JP2007208262A - マイクロ熱流束センサアレイ - Google Patents

Abstract

【課題】マイクロ熱流束センサアレイを提供する。
【解決手段】基板１０と、基板の両面にそれぞれ形成された上部センサ及び下部センサを含む。前記上部センサ及び前記下部センサは、前記基板上に第１の導電性物質として形成された第１の配線パターン層２０、２０´と、前記第１の配線パターン層上に形成され、前記第１の配線パターン層の所定部分を露出させるビアホール３２を備える絶縁層３０、３０´と、前記絶縁層上に第２の導電性物質として形成され、前記ビアホールを通じて前記第１の配線パターン層と接合する第２の配線パターン層４０、４０´を含む。これにより、熱流束センサ自体の熱抵抗を最小化し、正確な熱流束を測定できる。
【選択図】図１

Description

本発明はマイクロ熱流束センサアレイに係り、さらに詳細には、水平方向及び垂直方向の熱流束を測定できるマイクロ熱流束センサアレイに関する。

半導体チップが次第に高性能化されるにつれて急速に動作電力が増加している。マイクロプロセッサ、メモリ及びその他の微細電子素子の場合、半導体チップの動作中に発生する熱を効果的に放熱しなければ、半導体チップ自体が高温によって劣化してしまうことを避けることができない。このような半導体チップが実装された半導体パッケージについて効果的な放熱設計を行うためには、まず半導体チップの各部分の温度を把握しなければならない。ひいては、熱の移動経路を正確に把握して半導体パッケージの構造及び材質を変更しなければならない。

このように半導体チップ内で熱の移動状況を示す物理量である熱流束の分布を精密に測定する必要性があるため、多様な熱流束センサが開発されている。

しかしながら、従来の熱流束センサの場合、熱流束センサ自体が測定対象物である半導体チップ表面の熱抵抗として作用するために、正確に熱流束を測定することができない。また、従来の熱流束センサの場合、熱流束センサ内で熱の移動経路を変更することによって、熱流束を測定するので正確な熱の移動経路を把握しにくいという問題がある。
特開平４−１１５５８１号公報 米国特許第５，９９０，４１２号明細書

本発明が解決しようとする技術的課題は、熱流束センサ自体の熱抵抗を最小化して、正確な熱流束を測定できるマイクロ熱流束センサアレイを提供することにある。

本発明の技術的課題は以上で言及した技術的課題で制限されず、言及されないまた他の技術的課題は以下の記載から当業者が明確に理解できる。

前記技術的課題を達成するための本発明の一実施形態によるマイクロ熱流束センサアレイは、基板、前記基板の第１の面に形成された複数の第１のセンサ、及び前記基板の第２の面に形成された複数の第２のセンサを含み、前記複数の第１及び第２のセンサは、第１の導電性物質から成る第１の配線パターン層、前記第１の配線パターン層と接触する第２の導電性物質から成る第２の配線パターン層及び前記第１及び第２の配線パターン層の間に設けられ、第１及び第２の配線パターン層をそれぞれ接触させるためのビアホールを貫通させた絶縁層を含む。

前記技術的課題を達成するための本発明の他の実施形態によるマイクロ熱流束センサアレイは、基板、前記基板の第１の面に形成された複数の第１のセンサ及び前記基板の第２の面に形成された複数の第２のセンサを含み、前記複数の第１及び第２のセンサは、第１の導電性物質から成る第１の配線パターン層、前記第１の配線パターン層と接触する第２の導電性物質から成る第２の配線パターン層、前記第１及び第２の配線パターン層の間に設けられ、第１及び第２の配線パターン層をそれぞれ接触させるためのビアホールを貫通させた絶縁層、及び前記絶縁層上に所定間隔に形成された複数の溝部を含む。

