[发明专利]一种大功率热源芯片及其制备方法

说明书

本发明提供了一种大功率热源芯片，芯片表面同时具有薄膜模拟热源电阻和薄膜温度传感器；温度传感器包覆在模拟热源电阻内部或集成在模拟热源电阻底部；薄膜温度传感器的电阻值远大于模拟热源电阻，且其分布位置根据高密度集成封装的散热结构来确定。通过将温度传感器包覆在模拟热源电阻内部或集成在模拟热源电阻底部的方式，在实现大功率发热的同时，实时测量整个芯片的温度梯度，从而准确分析高密度集成封装的散热能力。

技术领域

本发明涉及微电子散热技术领域，尤其涉及一种大功率热源芯片及其制备方法。

背景技术

随着以GaN、SiC等为代表的第三代半导体技术的发展和封装系统集成密度的进一步提升，热管理问题已经逐渐成为了电子装备发展的瓶颈。如何准确分析高密度集成封装的散热能力，对电子系统的发展至关重要。通常，借助热电偶或红外热成像的方法来分析真实芯片工作时芯片表面的温度，从而分析封装系统的散热能力。

然而，热电偶一般使用接触式方法测量温度，很难准确地分析芯片表面不同区域的温度分布；同时，接触式测量的响应速度较低，且温度测量值与接触压力、接触方式强相关，测量值具有一定的差异性，测量结果准确度不高。而精密的红外测试系统，设备复杂，价格昂贵；测试前需要对芯片进行热辐射率标定，操作复杂；对于红外反射率较高的金属膜层，其红外标定较困难，很难准确分析其温度分布情况。

为了准确分析高密度集成封装的散热能力，可以采用大功率热源芯片。此种芯片的核心是薄膜电阻，通常采用薄膜气相沉积技术制备，电阻材料一般为金、铂、铜、铝等金属材料。中国专利ZL201810972120.6提出了一种将模拟热源电阻和温度传感器集成在一起的大功率模拟热源芯片：在实现大功率发热的同时，实时地测量整个芯片的温度分布；通过调整温度传感器的位置，可以实现不同区域散热特性的原位测量。这种测量方法，结构简易、制作工艺简单、测量过程方便，可以很好解决热电偶接触式测量和红外热成像测量的技术问题。

然而，在该专利中，模拟热源电阻和温度传感器仅是简单的共同集成在同一芯片表面；二者之间有一定的距离，即传感器和模拟热源电阻相隔较远，温度传感区域的测量值略低于热源区域的温度。因此，使用该种大功率模拟热源芯片测试所得到的温度测量值，并不一定是该大功率芯片温度的最高值，存在一定的测量误差。

因此，有必要提升大功率热源芯片温度测量的准确性。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，提供了一种大功率热源芯片及其制备方法，通过将温度传感器包覆在模拟热源电阻内部或集成在模拟热源电阻底部的方式，在实现大功率发热的同时，实时测量整个芯片的温度梯度，从而准确分析高密度集成封装的散热能力。

本发明采用的技术方案如下：一种大功率热源芯片，所述热源芯片包括模拟热源电阻和多个温度传感器，所述模拟热源电阻和温度传感器均为蛇形串联薄膜平面电阻；所述模拟热源电阻均匀分布在模拟热源芯片表面；所述的多个温度传感器分别包覆在模拟热源电阻内部的不同位置；所述温度传感器的电阻值远大于模拟热源电阻。

进一步的，所述模拟热源芯片包括衬底、钝化层、粘附层、金属膜层，所述钝化层设于衬底表面，粘附层设于钝化层表面，金属膜层设于粘附层表面，所述金属膜层经过光刻结合薄膜刻蚀技术形成模拟热源电阻和温度传感器以及分别与模拟热源电阻、温度传感器互联的热源焊盘和温度传感器焊盘；衬底背面设有金属层，用于焊接。

进一步的，模拟热源芯片中热源焊盘数量为2个，每个温度传感器所对应的温度传感器焊盘数量为4个。

进一步的，所述温度传感器数量为1-10个。

本发明还提供了一种大功率热源芯片，所述热源芯片包括模拟热源电阻和多个温度传感器，所述模拟热源电阻和温度传感器均为蛇形串联薄膜平面电阻；所述模拟热源电阻均匀分布在模拟热源芯片表面；所述的温度传感器分布在模拟热源电阻底部，温度传感器与模拟热源电阻之间有一层绝缘层；所述温度传感器的电阻值远大于模拟热源电阻。