热管理 随着功能密度 和功率密度 的提升——尤其是采用先进封装技术时——这正成为半导体器件面临的一个日益严峻的挑战。热测试芯片（TTC）是开发适用于大功率半导体器件的热管理 解决方案的关键使能技术。
如何制造 TTC？
由美国制造的硅晶圆（图 1）制成的 TTC 可以精确模拟真实半导体芯片的尺寸和不均匀功率分布（如热点），并通过嵌入式片上传感器对芯片进行实时温度测量。TTC 是一个模拟 ASIC，由单元单元组成（图 2 和图 3），每个单元单元的功率输入和温度都可直接寻址，因此能够在芯片上进行可配置的功率分配和现场温度测量--小到一个单元单元的规模。
金属膜电阻器用作单元格中的热源，以提高晶圆上的均匀性和匹配度；其相对稳定的温度系数可确保在整个热测量过程中功耗保持恒定。此外，热源的布局也符合JEDEC JESD51-4标准。温度传感二极管（TSD）战略性地布置在TTC内，可同时对芯片 的多个位置进行精确的温度测量。
由于单元格可以以任何组合方式排列，因此 TTC 的尺寸可以任意调整，以匹配实际芯片的尺寸（最大可达 50 毫米 × 50 毫米，如有需要还可更大）。 TTC凭借其每个单元格中集成加热器和传感器的精度与准确性，能够精确模拟真实半导体芯片的热行为，从而为在开发新芯片期间（这一过程通常需要数年时间）同步开发热管理 解决方案提供了一款强大的工具。
使用热测试芯片制造测试车辆
借助TTC（专为线键合焊接层 或倒装芯片连接设计），可开发出采用多种封装形式的热测试平台（TTV），例如BGA、LGA、COB等，以及单封装多芯片（图4）结构，以模拟系统级封装（系统级封装（SiP） ），该技术常用于异构集成 。
凭借可配置的功率分配能力以及对整个芯片的同步温度测量能力，TTC和TTV在半导体封装和器件的热特性分析（稳态和瞬态）及评估方面非常有用，包括功率和/或温度映射，这些封装和器件可集成各种热管理 解决方案——热界面材料（TIM）、散热器、蒸汽腔、热管、冷板、液冷等。 它们在验证热仿真和建模方面也具有重要作用。此外，还可以在预设程序下进行功率循环测试，以评估各种热管理 解决方案的可靠性 性能。
玻璃中间膜的热测试芯片：案例研究
事实上，TTCs 也能满足先进封装的需求。在最近一项研究项目中，佐治亚理工学院和宾夕法尼亚州立大学的研究人员发表了一篇题为《采用双面脱模工艺的 6G 无线应用芯片嵌入式玻璃中介层底面冷却技术》的论文，该论文在佛罗里达州奥兰多市举行的 2023 年 IEEE 第 73 届电子元器件 与技术会议（ECTC）上进行了展示， 佐治亚理工学院和宾夕法尼亚州立大学的研究人员采用了Thermal Engineering Associates（TEA）提供的热传导体（TTC），用于开发一种嵌入芯片 的玻璃中介层工艺（图5）。 在该玻璃中介层中，玻璃基板内制备了贯通腔，TTC被嵌入贯通腔中，并通过顶面的再分配层（RDL）进行连接。利用热界面材料（TIM）将铜散热片附着在暴露的TTC背面，以热管理 。对嵌入式TTC电源密度 进行了测试，以评估其在28.8~261.3W/m²K范围内不同传热系数下的散热能力。
总体而言，随着半导体芯片和先进封装技术的不断演进——包括功耗的增加密度 更多 以及封装结构日益复杂——TTC和TTV将能够紧密模拟这些技术的发展趋势。目前，采用堆叠芯片和微芯片形式的、基于2.5D/3D封装的TTC正在研发之中。
