传感器、芯片内部接触热阻的测试系统及方法

技术领域

本申请实施例涉及芯片热阻测试技术领域，特别涉及一种传感器、芯片内部接触热阻的测试系统及方法。

背景技术

随着5G的进一步发展，IC主芯片向高功率密度方向发展的趋势受限于自身热积累效应引起器件结温升高问题，严重导致器件性能和可靠性的下降，芯片热阻准确测量与评估已成为芯片热管理技术的重要研究热点之一。芯片接触热阻占据芯片热阻的20％以上，国际上已发展出多种多样的测试方法和技术，并伴随器件集成化的进步而继续向着追求更高的测试精度的方向发展。

发明内容

本申请实施例的主要目的在于提出一种传感器、芯片内部接触热阻的测试系统及方法，能够直接对芯片内部接触热阻进行测试。

为实现上述目的，本申请实施例提供了一种传感器，包括衬底、绝缘层和金属组件，绝缘层层叠设置在衬底上；金属组件设置在衬底和绝缘层之间；金属组件包括至少四个金属条，每个金属条具有外露于绝缘层的引脚。

另外，金属条包括条状部和与条状部相连接的引脚部，条状部的长度为2mm～10mm；沿衬底的厚度方向，条状部的厚度为100nm～200nm；沿垂直于衬底的厚度方向，条状部的宽度为20μm～50μm。

另外，衬底的厚度大于条状部在衬底中的热穿透厚度，绝缘层的厚度小于条状部在绝缘层的热穿透厚度。

另外，衬底的厚度大于等于0.5mm，和/或绝缘层的厚度为90nm～200nm。

另外，金属条的材料为金、铂或铜中的一种。

另外，本申请实施例还提供了一种芯片内部接触热阻的测试系统，包括：控温控压装置、传感器和谐波测量组件；控温控压装置包括控温控压腔体和设置在控温控压腔体内部的控温组件；传感器设置在控温组件远离控温控压腔体底面的一侧；传感器包括衬底、层叠设置在衬底上的绝缘层以及设置在衬底和绝缘层之间的金属组件；金属组件包括至少四个金属条，每个金属条具有外露于绝缘层的引脚；谐波测量组件的输出端与引脚电连接。

另外，谐波测量组件包括信号发生器和锁相放大器；传感器的引脚包括第一输入引脚，第二输入引脚，第一输出引脚和第二输出引脚；第一输入引脚和第二输入引脚均与信号发生器电连接；第一输入引脚和信号发生器之间还设有标准电阻，标准电阻的两端均通过第一信号差分器与锁相放大器电连接；第一输出引脚和第二输出引脚均通过第二信号差分器与锁相放大器电连接。

另外，上述测试系统还包括：待测芯片，待测芯片位于控温组件和传感器之间，且待测芯片具有待测的界面层，界面层背离控温组件并与绝缘层抵接。

另外，待测芯片在界面层处被分割为包括第一界面层的第一部分、包括第二界面层的第二部分；传感器的绝缘层一侧分别与第一界面层远离控温组件的一侧、第二界面层远离控温组件的一侧抵接以测量接触热阻。

为实现上述目的，本申请实施例还提供了一种芯片内部接触热阻的测试方法，用于上述测试系统，包括：将待测芯片在界面层处分割为包括第一界面层的第一部分以及包括第二界面层的第二部分；第一部分包括壳体，第二部分包括内核；将第一界面层远离壳体的一侧与绝缘层相贴合，采用谐波法测量第一接触热阻，第一接触热阻为第一界面层与壳体之间的接触热阻；和/或将第二界面层远离内核的一侧与绝缘层相贴合，采用谐波法测量第二接触热阻，第二接触热阻为第二界面层与内核之间的接触热阻。

另外，采用谐波法测量第一接触热阻，包括：将第一待测组件置于控温控压腔体内；第一待测组件由第一界面层远离壳体的一侧与传感器的绝缘层相贴合形成；对控温控压腔体进行控温、控压，并向传感器的引脚通入交流电信号并测试金属组件的基波电压和三次谐波电压，获取传感器的温升与频率的对应关系；基于第一界面层的厚度与对应关系，获取第一接触热阻。

另外，在基于第一界面层的厚度与对应关系，获取第一接触热阻之前，还包括：基于第一待测组件的厚度、传感器的厚度以及壳体的厚度，获取第一界面层的厚度。

另外，采用谐波法测量第二接触热阻，包括：将第二待测组件置于控温控压腔体内；第二待测组件由第二界面层远离内核的一侧与传感器的绝缘层相贴合形成；对控温控压腔体进行控温、控压，并向传感器的引脚通入交流电信号并测试金属组件的基波电压和三次谐波电压，获取传感器的温升与频率的对应关系；基于第二界面层的厚度与对应关系，获取第二接触热阻。

另外，第二部分还包括基底，基底设置于内核远离第二界面层的一侧；在基于第二界面层的厚度与对应关系，获取第二接触热阻之前，还包括：基于第二待测组件的厚度、传感器的厚度、基底的厚度以及内核的厚度，获取第二界面层的厚度。

