[发明专利]利用集成pn结测量多芯片埋置型封装芯片接面温度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可用于埋置型封装的芯片接面温度的测量方法，更确切地说是利用集成pn结测量多芯片埋置型高密度封装芯片接面温度的方法，属于高密度封装领域。 

背景技术

多芯片组件(Multichip Module，缩写为MCM)封装是指将多个裸芯片和其它元器件组装在同一块多层互连基板上，然后进行封装，从而形成高密度和高可靠性的微电子组件。根据所用多层布线基板的类型不同，MCM可分为叠层多芯片组件(MCM-L)、陶瓷多芯片组件(MCM-C)、淀积多芯片组件(MCM-D)以及混合多芯片组件(MCM-C/D)等。这种封装技术是为了满足电子组件小型化和高密度集成的需求而发展和成熟起来的一种新型组装技术。MCM将多个裸芯片直接安装和连接到衬底基板上，芯片之间互连距离短，降低了互连线上的寄生电感和阻抗，因而能在提高组装密度的同时，降低信号的传输延迟时间，提高信号的传输速度，这有利于实现电子整机向功能化集成方向发展。埋置型MCM技术是将特定组件中多个微波芯片埋置在接地金属化的衬底腔体中，通过通孔垂直引出，并于其上布置多层绝缘层/金属布线互连。 

随着电路组装密度的不断增加，其功率密度也相应提高，同时单位体积发热量也有所增加。在外壳结构设计上，如果不能及时地将芯片所产生的热量散发出去，设法抑制电路的温升，必然对集成电路的可靠性产生极为严重的影响。对于芯片表面温度的测量可采用多种方法，最简便的是使用表面温度温度计直接测量。然而，对于埋置型MCM对其表面温度测量并不能真实反映芯片发热及封装结构的散热情况，故而需要对其芯片和衬底接面进行温度测量。由于MCM结构的特殊性——芯片被埋置于衬底中并被多层绝缘层/金属布线覆盖，给其芯片接面温度的测量以及封装结构散热问题的深入研究造成很大困难。因此，测量和监测埋置型MCM并解决多芯片埋置型高密度 封装芯片的散热问题刻不容缓，它也是需要攻克的难题之一。 

针对埋置型器件的接面温度测量，可以采用在接面位置埋入温度测量芯片的方法[Fei Geng，Jia-jie Tang，Le Luo，Thermal Management and testing of MCM with embedded chip in Silicon Substrate，International Conference on Electronic Packaging Technology & High Density Packaging，2008，28-31 July2008，Shanghai，pp.1-6.]，利用芯片上的温度传感器进行测量，最常见的测量范围在-40℃～150℃。但是，要在芯片接面埋入测温芯片对于芯片和衬底厚度有一定限制，增加了工艺难度，而且，测温范围过窄，对于一些特殊用途的芯片不适用。特别地，对于研究芯片和封装失效来说，希望能有更宽的测温范围。使用包括金属、金属化合物、掺杂电阻等在内的集成热敏电阻一般厚度小于0.5um，非常适合接面集成并测温。但是，大多数集成热敏电阻的温度线性度往往不够高，且温度高于120℃后温度系数会出现拐点，影响测温正确性和测温范围，虽然铂电阻线性度高，测温范围大，但是价格昂贵，不适合商业应用。另外，集成电阻的测温范围可根据需要和成本通过选择电阻材料来调整，具有很大的自由度。本发明拟从另一角度考虑测量接面温度，即利用集成pn结来测量埋置型封装结构的芯片接面温度，具有很好的线性度，耗电量少，制造于衬底中几乎不占体积，是一种理想的方法。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用pn结测量多芯片埋置型高密度封装芯片接面温度的测量方法。所述的接面温度是指埋置芯片和衬底接面间的温度。所述的方法不仅能够真实反映芯片工作时的实时温度，并且利用pn结阵列可以分析芯片的发热分布状况。另外，配合封装表面温度的测量，还可以深入研究整个封装系统的热性能。 

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：在芯片接面即衬底上的埋置槽中分别掺杂磷(P)和硼(B)，利用pn结的导通电压随温度变化的特性来测量芯片接面温度。根据需要选择并控制掺杂剂量和结深。先在衬底上埋置槽内光刻出p型掺杂区并掺杂硼(B)，然后再光刻形成n+掺杂区并掺杂磷(P)，然后淀积金属，光刻腐蚀形成引线焊盘和金属布线。通过控制掺杂剂量和结深调节线性测温范围；通过pn结阵列可以实时获取芯片接面温度和热分布情况。在此过程中，pn结的引脚需通过布线引出埋置槽以便在芯片埋入 后，仍不影响pn结的外连。然后再在衬底表明形成一层钝化层，以形成pn结与埋置芯片粘结材料的隔离。通过光刻腐蚀开出焊盘窗口。