[发明专利]一种自散热芯片及其测温装置和方法

说明书

本发明公开了一种自散热芯片及其测温装置和方法。基于分形理论设计芯片的微结构，在不增加额外散热装置的同时，提高芯片的自散热效率。应用全息干涉技术，建立包括激光器、光学镜片、CCD相机、计算机及传动机构的芯片测温装置，对芯片进行测温，实时精确测量芯片温度。使用伺服电机驱动传动机构，带动楔形板翻转，从而改变测量激光器发出的激光光束照射在芯片上的位置，通过CCD相机采集芯片表面变化的干涉条纹，再传输给计算机进行处理，得到芯片表面温度的分布情况。

技术领域

本发明属于芯片散热技术领域，涉及一种MEMS系统中对芯片进行散热的方法及对芯片温度进行实时精确测量的装置，具体涉及一种自散热芯片及其测温装置和方法。

背景技术

板载芯片是MEMS加工制造的主要形式，芯片及电子元器件在正常工作时会产生一定的热量，若不及时排散，芯片结温会升高，甚至引起器件或系统失效。随着微电子封装体积减小、功率增大，芯片单位体积发热量急剧增加，若温度过高易诱导失效，如：热击穿、结失效、金属化失效等；温度偏高则性能降低。此外，MEMS器件在芯片产生的持续热载荷工况下极易产生内部硅芯片、封装胶、基板等结构的热膨胀系数不匹配，由热失配导致芯片结构中产生层间热应力和热变形，结构界面之间的剥离应力和剪切应力会导致封装结构出现脱层和翘曲等现象，严重时可造成整个MEMS器件失效。然而，常规风冷、液冷、相变冷却方式需要增加风扇、循环系统、热管等装置，不适合应用于毫米级甚至微米级以下的MEMS系统。

由于MEMS系统中测量芯片温度具有非接触性、精度要求高等特点，故获得精确的芯片表面热变形等信息是几何测温的重点。随着传感器、计算机和信号处理技术的不断成熟与发展，以光学为基础的数字全息干涉三维形貌测量技术以其非接触、精度高、信息量大、速度快和自动化程度高等优点，近些年得到了快速发展及应用。数字全息干涉术是以CCD的光敏面作为记录介质，记录到的全息图经数字化处理后存储于计算机中；以数字傅里叶变换处理取代光学衍射来实现所记录物场的再现。通过对所记录的全息图强度分布作快速傅里叶变换运算，获得其空间频谱分布，从中分离并提取出物光波的频谱，然后再经逆傅里叶变换运算，便得到物光波复振幅分布。可以一次性地完成全息图的记录、再现、测量、数据处理和结果输出，具有很高的测量灵活性，且通过相位倍增方法增大干涉条纹密度，使测量最高可达到纳米级精度。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了一种芯片自散热方法及测温装置，基于分形理论设计芯片的微结构，在不增加额外散热装置的同时，提高芯片的自散热效率。并应用全息干涉技术对芯片进行测温，实时精确测量芯片温度。

一种自散热芯片，通过在芯片表面设计分形结构实现。分形结构包括一类分形、二类分形、三类分形、四类分形和五类分形。所述一类分形为将三角形三条边的中点依次连接。所述二类分形为将正方形九等分为中央正方形和边缘正方形，其中相邻的两个边缘正方形之间不设分割线。所述三类分形为将正方形分割为一个内接正三角形、一个等腰直角三角形，和两个直角三角形，正三角形与等腰直角三角形的底边相同。所述四类分形为将等腰直角三角形分为一个内接正方形和三个等腰直角三角形。所述五类分形为将等腰直角三角形分为一个正方形和两个等腰直角三角形。在进行多级分形时，上一级分形结构中的位于几何中心的图形不再进行分形。

将芯片四条边的中点依次连接，形成1个中心正方形和4个顶角三角形。

在中心正方形中设置4级二类分形，然后对1级二类分形得到的中央正方形进行1级三类分形，再对1级三类分形得到的内接正三角形和等腰直角三角形进行3级一类分形。对2级二类分形得到的中央正方形进行1级三类分形，再对1级三类分形得到的内接正三角进行3级一类分形。

对4个顶角三角形进行1级一类分形，在每个顶角三角形中得到1个中心三角形和3个边缘三角形。在中心三角形中进行2级四类分形，再分别对1级、2级四类分形得到的正方形进行3级二类分形和2级二类分形。在边缘三角形中进行1级一类分形，然后分别对中心三角形和边缘三角形进行1级五类分形和2级一类分形，并且对1级五类分形得到的正方形进行2级二类分形。