另外，上述测试方法还包括：采用谐波法测量传感器的衬底的热阻。

另外，采用谐波法测量传感器的衬底的热阻，包括：将传感器置于控温控压腔体内，对控温控压腔体进行控温、控压，并向传感器的引脚通入交流电信号并测试传感器的输出引脚两端基波电压和三次谐波电压，获取传感器的温升与频率的对应关系；基于传感器的衬底的厚度和对应关系，获取传感器的衬底的热阻。

另外，采用谐波法测量传感器的衬底的热阻时，衬底远离绝缘层的一侧与控温组件远离控温控压腔体底面的一侧相贴合。

与现有技术相比，本申请实施例提供的技术方案具有以下优点：

本申请提出的一种传感器、芯片内部接触热阻的测试系统及方法，适用于芯片的壳体侧与界面侧(LID-TIM)之间、内核侧与界面侧(Die-TIM)之间的内部接触热阻测试，通过使用独立于待测芯片的传感器即可实现芯片内部接触热阻的测试。测试时将待测芯片在界面层处分割形成第一部分(壳体侧)和第二部分(内核侧)，然后将传感器的绝缘层与壳体侧的界面层直接贴合，或将传感器的绝缘层与内核侧的界面层直接贴合；最后采用谐波法分别测量TIM-LID的接触热阻和TIM-Die的接触热阻，测试方便，且测试结束后将传感器与界面层分离即可重复使用，节省了测试制样时间，也降低了测试成本。

本申请实施例提供的传感器、芯片内部接触热阻的测试系统及方法，首先将待测芯片在界面层处分割为包括第一界面层的第一部分以及包括第二界面层的第二部分，然后将传感器的绝缘层与第一部分的第一界面层贴合，采用谐波法对第一界面层和壳体侧之间的接触热阻进行测量；和/或将传感器的绝缘层与第二部分的第二界面层贴合，采用谐波法对第二界面层和内核侧之间的接触热阻进行测量。本申请实施例的测试方法代替现有技术中在待测芯片上直接电镀沉积电极(金属条)的技术方案，使得测试步骤操作简单且快速便捷。另外，测试结束后将传感器与待测芯片的留存的界面层分离即可重复使用，实现了对待测芯片内部接触热阻的低成本直接测试，解决了传统测试方法无法直接对芯片内接触热阻进行测试的问题。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定。

图1是本申请一实施例提供的传感器的俯视图；

图2是本申请一实施例提供的传感器的正视图；

图3是本申请一实施例提供的芯片内部接触热阻的测试系统的部分结构示意图；

图4是本申请一实施例提供的谐波测量组件与传感器连接的结构示意图；

图5是本申请一实施例提供的待测芯片的结构示意图；

图6是本申请一实施例提供的分割后的待测芯片的结构示意图；

图7是本申请一实施例提供的第一待测组件的结构示意图；

图8是本申请一实施例提供的第二待测组件的结构示意图；

图9是本申请一实施例提供的芯片内部接触热阻的测试方法的流程示意图；

图10是本申请另一实施例提供的芯片内部接触热阻的测试方法的流程示意图；

图11是本申请一实施例提供的测量第一接触热阻的流程示意图；

图12是本申请另一实施例提供的测量第一接触热阻的流程示意图；

图13是本申请一实施例提供的测量第二接触热阻的流程示意图；

图14是本申请另一实施例提供的测量第二接触热阻的流程示意图；

图15是本申请另一实施例提供的芯片内部接触热阻的测试方法的流程示意图。

具体实施方式

由背景技术可知，目前存在无法单独对芯片内部的接触热阻进行测试的问题。

目前，相关技术中芯片热阻测试通常采用是JEDEC51-1描述的瞬态双界面热阻测试方法，但该方法只可用作测量整个芯片热阻，无法单独测试得到芯片内部接触热阻。在测试芯片接触热阻时，还可以通过ASTM D5470热阻测试仪测量不同厚度的热阻来间接测试芯片接触热阻，但该测试方法是基于标准样品以及给定外部压力情况下进行测试的，对于封装好的芯片来说，采用该测试方法无法直接对封装好的芯片进行接触热阻测试。

相关技术中通常采用3ω方法来测试倒装芯片球栅格阵列(Flip Chip Ball GridArray，简称FCBGA)的封装芯片的内部接触热阻，具体的操作方法是：需在芯片的待测材料的表面电镀微型金属电极，将其作为加热器和传感器，通过拟合其温升-频率变化得到接触热阻值。但该方法不可用于接近接触面的导热界面材料(Thermal Interface Material，简称TIM)的检测，因为无定型的导热界面材料TIM上很难加工出微型电极，导致无法测试封装芯片的内部接触热阻。此外，该测试方法还需要重复在表面制作传感器，工艺复杂且成本较高。

为了解决FCBGA芯片及相似结构芯片内部接触热阻无法直接测量的问题，以及传统3ω方法需要表面沉积传感器、绝缘困难并且需要重复制样等技术缺陷，本申请实施例提供一种一种传感器、芯片内部接触热阻的测试系统及方法，该传感器可重复利用，自身具有绝缘层可与待测芯片绝缘，可测量芯片内导热界面材料与壳体(LID)之间、导热界面材料与内核(Die)之间的接触热阻。

