[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

本發明公開了一種倒裝熱源芯片及其制備方法和應用方法，該倒裝熱源芯片包括芯片襯底、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，芯片襯底、底部絕緣層、導熱鈍化層和阻焊層依次連接；導熱鈍化層內設置有發熱電阻和多個溫度傳感器，發熱電阻和溫度傳感器通過粘附層連接底部絕緣層；阻焊層內貫穿地設置有多個金屬互連焊盤和多個金屬導熱焊盤，金屬互連焊盤電連接發熱電阻和溫度傳感器，金屬導熱焊盤連接導熱鈍化層，金屬互連焊盤和金屬導熱焊盤的表面設置有微凸點。該芯片能夠模擬真實倒裝芯片發熱，能夠實時、原位測量倒裝芯片的溫度，從而準確分析基于倒裝芯片電子系統的散熱能力。

技術領域

本發明涉及微電子散熱技術領域，尤其涉及一種倒裝熱源芯片及其制備方法和應用方法。

背景技術

隨著微電子技術的發展，電子系統的體積和集成密度逐漸提升。傳統的正裝芯片依賴金屬引線與外部實現電氣互連；由于引線互聯焊盤通常位于芯片外部，占用了更大的集成面積，限制了基于正裝芯片電子系統集成密度的進一步提升。倒裝芯片則通過將芯片倒裝，并在其表面制備微凸點的方法與外部實現電氣互聯；由于微凸點的互聯焊盤通常位于芯片底部，不額外占用集成面積，可以實現更高密度的集成。此外，由于采用了微凸點結構，倒裝芯片的互連長度大大縮短，互連線電阻、電感更小，電子系統的電性能得到極大地改善。

然而，與正裝芯片相比，倒裝芯片的熱傳導路徑更加復雜，很難準確地分析其散熱能力，原因如下：

(1)普通的芯片通常采用粘接或焊接的方法正裝在封裝基板上，其散熱路徑為穿過芯片襯底后，通過芯片背面向下傳輸；而倒裝芯片則通過微凸點倒裝在封裝基板上，熱量既可以從芯片表面經過微凸點向下傳輸，也可在芯片背面通過散熱結構向上傳輸。因此，對于同一倒裝芯片，有微凸點的區域散熱能力強，無微凸點的區域散熱能力弱，使得倒裝芯片上溫度分布不均勻。

(2)普通正裝芯片可以通過紅外熱成像或熱電偶原位接觸等方法，測量其表面溫度，從而表征基于正裝芯片電子系統的散熱能力。而倒裝芯片由于芯片表面與封裝載板焊接在一起，只能通過間接測量和仿真分析相結合的方法對其進行熱分析，而無法直接測量其表面溫度分布，這進一步加劇了基于倒裝芯片電子系統的熱分析難度。

中國發明專利ZL201810972120.6提出了一種正裝的模擬熱源芯片及其制作方法。通過在芯片內部添加模擬熱源電阻和溫度傳感器，在大功率發熱的同時，實現芯片溫度的實時、原位測量。

然而，如何構建一種倒裝熱源芯片，在發熱的同時，實現芯片溫度的實時、原位測量，從而準確分析基于倒裝芯片電子系統的散熱能力，還鮮有報道。

發明內容

針對現有技術中存在的上述技術問題，本發明提出一種倒裝熱源芯片及其制備方法和應用方法，通過薄膜氣相沉積技術將發熱電阻和溫度傳感器集成在芯片內部，并通過微凸點倒裝集成的方法，將該熱源芯片集成在封裝載板上。在發熱的同時，實現芯片內部溫度的原位、實時監測。該芯片能夠模擬真實倒裝芯片發熱，同時能夠實時、原位測量倒裝芯片的溫度，從而準確分析基于倒裝芯片電子系統的散熱能力。

本發明的技術方案如下：

一種倒裝熱源芯片，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。

進一步的，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。