Flip-chip（倒裝芯片）封裝廣泛應用于桌面計算機、服務器和各種通訊設備。隨著功能要求的提高，功率和熱流密度越來越大。因此，對于高功率倒裝芯片，客戶在不斷的推進TIM（熱界面材料）的低熱阻化。
TIMs（Thermal Interface Materials）是用于提高固體接觸面之間傳熱性能的導熱材料。比如CPUs和散熱器之間，若出現微小間隙，由于空氣導熱性能極差，整個散熱效率就會嚴重降低。因此，TIM的熱特性對于散熱方案的可靠性是至關重要的，尤其是發熱部位的最高溫度（結溫Tj），散熱片上表面溫度（殼溫Tc），和上述兩點之間的熱阻。測殼溫Tc的傳統方法是，在散熱片中心放置一個熱電偶。該方法的一個最大問題是只能用散熱片中心位置的溫度來表征殼溫。但是在實際應用中，最高溫度的位置我們通常不確定，尤其是當給結區加載非均勻熱載荷（non-uniform power）的時候。
本文主要討論的是：
a. 描述如何使用不借助熱電偶的瞬態測試設備測試fcBGA封裝器件（由STATS ChipPAC制造）的TIM熱特性，尤其是結殼熱阻Rjc；
b. 描述如何測試在風扇不同轉速下（模擬真實工況）封裝器件的Rja（結到環境的熱阻）；
c. 闡明功率脈普對結構函數的影響；
d. 描述如何通過仿真生成一個仿真結構函數，再用測試結構函數來修正仿真結構函數，最后用修正后的結構函數生成熱阻網絡模型，應用于系統級產品中；
e. 明確并改進更好的仿真和測試方法。

STATS ChipPAC內部搭建了一個flip-chip測試裝置（test vehicle），專門用于評估TIM的熱特性，其結構如圖1所示。待測封裝器件包含如下結構，從上到下依次是：25x25x1 mm的銅制散熱片，TIM層、硅芯片、底部填充層（a layer of underfill）以及焊接凸點（solder bumps）、12層總厚度為1.65mm的襯底、焊球、和PCB板。在四周，使用環氧樹脂材料將銅蓋和襯底粘合在一起。

現在Thermal test dies廣泛應用于封裝器件設計認證。圖4展示了本次測試使用到的thermal test die，尺寸是10x10 mm。該芯片有4x4=16個單元，每個單元可以獨立工作，也可以通過某些關聯一起工作，比如均勻加熱或非均勻加熱。在芯片上分布有10個二極管傳感器，可以用于測量中心位置、邊上位置或者角落位置的溫度。在本次測試中，所有16個單元都是均勻發熱狀態。

正如圖4所示，10個二極管被置于硅芯片（silicon die）上，二極管用于測試該點的溫度值。當給二極管通一小電流時，二極管兩端的壓降與溫度呈線性關系。因此，在加熱器件之前，需要先確定二極管壓降和溫度之間的函數關系，或稱之為熱敏參數。圖6所示為標定該線性關系的實例。

作者：Eric Ouyang, Billy Ahn, Robin Bornoff , Weikun He, Nokibul Islam,Gwang Kim, KyungOe Kim, Andras Vass-Varnai 

2013 IEEE Semiconductor Thermal Management and Measurement Symposium