参见图1，本申请实施例提供一种传感器，包括衬底13、绝缘层12和金属组件11，绝缘层12层叠设置在衬底13上；金属组件11设置在衬底13和所述绝缘层12之间；金属组件11包括至少四个金属条14，每个金属条14具有外露于绝缘层12的引脚。

需要说明的是，参见图2，本申请实施例提供的传感器，通过在衬底13上沉积金属组件11，金属组件11可以为金属条状传感器，主要起加热和测温的作用；金属组件11包括至少四个金属条14，图1示出了金属组件包括四个金属条的示意图。每个金属条14具有引脚，多个金属条14之间相互平行，多个引脚之间也相互平行；金属条14通过其引脚与外部电路电连接，金属条14和引脚均位于衬底13上；绝缘层12覆盖除引脚以外的衬底13的所有位置，以保证测试过程位于衬底13和绝缘层12之间的金属组件11与待测芯片绝缘。

在一些实施例中，金属条14包括条状部和与条状部相连接的引脚部，条状部的长度为2mm～10mm；沿衬底13的厚度方向，条状部的厚度为100nm～200nm；沿垂直于衬底13的厚度方向，条状部的宽度为20μm～50μm。

参见图1，以条状部的长度方向为第一方向，以条状部的宽度方向为第二方向。参见图2，以衬底13的厚度方向为第三方向，衬底13的厚度方向和条状部的厚度方向一致。本申请实施例对衬底13的长度方向和宽度方向不做限制。图1示出了衬底13的长度方向、宽度方向与条状部13的长度方向、宽度方向均一致的情形。如图1所示，条状部的长度方向即为衬底13的长度方向，条状部的宽度方向即为衬底13的宽度方向。

在一些实施例中，条状部在第一方向上的长度例如可以为2mm、4mm、5mm、7mm、8mm或10mm。优选的，条状部在第一方向上的长度为5mm。

需要说明的是，条状部的长度通常大于或等于2mm，条状部的最大长度可根据测试需要自行调整，但是条状部的长度需小于或等于待测芯片在第一方向上的长度。

在一些实施例中，条状部在第二方向上的宽度例如可以为20μm、30μm、35μm、40μm或50μm。优选的，条状部在第二方向上的宽度为35μm。

前面提到，第三方向为衬底13的厚度方向，具体参见图2，衬底13的厚度方向和条状部的厚度方向一致。在一些实施例中，条状部在第三方向上的厚度为100～200nm，例如条状部在第三方向上的厚度可以为100nm、120nm、150nm、170nm或200nm。优选的，条状部在第三方向上的厚度为150nm。

需要说明的是，引脚部的厚度与条状部的厚度一致，即：引脚部在第三方向上的厚度也可以为100～200nm，例如引脚部的厚度可以是100nm、120nm、150nm、170nm或200nm。当条状部在第三方向上的厚度为150nm时，引脚部在第三方向上的厚度也可以为150nm。

本申请实施例提供的传感器适用于测量FCBGA芯片内部界面层与壳体22之间(TIM-LID)的接触热阻的测量、以及FCBGA芯片内部界面层与内核24之间(TIM-Die)的接触热阻的测试。测试时，将传感器与待测样品的TIM侧相贴合使用，即将传感器的绝缘层12一侧与壳体22的TIM侧直接贴合，采用谐波法测量芯片内部接触热阻。本申请提供的传感器适用于测量绝缘、半导体、导体等多种界面材料与芯片其他部分之间的接触热阻。本申请实施例提供的传感器的应用不仅限于FCBGA芯片，也适用于其他含有类似结构的芯片接触热阻的测量。

本申请实施例提供的传感器具有如下优势：首先，传感器是独立于待测芯片的，在测试待测芯片的内部接触热阻时，将传感器的绝缘层12与待测界面贴合即可对待测界面的接触热阻进行测试；另外，传感器的两侧分别为衬底13和绝缘层12，衬底13和绝缘层12能够保护传感器及避免测试导体/半导体时短路；因金属组件11沉积在衬底13上，能够保证在重复使用传感器的过程中，对传感器的移动、分离等操作不会损坏尺寸微小的金属组件11；其次，传感器可重复使用且规格统一，可以集中制作，然后节省各次测试制样时间；最后，所述传感器实现了芯片内部的接触热阻测试。具体的，本申请实施例提供的传感器能够直接与待测芯片的壳体侧的第一界面层23a相贴合或直接与待测芯片的内核侧的第二界面层23b相贴合，以实现对待测芯片的壳体22与第一界面层23a之间的接触热阻、芯片内核24与第二界面层23b之间的接触热阻的检测。

参见图1，衬底13上依次并排分布有四个相互平行设置的金属条14，金属条14包括条状部和与条状部相连接的引脚部；其中，条状部包括为第一条状部141，第二条状部142，第三条状部143和第四条状部144，引脚部包括第一输入引脚14a、第一输出引脚14b、第二输出引脚14c和第二输入引脚14d；第一条状部141，第二条状部142，第三条状部143和第四条状部144的一端均通过导通金属条相连接；且第一条状部141、第二条状部142、第三条状部143和第四条状部144分别与其对应的引脚部连接；如图1所示，第一输出引脚14b和第二输出引脚14c位于第一输入引脚14a和第一输出引脚14b的内侧，且四个引脚部均暴露于绝缘层12的外部。