前記技術的課題を達成するための本発明のさらに他の実施形態によるマイクロ熱流束センサアレイは、基板、前記基板の第１の面に形成された複数の第１のセンサ及び前記基板の第２の面に形成された複数の第２のセンサを含み、前記複数の第１及び第２のセンサは、第１の導電性物質から成る第１の配線パターン層、前記第１の配線パターン層と接触する第２の導電性物質から成る第２の配線パターン層、所定間隔で複数の突出部を有し、第１及び第２の配線パターン層が接触する凹凸形状の絶縁層、及び前記絶縁層上で隣接した突出部の間に形成された複数の溝部を含む。

本発明によるマイクロ熱流束センサアレイによれば、熱流束センサ自体の熱抵抗を最小化し、水平方向だけではなく、垂直方向の熱流束をも正確に測定できる。

以下、本発明が例示される実施形態を示す図面を参照して、本発明をさらに詳細に説明する。しかしながら、本発明は、以下で開示される実施形態に限定されるものではなく、相異なる多様な形態で具現され得るものであり、本実施形態は、本発明の開示が完全となり、当業者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲の記載に基づいて定められなければならない。図面において、各層の厚み、領域の大きさおよびそれらの相対的な大きさは明確化のため誇張されている。

ある構成要素や層が異なる構成要素や層の‘〜上に’、‘〜と連結された’及び／又は‘〜とカップリングされた’というように記載されているときには、それは異なる構成要素や層と直接又は存在する異なる中間構成要素や層によって‘〜上に’、‘〜と連結された’及び／又は‘〜とカップリングされた’ものと理解されなければならない。これに対して、ある構成要素が‘直接〜上に’、‘〜と直接連結された’及び／又は‘〜と直接カップリングされた’というように記載されていれば、中間構成要素や層がないものである。同じ図面符号は全明細書全体にわたって同じ構成要素を示すものとする。以下で使用されるように、‘及び／又は’という用語は、関連されて言及された要素の一つ又はそれ以上の一部又は全ての組み合わせを含む。

‘第１’、‘第２’、‘第３’などのような用語が多様な構成要素、成分、領域、層及び／又は部分を記述するために以下で使用されるが、このような構成要素、成分、領域、層及び／又は部分はその用語に限定されるものではない。このような用語は一つの構成要素、成分、領域、層及び／又は部分を他の領域、層及び／又は部分と区別するために使用するものである。例えば、以下で言及される第１の構成要素、成分、領域、層及び／又は部分は本発明が開示したとおりであり、第２の構成要素、成分、領域、層及び／又は部分を示すものとする。

例えば、‘〜真下に（ｂｅｎｅａｔｈ）’、‘下に（ｂｅｌｏｗ）’、‘〜下部の（ｌｏｗｅｒ）’、‘〜上に（ａｂｏｖｅ）’、‘〜上部の（ｕｐｐｅｒ）’のような空間的に相対的な用語は、図面に示すようにある構成要素及び／又は特徴が異なる構成要素及び／又は特徴との相対的な関係を便利に記述するために使用されるものである。このような空間的に相対的な用語は、使用された装置と異なる方向又は本図面に示す方向に追加された作用を包括するためのものであることを理解しなければならない。もし図面に示す装置が覆されれば、異なる構成要素又は特徴の‘〜下に’及び／又は‘〜真下に’と記載された構成要素は異なる構成要素や特徴の‘〜上に’向くようにすることができる。従って、‘〜下に’という用語は上方向と下方向全てを包括できる。ある装置を異なる方向に（９０度に回転したり異なる方向になったり）することができ、空間的に相対的な記述はそれによって解釈される。

ここで使用される用語は、単に特定した実施形態を説明するためのものであり、本発明を制限しようとするものではない。ここに使用された‘一つの’のような単数形用語はもし文脈上明確に異なると指摘されない限り、複数形を含むものである。また、本明細書で使用された‘含む’という用語は言及された特性、数、段階、作用、構成要素又は成分などの存在を詳述するものであるが、これが一つ以上の特性、数、段階、作用、構成要素、成分又はそれらの集合の追加を排除するものではない。

