[发明专利]一种倒装热源芯片及其制备方法和应用方法

权利要求书

1.一种倒装热源芯片，其特征在于，包括：芯片衬底、底部绝缘层、导热钝化层、阻焊层、粘附层、发热电阻、温度传感器、金属互连焊盘、金属导热焊盘和微凸点，所述芯片衬底、所述底部绝缘层、所述导热钝化层和所述阻焊层依次连接；

所述导热钝化层内设置有所述发热电阻和多个所述温度传感器，所述发热电阻和所述温度传感器通过所述粘附层连接所述底部绝缘层；

所述阻焊层内贯穿地设置有多个所述金属互连焊盘和多个所述金属导热焊盘，所述金属互连焊盘电连接所述发热电阻和所述温度传感器，所述金属导热焊盘连接所述导热钝化层，所述金属互连焊盘和所述金属导热焊盘的表面设置有所述微凸点；

所述金属互连焊盘和所述金属导热焊盘均匀间隔布置，多个所述温度传感器中的一部分与所述微凸点的位置上下对应，另一部分与所述微凸点的位置上下错开。

2.根据权利要求1所述的一种倒装热源芯片，其特征在于，所述发热电阻为蛇形串联薄膜平面电阻。

3.根据权利要求1所述的一种倒装热源芯片，其特征在于，所述发热电阻均匀布置，多个所述温度传感器分别分布在发热电阻内部的不同位置。

4.根据权利要求1所述的一种倒装热源芯片，其特征在于，所述底部绝缘层、所述导热钝化层和所述阻焊层均为绝缘薄膜，所述底部绝缘层的材料包括SiO_x、AlO_x或SiN_x，厚度为5nm到500nm；所述导热钝化层的材料包括SiN_x、AlN或SiC，厚度为100nm到4000nm；所述阻焊层的材料包括SiO_x、AlO_x或SiN_x，厚度为5nm到500nm。

5.根据权利要求1所述的一种倒装热源芯片，其特征在于，所述发热电阻和所述温度传感器为耐温金属薄膜，所述耐温金属薄膜的材料包括Pt、W或Au，所述温度传感器的电阻值远大于所述发热电阻的电阻值，所述发热电阻和所述温度传感器的厚度为100nm到2000nm。

6.根据权利要求1所述的一种倒装热源芯片，其特征在于，所述芯片衬底的材料包括Si、GaAs或SiC，厚度为50μm到800μm；所述粘附层为金属薄膜，所述粘附层的材料包括Ti、TiW或Ta，所述粘附层的厚度为1nm到20nm。

7.根据权利要求1所述的一种倒装热源芯片，其特征在于，所述金属互连焊盘和所述金属导热焊盘的材料包括Ti/Au、Ni/Au、Ni/Pd/Au或Cu；所述微凸点为金凸点、钎料球凸点或铜柱凸点。

8.一种倒装热源芯片制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤101：提供芯片衬底；

步骤102：在所述芯片衬底表面使用薄膜气相沉积技术生长底部绝缘层；

步骤103：在所述底部绝缘层表面采用磁控溅射方法制备粘附层；

步骤104：在所述粘附层表面采用薄膜气相沉积技术制备耐温薄膜金属；

步骤105：采用光刻结合薄膜蚀刻技术将所述耐温薄膜金属制备成发热电阻和温度传感器；

步骤106：在所述发热电阻和所述温度传感器表面使用薄膜气相沉积技术制备导热钝化层；

步骤107：采用光刻结合薄膜蚀刻技术将金属互连焊盘区域底部的所述导热钝化层去除；

步骤108：采用光刻结合薄膜沉积技术制备分别与所述发热电阻和所述温度传感器互联的金属互连焊盘，以及不参与电气互连的金属导热焊盘；

步骤109：采用薄膜沉积技术制备阻焊层；

步骤110：采用光刻结合薄膜蚀刻技术将所述金属互连焊盘和所述金属导热焊盘表面的所述阻焊层去除；

步骤111：采用光刻结合电镀技术、植球技术或焊膏印刷回流技术在所述金属互连焊盘和所述金属导热焊盘表面制备微凸点；所述金属互连焊盘和所述金属导热焊盘均匀间隔布置，多个所述温度传感器中的一部分与所述微凸点的位置上下对应，另一部分与所述微凸点的位置上下错开。

9.一种倒装热源芯片应用方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤201：提供如权利要求1-7任一项所述的倒装热源芯片；

步骤202：提供封装载板；

步骤203：将所述倒装热源芯片倒装键合在所述封装载板表面；

步骤204：通过所述封装载板将电源和数字欧姆计分别与所述倒装热源芯片中的发热电阻和温度传感器互联；

步骤205：在所述倒装热源芯片背部增加散热结构；

步骤206：通过所述发热电阻对所述倒装热源芯片进行加热，利用所述倒装热源芯片的微凸点和所述封装载板，实现所述倒装热源芯片热量的向下传输；利用所述倒装热源芯片背部空气对流或者风扇辅助增强散热的方法，实现所述倒装热源芯片热量的向上传输；

步骤207：利用所述温度传感器的电阻温度系数，结合“四线法”测电阻的原理，实现所述倒装热源芯片表面温度的原位、实时测量。