在一些实施例中，参见图2，衬底13的厚度大于条状部在衬底13中的热穿透厚度，绝缘层12的厚度小于条状部在绝缘层12的热穿透厚度。

参见图2，沿第三方向，衬底13的厚度大于条状部在衬底13中的热穿透厚度，是为了使热量能够完全耗散在衬底13中，以准确计算衬底13的温度变化。绝缘层12在第三方向上的厚度小于条状部在绝缘层12的热穿透厚度，使得条状部能够通过绝缘层12对待测芯片进行导热。

在一些实施例中，衬底13的厚度大于等于0.5mm，和/或绝缘层12的厚度为90nm～200nm。

由于条状部对衬底13的热穿透深度通常在百微米级别，考虑到实际加工的一般情况，通常衬底13的厚度大于等于0.5mm，以保证条状部对衬底13的热穿透深度小于衬底13厚度。

在一些实施例中，所述绝缘层12的厚度为90nm～200nm，以保证条状部对绝缘层12的热穿透深度大于绝缘层12的厚度。当芯片的导热界面材料TIM为导体或半导体时，增加绝缘层12的厚度以保证测试准确性。

在一些实施例中，金属条14的材料为金、铂或铜中的一种。

具体的，金属条14的材料可采用金、铂、铜等导电性能好的材料，以保证良好的导电性能。由于金属条14包括条状部和与条状部相连接的引脚部，因此，条状部和引脚部的材料为金、铂或铜中的一种。

在一些实施例中，所述衬底13的材质为玻璃。玻璃衬底13具有机械强度，可以通过施加一定压力保证贴合紧密，且能够保护传感器其余部分。

优选的，衬底13可选用派热克斯玻璃(Pyrex glass)，派热克斯玻璃具有表面粗糙度低的优势，方便制备金属条14和绝缘层12；当然，衬底13也可选用其他高热导率材料，只需满足表面粗糙度低且绝缘即可。衬底13的热导率过低，会导致金属组件11产生的温升很小，影响热阻的测试精度。

在一些实施例中，绝缘层12的材料选用氮化硅、碳化硅、氧化铝等绝缘材料，以保证有效隔离金属组件11和待测芯片。

本申请实施例为了解决传统3ω方法难以直接在业界更关注的FCBGA芯片TIM侧沉积电极直接测量芯片内部热阻的问题，提出制备一个独立于待测芯片传感器，与传统3ω方法相比，本申请实施例无需在芯片界面侧沉积表面传感器，制作工艺简单，良品率高使成本大大降低，能够满足FCBGA芯片为代表及其相似结构芯片内部的接触热阻。

为了实现直接对芯片内部热阻的测量，本申请实施例还提供了一种芯片内部接触热阻的测试系统，包括：控温控压装置、传感器和谐波测量组件，控温控压装置包括控温控压腔体41和设置在控温控压腔体41内部的控温组件43；传感器设置在控温组件43远离控温控压腔体41底面的一侧；传感器包括衬底13、层叠设置在衬底13上的绝缘层12以及设置在衬底13和绝缘层12之间的金属组件11；金属组件11包括至少四个金属条14，每个金属条14具有外露于绝缘层12的引脚；谐波测量组件的输出端与引脚电连接。

参见图3，控温控压腔体41内引出四根引线，分别为第一引线42a、第二引线42b、第三引线42c和第四引线42d，第一引线42a、第二引线42b、第三引线42c和第四引线42d的一端与金属组件11的四个引脚一一对应连接，四根引线的另一端引出控温控压腔体41外部分别与谐波测量组件的对应端头电连接。

参加图4，在一些实施例中，谐波测量组件包括信号发生器52和锁相放大器55；传感器的引脚包括第一输入引脚14a，第二输入引脚14d，第一输出引脚14b和第二输出引脚14c；第一输入引脚14a和第二输入引脚14d均与信号发生器52电连接；第一输入引脚14a和信号发生器52之间还设有标准电阻51，标准电阻51的两端均通过第一信号差分器54a与锁相放大器55电连接；第一输出引脚14b和第二输出引脚14c均通过第二信号差分器54b与锁相放大器55电连接。

参见图4，位于传感器外侧的第一输入引脚14a和第二输入引脚14d与谐波测量组件的信号发生器52连接，以向金属组件11内通入交流信号，对金属组件11进行周期性加热；另外，位于第一输入引脚14a和第二输入引脚14d之间的第一输出引脚14b、第二输出引脚14c与谐波测量组件的锁相放大器55连接，以输出电压值。

本申请实施例针对现有技术的无法对待测芯片的内部接触热阻直接测量的问题，提出一种芯片内部接触热阻的测试系统，该测试系统包括控温控压装置、传感器和谐波测量组件，测试时可直接将待测芯片的界面侧与传感器贴合，并将贴合后的芯片与传感器放入控温控压腔体41内，通过控制控温控压腔体41内的温度与压力，保证测试的温度和压力。金属组件11的第一输入引脚14a、第二输入引脚14d连接信号发生器52以向金属组件11的条状部接入交流电流，并通过谐波测量组件与金属组件11的第一输出引脚14b、第二输出引脚14c连接以测量待测芯片的内部接触热阻。