本発明の実施形態は、本発明の好ましい実施形態（そして中間構造）の図式的な図面である断面図を参照して説明される。製造技術技法や所要される時間によって示された形態の多様な変形が予想できる。従って、本発明が記述された実施形態は明示的に限定されない限り、ここに示された領域を特定の形態に制限して解析してはならず、製造上の差異として形状の差異を含む。例えば、四角形で示す注入領域は典型的に円形や屈曲の形態であることができ、注入された領域と注入されない領域が二分法的に明確に区別されるものよりはその境界部分で注入濃度の傾斜を有するものである。同様に注入によって形成された埋没領域は埋没領域と注入が起こる表面の間の特定領域で一部の注入を起こす。従って、図面に示す領域は図式的であるものであり、その形状はある装置のある領域の実際形状を示すものではなく、ここに明示的に限定されない限り、本発明の範囲を制限するものではない。

他の限定がなければ、ここに使用された全ての用語（技術的、科学的用語を含んで）は当業者に共通的に理解されるものと同じ意味を有する。一般的に使用される辞書で限定された用語は関連技術と本発明の公開の文脈上その意味と一致する意味として解釈され、ここに特別にそのように限定されていない限り、理想的であったり、過度に形式的な観点で解析されたりしてはならない。

以下、本発明の第１の実施形態を図１〜図４Ｅに基づいて説明する。

まず、図１〜図３を参照して本発明の第１の実施形態によるマイクロ熱流束センサアレイについて説明する。図１は、本発明の第１の実施形態によるマイクロ熱流束センサアレイの分解斜視図である。図２は、図１のマイクロ熱流束センサアレイの結合斜視図である。図３は、図２のマイクロ熱流束センサアレイをIII−III´線に沿って切断した断面図である。

図１〜図３を参照すれば、マイクロ熱流束センサアレイ１００は基板１０と、基板１０の一面に順次に形成された第１の配線パターン層２０、絶縁層３０及び第２の配線パターン層４０から成る上部センサと、基板１０について上部センサと対称的に基板１０の他面に順次に形成された第１の配線パターン層２０´、絶縁層３０´及び第２の配線パターン層４０´から成る下部センサを含む。

ここで、マイクロ熱流束センサアレイ１００が熱流束の測定対象物の任意の形状にも適用できるように、基板１０は軟性フィルムを使用できる。例えば、基板１０としてはポリイミド（ＰＩ）などを使用することが望ましい。また、マイクロ熱流束センサアレイ１００自体の熱抵抗を最小化するためにはマイクロ熱流束センサアレイ１００の熱伝導度を高めることが好ましく、このため基板１０内に導電性金属ボールを添加すると良い。

基板１０の一面には、第１の導電性物質から成る第１の配線パターン層２０が形成されている。第１の配線パターン層２０は温度測定地点毎に形成された複数の第１の測定パターン２２と、各第１の測定パターン２２と外部の熱流束測定装置２００を連結する第１のルーティング配線２４を含む。第１の配線パターン層２０は腐蝕を防止し、強度を強化するために所定のメッキ膜で表面がメッキ処理されていることが好ましい。例えば、このようなメッキ膜としては錫（Ｓｎ）などを使用できる。

第１の配線パターン層２０上には第１の測定パターン２２を露出させるビアホール３２が形成された絶縁層３０が形成されている。例えば、絶縁層３０としてはソルダレジスト（ＳＲ）などを使用できる。

絶縁層３０上には、第２の導電性物質から成る第２の配線パターン層４０が形成されている。第２の配線パターン層４０は、第１の測定パターン２２に対応する位置に形成された複数の第２の測定パターン４２と、各第２の測定パターン４２と外部の熱流束測定装置２００を連結する第２のルーティング配線４４と、ビアホール３２を通過して第１の測定パターン２２と接触するように第２の測定パターン４２から突出された連結パターン４６を含む。第２の配線パターン層４０は、腐蝕を防止し、強度を強化するために所定のメッキ膜で表面がメッキ処理されていることが好ましい。例えば、このようなメッキ膜としては錫（Ｓｎ）などを使用できる。

