一种模拟热源芯片及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种模拟热源芯片，其特征在于，所述模拟热源芯片表面具有模拟热源电阻和温度传感器，所述模拟热源电阻和所述温度传感器皆为薄膜平面电阻。本发明专利技术的模拟热源芯片，将模拟热源电阻和温度传感器集成在一起，实现大功率发热的同时，又能准确、实时地测量整个芯片的温度梯度变化情况；通过调整温度传感器的位置，可以实现微通道散热器不同区域散热特性的原位测量，从而更准确地分析散热器的热流体性能；结构简单，制作工艺简单，测量过程方便。

An Analog Heat Source Chip and Its Fabrication Method

The invention discloses an analog heat source chip, which is characterized by having an analog heat source resistance and a temperature sensor on the surface of the analog heat source chip. The analog heat source resistance and the temperature sensor are both thin film planar resistors. The analog heat source chip of the invention integrates analog heat source resistance and temperature sensor, realizes high-power heating, and can accurately and real-time measure the temperature gradient change of the whole chip. By adjusting the position of the temperature sensor, the in-situ measurement of the heat dissipation characteristics of different regions of the microchannel radiator can be realized, thus the heat flow of the radiator can be more accurately analyzed. It has simple structure, simple fabrication process and convenient measurement process.

【技术实现步骤摘要】
一种模拟热源芯片及其制作方法
本专利技术涉及微电子散热
，尤其是一种模拟热源芯片及其制作方法。
技术介绍
微通道散热技术是一种强制换热的冷却技术，通过将微通道散热器集成在电子系统中，可以极大程度的提高散热效率。与被动散热和传统的主动散热相比，微通道散热技术具有独特的优势。这是因为：一方面，以液体为冷却介质的微通道散热技术，可以实现大热流密度传热；另一方面，微通道内液体流动换热的对流换热系数与通道的当量尺寸成反比，在减小通道当量尺寸的同时，既可以显著提高换热效果，又可以大幅度减小体积，使得整个散热系统的结构尺寸及重量得到很大程度的简化和降低。因此，微通道散热技术在微系统集成和大功率电子器件等领域有广泛的应用前景。然而，微通道散热器的散热能力与其内部流体的流动情况紧密相关，并随着散热器(包括微通道结构形状和分布、通道横截面积、进/出液口位置和尺寸)的变化而改变，同时，由于冷却流体的层流粘滞效应，微通道中流体表面和中心的流速不同，这些特性都导致了微通道散热器不同区域的温度分布存在差异。为了分析微通道散热器的散热能力和冷却液体的热流体特性，通常需要设计模拟热源芯片。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。目前，关于微通道散热和模拟热源芯片的专利很多，如中国专利CN103839905A、中国专利CN201510409552和中国专利CN201410059287.5等。但是，这些模拟热源芯片通常只有简单的加热功能，必须借助热电偶或红外热成像的方法来分析微通道散热器的性能。测试时，需要将模拟热源芯片集成在微通道散热器的表面；在不同的供液条件下，使用热电偶或红外热成像仪测量不同区域模拟热源芯片的温度。热电偶一般使用接触式方法测量温度，很难准确地分析散热器表面不同区域的温度分布情况。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。因此，有必要开发一种操作方便、测试准确的模拟热源芯片来分析微通道散热器的热流体性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的下述缺陷：现有模拟热源芯片只具有简单的加热功能，必须借助热电偶或红外热成像技术分析微通道散热器的性能；而热电偶一般使用接触式测量温度，很难准确分析出散热器表面不同区域模拟热源芯片的温度；红外热成像测试系统设备复杂，价格昂贵，操作复杂，实用性差。本专利技术提供了一种模拟热源芯片及其制备方法，可以很好的解决现有技术中存在的上述问题。本专利技术的技术方案如下：一种模拟热源芯片，所述模拟热源芯片表面具有模拟热源电阻和温度传感器，所述模拟热源电阻和所述温度传感器皆为薄膜平面电阻。金属的电阻温度系数呈线形，可以通过四线法来测量电阻变化，从而表征金属的温度变化，该方法被广泛应用于金属温度传感器中。