具体的，谐波测量组件的信号发生器52与第一输入引脚14a和第二输入引脚14d连接，金属组件11通过信号发生器52接入交流电流，信号发生器52的一端分别与金属组件11的第一输入引脚14a和第二输入引脚14d连接，信号发生器52的另一端与接地参考端53连接。标准电阻51两端的电压信号通过第一信号差分器54a接入锁相放大器55，第一输出引脚和第二输出引脚之间的电压信号通过第二信号差分器54b接入锁相放大器55；采用谐波法测量传感器的第一输出引脚和第二输出引脚之间的基波和三次谐波电压，以及测量标准电阻51两端的基波电压以计算电路电流，最终计算热阻。

如图3所示，本申请实施例提供的芯片内部接触热阻的测试系统还包括：待测芯片，待测芯片位于控温组件43和传感器之间，且待测芯片具有待测的界面层23，所述界面层23背离所述控温组件43并与所述绝缘层12抵接。

在一些实施例中，待测芯片在界面层23处被分割为包括第一界面层23a的第一部分、包括第二界面层23b的第二部分；传感器的绝缘层12一侧分别与第一界面层23a远离控温组件43的一侧、第二界面层23b远离控温组件43的一侧抵接以测量接触热阻。

需要说明的是，测量待测芯片的内部接触热阻时，首先需要通过刀具或其他切割器件将待测芯片在界面层23处分割为包括第一界面层23a的第一部分以及包括第二界面层23b的第二部分，然后将第一部分的第一界面层23a与绝缘层12贴合进行第一部分的内部接触热阻测试，或将第二部分的第二界面层23b与绝缘层12贴合进行第二部分的内部接触热阻测试。

参见图6，待测芯片在界面层23处被分割为第一部分和第二部分，第一部分为壳体部分(LID侧)，第二部分为内核部分(Die侧)，第一部分和第二部分均留存有部分界面层23；图6中第一部分位于第二部分的上方，第一部分上留存的界面层为第一界面层23a，第二部分上留存的界面层为第二界面层23b，第一界面层23a和第二界面层23b的切割面相对。

需要说明的是，可以在界面层23的厚度的二分之一处将待测芯片分割为第一部分和第二部分，此时，第一界面层23a的厚度和第二界面层23b的厚度相同，且第一界面层23a的厚度和第二界面层23b的厚度均为界面层23的厚度的二分之一。当然，可以理解的是，也可以在界面层23的厚度的其他位置处(如三分之一、三分之二或四分之一)对待测芯片进行分割，此时，第一界面层23a的厚度和第二界面层23b的厚度不同。

可以理解的是，为了便于将第一界面层23a或第二界面层23b与绝缘层12相贴合，在界面层23处沿平行于界面层23的长度方向切割待测芯片，也就是说，切割后形成在第一界面层23a或第二界面层23b上的切割面与界面层23的长度方向相平行。

具体的，可采用刀片辅助分离待测芯片形成第一部分和第二部分，即形成壳体LID侧/芯片内核Die侧。

在一些实施例中，辅助打开芯片的刀片厚度在0.22mm-0.28mm之间，例如刀片的厚度可以为0.22mm、0.24mm、0.26mm或0.28mm。

本申请实施例对待测芯片的打开方式不作限定，只需达到打开待测芯片封装的目的即可。打开封装的待测芯片后，此时第一部分和第二部分均有界面层23(TIM)留存，分别为第一界面层23a、第二界面层23b；在对第一部分进行内部接触热阻测试时，将传感器的绝缘层12与第一界面层23a贴合，保证传感器的绝缘层12与第一界面层23a直接接触。在对第二部分进行内部接触热阻测试时，将传感器的绝缘层12与第二界面层23b贴合，保证传感器的绝缘层12与第一界面层23a或第二界面层23b直接接触。

参见图5，为待测芯片的结构示意图。待测芯片为封装好的芯片，待测芯片包括基底25和设置在基底25上的具有空腔的壳体22，空腔内设有依次叠设在基底25上的内核24和界面层23，界面层23靠近内核24的一侧与内核24接触，界面层23远离内核24的一侧与壳体22的内侧顶壁接触。

图7示出了第一待测组件的结构示意图，第一待测组件由具有第一界面层23a的第一部分与传感器的绝缘层12相贴合形成。如图7所示，第一界面层23a远离壳体22的一侧与绝缘层12远离衬底13的一侧相贴合形成第一待测组件。

图8示出了第二待测组件的结构示意图，第二待测组件由具有第二界面层23b的第二部分与传感器的绝缘层12相贴合形成。如图8所示，第二界面层23b远离壳体22的一侧与绝缘层12远离衬底13的一侧相贴合形成第二待测组件。

需要说明的是，在测试第一部分或第二部分的内部接触热阻时，将第一待测组件或第二待测组件放入控温控压腔体41进行测试，图3示出了对第二部分(Die侧)进行内部接触热阻的示意图，如图3所示，第二待测组件位于控温控压腔体41内，以控制控温控压腔体41内的压力，且第二待测组件的基底25与控温组件43接触，控温组件43对第二待测组件进行控温。

