[发明专利]一种倒装热源芯片及其制备方法和应用方法

说明书

本发明公开了一种倒装热源芯片及其制备方法和应用方法，该倒装热源芯片包括芯片衬底、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，芯片衬底、底部绝缘层、导热钝化层和阻焊层依次连接；导热钝化层内设置有发热电阻和多个温度传感器，发热电阻和温度传感器通过粘附层连接底部绝缘层；阻焊层内贯穿地设置有多个金属互连焊盘和多个金属导热焊盘，金属互连焊盘电连接发热电阻和温度传感器，金属导热焊盘连接导热钝化层，金属互连焊盘和金属导热焊盘的表面设置有微凸点。该芯片能够模拟真实倒装芯片发热，能够实时、原位测量倒装芯片的温度，从而准确分析基于倒装芯片电子系统的散热能力。

技术领域

本发明涉及微电子散热技术领域，尤其涉及一种倒装热源芯片及其制备方法和应用方法。

背景技术

随着微电子技术的发展，电子系统的体积和集成密度逐渐提升。传统的正装芯片依赖金属引线与外部实现电气互连；由于引线互联焊盘通常位于芯片外部，占用了更大的集成面积，限制了基于正装芯片电子系统集成密度的进一步提升。倒装芯片则通过将芯片倒装，并在其表面制备微凸点的方法与外部实现电气互联；由于微凸点的互联焊盘通常位于芯片底部，不额外占用集成面积，可以实现更高密度的集成。此外，由于采用了微凸点结构，倒装芯片的互连长度大大缩短，互连线电阻、电感更小，电子系统的电性能得到极大地改善。

然而，与正装芯片相比，倒装芯片的热传导路径更加复杂，很难准确地分析其散热能力，原因如下：

(1)普通的芯片通常采用粘接或焊接的方法正装在封装基板上，其散热路径为穿过芯片衬底后，通过芯片背面向下传输；而倒装芯片则通过微凸点倒装在封装基板上，热量既可以从芯片表面经过微凸点向下传输，也可在芯片背面通过散热结构向上传输。因此，对于同一倒装芯片，有微凸点的区域散热能力强，无微凸点的区域散热能力弱，使得倒装芯片上温度分布不均匀。

(2)普通正装芯片可以通过红外热成像或热电偶原位接触等方法，测量其表面温度，从而表征基于正装芯片电子系统的散热能力。而倒装芯片由于芯片表面与封装载板焊接在一起，只能通过间接测量和仿真分析相结合的方法对其进行热分析，而无法直接测量其表面温度分布，这进一步加剧了基于倒装芯片电子系统的热分析难度。

中国发明专利ZL201810972120.6提出了一种正装的模拟热源芯片及其制作方法。通过在芯片内部添加模拟热源电阻和温度传感器，在大功率发热的同时，实现芯片温度的实时、原位测量。

然而，如何构建一种倒装热源芯片，在发热的同时，实现芯片温度的实时、原位测量，从而准确分析基于倒装芯片电子系统的散热能力，还鲜有报道。

发明内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出一种倒装热源芯片及其制备方法和应用方法，通过薄膜气相沉积技术将发热电阻和温度传感器集成在芯片内部，并通过微凸点倒装集成的方法，将该热源芯片集成在封装载板上。在发热的同时，实现芯片内部温度的原位、实时监测。该芯片能够模拟真实倒装芯片发热，同时能够实时、原位测量倒装芯片的温度，从而准确分析基于倒装芯片电子系统的散热能力。

本发明的技术方案如下：

一种倒装热源芯片，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。

进一步的，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。