在上述技术方案中，模拟热源电阻均匀分布在整个模拟热源芯片表面，实现均匀产热，温度传感器可以分布在模拟热源芯片表面的任意位置，其实际分布位置根据薄膜微通道散热器的散热结构来确定。将模拟热源电阻与温度传感器集成在一起，实现大功率发热的同时，又能准确、实时地测量整个芯片的温度梯度变化情况；同时，通过调整温度传感器的位置，可以实现微通道散热器不同区域散热特性的原位测量，从而更准确地分析散热器的热流体性能。优选地，所述模拟热源电阻和所述温度传感器由同种耐高温金属材料制成。使用同种耐高温金属材料制作所述模拟热源电阻和温度传感器，可以最大程度地简化本专利技术模拟热源芯片的制作工艺。优选地，所述耐高温金属材料为Au、Pt、W中的一种。更优选地，所述耐高温金属材料为W。优选地，所述模拟热源电阻和所述温度传感器为线形薄膜平面电阻。更优选地，所述模拟热源电阻和所述温度传感器皆为蛇形串联薄膜平面电阻。所述蛇形串联薄膜平面电阻是指按照蛇形线形状分布并串联连接的薄膜平面电阻。优选地，所述模拟热源电阻的阻值为10～200欧姆，所述温度传感器的阻值为500～3000欧姆。更优选地，所述模拟热源电阻的阻值为50欧姆，所述温度传感器的阻值为2000欧姆。优选地，所述温度传感器的数量为1～10个。温度传感器的数量由薄膜微通道散热器散热结构的形状和大小决定。优选地，所述模拟热源芯片包括焊接层、衬底、钝化层、粘附层和金属膜层，所述焊接层设于所述衬底下表面，所述钝化层设于所述衬底的上表面，所述粘附层设于所述钝化层表面，所述金属膜层设于所述粘附层表面；所述金属膜层由模拟热源电阻和温度传感器组成。优选地，所述衬底的材料为硅，所述钝化层的材料为SiN，所述粘附层的材料为Ti/TiN，所述焊接层的材料为Au、Ag、Cu等，通过所述焊接层可将本专利技术的模拟热源芯片焊接于微通道散热器表面。优选地，上述模拟热源芯片还包括金属焊盘，所述金属焊盘与所述模拟热源电阻或者所述温度传感器相连。所述金属焊盘的材料为Au、Al等金属，所述金属焊盘分为热源焊盘和传感器焊盘，每个模拟热源电阻对应2个热源焊盘，每个温度传感器对应4个传感器焊盘。本专利技术还提供了上述模拟热源芯片的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：1)在衬底表面，利用等离子体增强化学气相沉积技术制作钝化层；2)在钝化层表面，利用磁控溅射方法制作粘附层；3)在粘附层表面，利用薄膜气相沉积技术制作金属膜层；4)利用光刻和薄膜刻蚀技术将金属膜层制成模拟热源电阻和温度传感器；5)在衬底的另一表面，利用薄膜沉积技术制作焊接层。优选地，上述制作方法中，步骤3)所述薄膜气相沉积技术为化学气相沉积技术。步骤5)制作焊接层时，应将衬底的厚度控制为20～500微米，优选为100微米，适宜的衬底厚度，使微通道散热器的散热效果更好，温度及其变化情况测定结果更加准确。优选地，上述模拟热源芯片的制作方法还包括如下步骤：在粘附层表面，利用光刻和薄膜沉积技术制作金属焊盘。本专利技术具有如下有益效果：1)本专利技术的模拟热源芯片，将模拟热源电阻和温度传感器集成在一起，实现大功率发热的同时，又能准确、实时地测量整个芯片的温度梯度变化情况。2)本专利技术的模拟热源芯片，通过调整温度传感器的位置，可以实现微通道散热器不同区域散热特性的原位测量，从而更准确地分析散热器的热流体性能。3)本专利技术的模拟热源芯片，结构简单，制作工艺简单，测量过程方便。附图说明本专利技术将通过例子并参照附图的方式说明，其中：图1为本专利技术实施例中模拟热源芯片的结构示意图。图2为本专利技术实施例中模拟热源芯片与微通道散热器的集成结构示意图。图3为本专利技术实施例中模拟热源芯片的加工过程示意图。附图标记说明：1、模拟热源芯片；2、模拟热源电阻；3、热源焊盘；4、温度传感器；5、传感器焊盘；6、微通道散热器。具体实施方式本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。现有技术的缺陷：现有模拟热源芯片只具有简单的加热功能，必须借助热电偶或红外热成像技术分析微通道散热器的性能；而热电偶一般使用接触式测量温度，很难准确分析出散热器表面不同区域模拟热源芯片的温度；红外热成像测试系统设备复杂，价格昂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模拟热源芯片，其特征在于，所述模拟热源芯片表面具有模拟热源电阻和温度传感器，所述模拟热源电阻和所述温度传感器皆为薄膜平面电阻。

【技术特征摘要】
1.一种模拟热源芯片，其特征在于，所述模拟热源芯片表面具有模拟热源电阻和温度传感器，所述模拟热源电阻和所述温度传感器皆为薄膜平面电阻。2.根据权利要求1所述的模拟热源芯片，其特征在于，所述模拟热源电阻和所述温度传感器由同种耐高温金属材料制成。3.根据权利要求2所述的模拟热源芯片，其特征在于，所述耐高温金属材料为Au、Pt、W中的一种。4.根据权利要求1所述的模拟热源电阻，其特征在于，所述模拟热源电阻和所述温度传感器为线形薄膜平面电阻。5.根据权利要求1所述的模拟热源芯片，其特征在于，所述模拟热源电阻的阻值为10～200欧姆，所述温度传感器的阻值为500～3000欧姆。6.根据权利要求1所述的模拟热源芯片，其特征在于，所述温度传感器的数量为1～10个。7.根据权利要求1所述的模拟热源电阻，其特征在于，所述模拟热源芯片包括焊接层、衬底、钝化层、粘附层和金属膜层...

【专利技术属性】
技术研发人员：张剑，卢茜，李阳阳，向伟玮，蒋苗苗，徐秀琴，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十九研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51