因传统方法无法对封装的待测芯片内部的接触热阻进行直接测量，因此，本申请实施例提供一种芯片内部接触热阻的测试系统，如图5所示，首先将封装的待测芯片在界面层23处切割；接下来，如图6所示，将封装的待测芯片拆分为第一部分(LID侧)和第二部分(Die侧)，其中，第一部分和第二部分均保留有部分界面层23，第一部分保留的界面层为第一界面层23a，第二部分保留的界面层为第二界面层23b，在对TIM-LID的接触热阻或TIM-Die的接触热阻进行测量时，首先将传感器的绝缘层12一侧与第一界面层23a或第二界面层23b相贴合。如图7所示，为传感器的绝缘层12一侧与第一部分的第一界面层23a相贴合的示意图，将其置入控温控压腔体41时，壳体22与控温组件43接触。如图8所示，为传感器的绝缘层12一侧与第二部分的第二界面层23b相贴合的示意图，将其置入控温控压腔体41时，基底25与控温组件43接触，如图3所示。图3示出了将第二部分作为待测样品时，第二部分与传感器相贴合置于控温控压腔体41内的示意图，待测样品的基底25远离传感器的一侧与控温组件43的上侧相贴合，向传感器的第一输入引脚14a和第二输入引脚14d通入交流电流(例如：周期正弦交流信号)，对金属组件11进行周期性加热，采用谐波法测量传感器的第一输出引脚14b和第二输出引脚14c之间的基波和三次谐波电压，以及测量标准电阻51两端的基波电压以计算电路电流，最终计算热阻。

参见图9，本申请实施例还提供了一种芯片内部接触热阻的测试方法，包括：

步骤S1、将待测芯片在界面层23处分割为包括第一界面层23a的第一部分以及包括第二界面层23b的第二部分；第一部分包括壳体22，第二部分包括内核24。

步骤S2、将第一界面层23a远离壳体22的一侧与绝缘层12相贴合，采用谐波法测量第一接触热阻，第一接触热阻为第一界面层23a与壳体22之间的接触热阻；和/或，

将第二界面层23b远离内核24的一侧与绝缘层12相贴合，采用谐波法测量第二接触热阻，第二接触热阻为第二界面层23b与内核24之间的接触热阻。

需要说明的是，如图10所示，步骤S2可以包括：

步骤S201、将第一界面层23a远离壳体22的一侧与绝缘层12相贴合，采用谐波法测量第一接触热阻，第一接触热阻为第一界面层23a与壳体22之间的接触热阻。

步骤S202、将第二界面层23b远离内核24的一侧与绝缘层12相贴合，采用谐波法测量第二接触热阻，第二接触热阻为第二界面层23b与内核24之间的接触热阻。

也就是说，步骤S2包括步骤S201和步骤S202，即步骤S2包括分别对待测芯片的壳体侧和内核侧进行接触热阻的测试的步骤。

当然，可以理解的是，步骤S2也可以仅包括步骤S201，即步骤S2可以仅包括对待测芯片的壳体侧的内部接触热阻进行测试的步骤。步骤S2还可以仅包括步骤S202，即步骤S2可以仅包括对待测芯片的内核侧的内部接触热阻进行测试的步骤。

如图6所示，将待测芯片在界面层23处分割为第一部分(壳体侧)和第二部分(内核侧)，也将界面层23分为第一界面层23a和第二界面层23b，其中，第一界面层23a留存于第一部分，第二界面层23b留存于第二部分；在测试第一部分的内部接触热阻时，如图7所示，将第一界面层23a远离壳体22的一侧与传感器的绝缘层12相贴合，采用谐波法测试壳体22(LID)与第一界面层23a(TIM)之间的第一接触热阻；在测试第二部分的内部接触热阻时，如图8所示，将第二界面层23b远离内核24的一侧与传感器的绝缘层12贴合，采用谐波法测试内核24(Die)与第二界面层23b(TIM)之间的第二接触热阻。本申请实施例通过将独立于待测芯片的传感器与待测界面贴合以实现芯片内部接触热阻的测试，传感器可重复利用，传感器自身具有绝缘层12可与待测组件绝缘，可测量芯片内部TIM-LID、TIM-Die之间的接触热阻。

参见图11，在一些实施例中，采用谐波法分别测量第一接触热阻，包括：

步骤S2011、将第一待测组件置于控温控压腔体41内；第一待测组件由第一界面层23a远离壳体22的一侧与传感器的绝缘层12相贴合形成。

步骤S2012、对控温控压腔体41进行控温、控压，并向传感器的引脚通入交流电信号并测试金属组件11的基波电压和三次谐波电压，获取传感器的温升与频率的对应关系。

步骤S2013、基于第一界面层23a的厚度与对应关系，获取第一接触热阻。

具体的，如图6所示，将第一部分的第一界面层23a与传感器的绝缘层12相贴合，得到第一待测组件。然后将第一待测组件置于控温控压腔体41内，向传感器的金属组件11通入交流信号，待温度、压力稳定后，使用谐波法测量第一待测组件中金属组件11两端的基波电压和三次谐波电压，进而计算传感器温升ΔT与频率f的对应关系；最后根据第一界面层23a的厚度、传感器温升ΔT与频率f的对应关系，计算第一接触热阻，从而得到待测芯片的壳体侧与界面侧的内部接触热阻。

