器為耐溫金屬薄膜，所述耐溫金屬薄膜的材料包括Pt、W或Au，所述溫度傳感器的電阻值遠大于所述發熱電阻的電阻值，所述發熱電阻和所述溫度傳感器的厚度為100nm到2000nm。

6.根據權利要求1所述的一種倒裝熱源芯片，其特征在于，所述芯片襯底的材料包括Si、GaAs或SiC，厚度為50μm到800μm；所述粘附層為金屬薄膜，所述粘附層的材料包括Ti、TiW或Ta，所述粘附層的厚度為1nm到20nm。

7.根據權利要求1所述的一種倒裝熱源芯片，其特征在于，所述金屬互連焊盤和所述金屬導熱焊盤的材料包括Ti/Au、Ni/Au、Ni/Pd/Au或Cu；所述微凸點為金凸點、釬料球凸點或銅柱凸點。

8.一種倒裝熱源芯片制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟101：提供芯片襯底；

步驟102：在所述芯片襯底表面使用薄膜氣相沉積技術生長底部絕緣層；

步驟103：在所述底部絕緣層表面采用磁控濺射方法制備粘附層；

步驟104：在所述粘附層表面采用薄膜氣相沉積技術制備耐溫薄膜金屬；

步驟105：采用光刻結合薄膜蝕刻技術將所述耐溫薄膜金屬制備成發熱電阻和溫度傳感器；

步驟106：在所述發熱電阻和所述溫度傳感器表面使用薄膜氣相沉積技術制備導熱鈍化層；

步驟107：采用光刻結合薄膜蝕刻技術將金屬互連焊盤區域底部的所述導熱鈍化層去除；

步驟108：采用光刻結合薄膜沉積技術制備分別與所述發熱電阻和所述溫度傳感器互聯的金屬互連焊盤，以及不參與電氣互連的金屬導熱焊盤；

步驟109：采用薄膜沉積技術制備阻焊層；

步驟110：采用光刻結合薄膜蝕刻技術將所述金屬互連焊盤和所述金屬導熱焊盤表面的所述阻焊層去除；

步驟111：采用光刻結合電鍍技術、植球技術或焊膏印刷回流技術在所述金屬互連焊盤和所述金屬導熱焊盤表面制備微凸點；所述金屬互連焊盤和所述金屬導熱焊盤均勻間隔布置，多個所述溫度傳感器中的一部分與所述微凸點的位置上下對應，另一部分與所述微凸點的位置上下錯開。

9.一種倒裝熱源芯片應用方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟201：提供如權利要求1-7任一項所述的倒裝熱源芯片；

步驟202：提供封裝載板；

步驟203：將所述倒裝熱源芯片倒裝鍵合在所述封裝載板表面；

步驟204：通過所述封裝載板將電源和數字歐姆計分別與所述倒裝熱源芯片中的發熱電阻和溫度傳感器互聯；

步驟205：在所述倒裝熱源芯片背部增加散熱結構；

步驟206：通過所述發熱電阻對所述倒裝熱源芯片進行加熱，利用所述倒裝熱源芯片的微凸點和所述封裝載板，實現所述倒裝熱源芯片熱量的向下傳輸；利用所述倒裝熱源芯片背部空氣對流或者風扇輔助增強散熱的方法，實現所述倒裝熱源芯片熱量的向上傳輸；

步驟207：利用所述溫度傳感器的電阻溫度系數，結合“四線法”測電阻的原理，實現所述倒裝熱源芯片表面溫度的原位、實時測量。