参见图12，在一些实施例中，在基于第一界面层23a的厚度与对应关系，获取第一接触热阻之前，还包括：

步骤S2013’、基于第一待测组件的厚度、传感器的厚度以及壳体22的厚度，获取第一界面层23a的厚度。

具体的，可以采用千分尺分别测量第一待测组件、传感器以及壳体22的厚度，通过第一待测组件的厚度减去传感器的厚度，以及减去壳体22的厚度，计算得到第一界面层23a的厚度。

参见图13，在一些实施例中，采用谐波法测量第二接触热阻，包括：

步骤S2021、将第二待测组件置于控温控压腔体41内；第二待测组件由第二界面层23b远离内核24的一侧与传感器的绝缘层12相贴合形成。

步骤S2022、对控温控压腔体41进行控温、控压，并向传感器的引脚通入交流电信号并测试金属组件11的基波电压和三次谐波电压，获取传感器的温升与频率的对应关系。

步骤S2023、基于第二界面层23b的厚度与对应关系，获取第二接触热阻。

如图7所示，将第二部分的第二界面层23b与传感器的绝缘层12相贴合，得到第二待测组件。如图3所示，将第二待测组件置于控温控压腔体41内；然后对控温控压腔体41进行控温、控压，并向传感器的引脚通入交流信号，待温度、压力稳定后，采用谐波法测量传感器两端基波电压和三次谐波电压，进而计算传感器温升ΔT与频率f的对应关系；此处，频率f为谐波频率；然后基于传感器温升ΔT与频率f的对应关系、以及第二界面层23b的厚度，计算第二接触热阻，从而得到待测芯片的内核侧与界面侧的内部接触热阻。

具体的，将金属组件11的第一输入引脚14a和第二输入引脚14d与交流电源连接，以向金属条14通入交流电流，采用谐波法测量金属组件11的第一输出引脚14c和第二输出引脚14d之间的基波电压V

ΔT＝2V

其中，公式(1)中，ΔT为金属组件的温升，V

根据公式(2)计算衬底的温升ΔT

其中，公式(2)中，K

其中，公式(3)中，K

然后根据公式(4)计算得到谐波频率f：

f＝pd/bl(ΔT-ΔT

其中，公式(4)中，p为金属组件上的热功率，d为待测界面层的厚度，即d为第一界面层或第二界面层的厚度，b为金属条的宽度，l为金属条的长度。

根据公式(5)求得接触热阻R：

R＝d/f(5)

其中，d为待测界面层的厚度，即d为第一界面层的厚度或第二界面层的厚度，f为谐波频率。

在一些实施例中，第二部分还包括基底25，基底25设置于内核24远离第二界面层23b的一侧；参见图14，在基于第二界面层23b的厚度与对应关系，获取第二接触热阻之前，还包括：

步骤S2023’、基于第二待测组件的厚度、传感器的厚度、基底25的厚度以及内核24的厚度，获取第二界面层23b的厚度。

具体的，可以采用千分尺分别测量第二待测组件、传感器、基底25以及内核24的厚度，通过第二待测组件的厚度减去传感器的厚度，以及减去内核24的厚度和基底25的厚度，计算得到第二界面层23b的厚度。

参见图15，在一些实施例中，本申请实施例提供的芯片内部接触热阻的测试方法，还包括：

步骤S1’、采用谐波法测量传感器的衬底13的热阻。

如图15所示，在执行步骤S1之前，先执行步骤S1’，即在对第一待测组件和第二待测组件进行芯片内部接触热阻测试之前，先采用谐波法测量传感器的衬底13的热阻，用于校验传感器。测试前，应事先对未贴合任何物质的传感器进行热阻测试，以衬底13为标准样品，采用谐波法测量所述标准样品的热阻，单独使传感器工作以校验传感器是否正常。

在一些实施例中，采用谐波法测量传感器的衬底13的热阻，包括：将传感器置于控温控压腔体41内，对控温控压腔体41进行控温、控压，并向传感器的引脚通入交流电信号并测试传感器的输出引脚两端基波电压和三次谐波电压，获取传感器的温升与频率的对应关系；基于传感器的衬底13的厚度和对应关系，获取传感器的衬底13的热阻。

具体的，采用谐波法测量传感器的衬底13的热阻，是将传感器的衬底13作为标准样品进行测试前校验，将传感器的引脚分别与控温控压腔体41的引线电连接，引线引出控温控压腔体41外部后与谐波测量组件中对应端头电连接；设定控温控压腔体41的温度、压力，通常控制控温控压腔体41的温度为常温，压力为1

如图15所示，在执行步骤S1’后，执行步骤S1，即校验传感器正常后，将待测芯片在界面层23处分割为包括第一界面层23a的第一部分以及包括第二界面层23b的第二部分。可以理解的是，因校验传感器的步骤只需在测量第一接触热阻和测量第二接触热阻的步骤之前，也就是说，步骤S1’在步骤S201和步骤S202之前执行，因此，步骤S1’和步骤S1可以同时进行，步骤S1’也可以在步骤S1之后进行，以达到在测量第一接触热阻和测量第二接触热阻的步骤之前对传感器完成校验的目的。

在步骤S1中，可采用刀具辅助将待测芯片分为第一部分和第二部分，第一部分和第二部分均保留有界面层23b，如图6所示；作为一个示例，待测芯片可以为FCBGA芯片，将FCBGA芯片分离为第一部分(LID侧)和第二部分(Die侧)，第一部分具有第一界面层23a，第二部分具有第二界面层23b。

在一些实施例中，为了表面外界因素对测试结果的干扰，因此，将待测组件和传感器放置在控温控压腔体41内进行热阻测试，控温控压装置为测试组件提供稳定的温度、压力环境，其中，温度可以为室温，压力为1

在执行步骤S1’之后，关闭控温控压以使控温控压腔体41的温度恢复常温常压，待控温控压腔体41的温度恢复常温常压时，执行步骤S201的操作。将第一界面层23a远离壳体22的一侧与传感器的绝缘层12相贴合，形成第一待测组件，并将第一待测组件置于控温控压腔体41内。此时，第一界面层23a远离壳体22的一侧贴合于传感器的绝缘层12远离衬底13的一侧，并保证露出传感器的四个引脚。接下来，设定控温控压腔体41的温度、压力，通常，温度设置为常温，压力为1

在执行步骤S201后，同样的，关闭控温控压以使控温控压腔体41的温度恢复常温常压，待控温控压腔体41的温度恢复常温常压时，将传感器与第一待测组件分离，执行步骤S202的操作。将第二界面层23b远离内核24的一侧与传感器的绝缘层12相贴合，形成第二待测组件，并将第二待测组件置于控温控压腔体41内。此时，第二界面层23b远离内核24的一侧贴合于传感器的绝缘层12远离衬底13的一侧，并保证露出传感器的四个引脚。接下来，设定控温控压腔体41的温度、压力，通常，温度设置为常温，压力为1

可以理解的是，本申请实施例提供的芯片内部接触热阻的测试方法，对第一接触热阻、第二接触热阻的测试时分开进行的，也就是说，本申请实施例的测试方法对待测芯片的Die侧、LID侧的接触热阻的检测是分开进行的。

需要说明的是，在对多个待测芯片进行内部接触热阻测试时，将每个待测芯片按上述测试方法分成第一待测组件和第二待测组件，然后分别对第一待测组件的TIM-LID的接触热阻，以及第二待测组件的TIM-Die的接触热阻进行测试，即可实现多个待测芯片的内部接触热阻测试。

在一些实施例中，采用谐波法测量传感器的衬底13的热阻时，衬底13远离绝缘层12的一侧与控温组件43远离控温控压腔体41底面的一侧相贴合。

需要说明的是，以衬底13作为标准样品，采用谐波法测量传感器的衬底13的热阻时，衬底13的下表面与控温组件43的上表面贴合。

需要说明的是，采用谐波法测量第一界面层23a与壳体22之间、第二界面层23b与内核24之间的接触热阻时，待测芯片的基底25或壳体22的下表面与控温组件的上表面贴合。

如图3所示，图3示出了第二待测组件位于控温控压腔体41内的示意图，基底25远离传感器的一侧与控温组件43远离控温控压腔体41底面的一侧相贴合。可以理解的是，将第一待测组件置于控温控压腔体41内时，壳体22远离传感器的一侧与控温组件43远离控温控压腔体41底面的一侧相贴合。

本申请实施例提供的芯片内部接触热阻的测试方法适用于对待测芯片内部的界面侧-壳体侧(TIM-LID)和界面侧-内核侧(TIM-Die)之间的接触热阻的测试。测试方法主要包括：将待测芯片在界面层23b处分割成包括第一界面层23a的第一部分(壳体侧)和包括第二界面层23b的第二部分(内核侧)；然后将传感器的绝缘层12一侧与壳体侧的第一界面层23a贴合，采用谐波法分别测量第一接触热阻(TIM-LID之间的接触热阻)；和/或将传感器的绝缘层12一侧与内核侧的第二界面层23b贴合，采用谐波法分别测量第二接触热阻(TIM-Die之间的接触热阻)。

由以上技术方案，本申请实施例提供了一种传感器、芯片内部接触热阻的测试系统及方法，解决了传统测试方法和测试系统无法直接对FCBGA芯片内接触热阻进行测试的问题；且无需更改芯片封装工艺，降低了测试的资源投入，表征接触热阻更精准；对待测芯片要求低，完全适用于具有相似结构的芯片接触热阻测试。

本申请实施例提供的传感器、芯片内部接触热阻的测试系统及方法，通过一独立于待测芯片的传感器实现芯片内部接触热阻的测试；将传感器与分割后的待测芯片的留存的界面层直接贴合即可进行测试，以代替在待测芯片上直接沉积电极的技术方案，且测试结束后将传感器与待测芯片的留存的界面层分离即可重复使用，实现了对待测芯片内部接触热阻的低成本直接测量。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的各实施例进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本申请各实施例中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施例的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。以下各个实施例的划分是为了描述方便，不应对本申请的具体实现方式构成任何限定，各个实施例在不矛盾的前提下可以相互结合相互引用。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施例是实现本申请的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本申请的精神和范围。