ここで第１の配線パターン層２０を形成する第１の導電性物質と第２の配線パターン層４０を形成する第２の導電性物質は異種物質であってもよく、同種物質であってもよい。第１の配線パターン層２０と第２の配線パターン層４０が異種物質から成る場合、第１の配線パターン層２０と第２の配線パターン層４０は熱電対を形成するようになり、熱流束測定装置２００から第１の配線パターン層２０と第２の配線パターン層４０の間の電位差を測定して熱流束を計算できる。また、第１の配線パターン層２０と第２の配線パターン層４０が同種物質から成る場合、熱流束測定装置２００から第１の配線パターン層２０と第２の配線パターン層４０の間の抵抗を測定して熱流束を計算できる。このような熱流束計算方法については後述する。

第１のルーティング配線２４と第２のルーティング配線４４が円滑に熱流束測定装置２００と連結されるために第１のルーティング配線２４と第２のルーティング配線４４は互いに異なる方向に延長されることが好ましい。

前述したように基板１０の他面に順次に形成された第１の配線パターン層２０´、絶縁層３０´及び第２の配線パターン層４０´から成る下部センサは上部センサと実質的に同一なのでその説明は省略する。ここで効果的に垂直方向の熱流束を測定するためには、基板１０の一面と他面にそれぞれ配置された第１の配線パターン層（２０、２０´）と第２の配線パターン層４０の接合部は同一の垂直線上に設けられることが好ましい。言い換えれば、第１の測定パターン（２２、２２´）と第２の測定パターン（４２、４２´）は同一の垂直線上に設けられることが好ましい。

以下、図２及び図３を参照して本発明のマイクロ熱流束センサアレイの動作について説明する。

まず、第１の配線パターン層（２０、２０´）と第２の配線パターン層（４０、４０´）が異種物質から成る場合を説明する。

一般的に、二個のそれぞれ異なる金属で形成された一つの閉回路において、異種の金属が接合された二個の接合部をそれぞれ異なる温度に維持すれば、二個の接合部では電位差が発生するようになる。このような現象は、金属の種類に応じて温度と起電力との相関関係が異なるように決まっていて、ゼーベック効果による温度と起電力との間の相関関係は既に決定されているため、電位差を測定することによって温度を計算できる。このような二個の異種金属の接合を用いて温度を測定するセンサを熱電対センサという。

図２及び図３に示すように、マイクロ熱流束センサアレイ１００は基板１０の上部に第１の配線パターン層２０と第２の配線パターン層４０から成る上部熱電対センサと、基板１０の下部に第１の配線パターン層２０´と第２の配線パターン層４０´から成る下部熱電対センサで構成される。

具体的には、上・下部熱電対センサは第１の配線パターン層（２０、２０´）の第１の測定パターン（２２、２２´）と、第２の配線パターン層４０の第２の測定パターン（４２、４２´）が連結パターン４６によって接合された構造となっている。

基板１０の下部に設けられた下部熱電対センサの第２の配線パターン層４０´を熱流束測定対象物に接触させた状態で対象物の熱流束を測定する方法を調べる。図３を参照すれば、対象物から発生した熱はマイクロ熱流束センサアレイ１００によって水平方向だけでなく、垂直方向にも伝達される。例えば、Ａ熱電対センサとＢ熱電対センサの温度を測定すれば対象物から発生した熱が水平方向に進行する熱流束を得ることができる。また、Ａ熱電対センサとＣ熱電対センサの温度を測定すれば、対象物から発生した熱が垂直方向に進行する熱流束を得ることができる。

このように本発明のマイクロ熱流束センサアレイ１００によれば、基板１０の上下面に複数の熱電対センサを形成することによって水平方向はもちろん垂直方向に対する熱流束をも正確に測定できる。また、前述したように基板１０内に導電性金属ボールを添加してマイクロ熱流束センサアレイ１００の熱伝導度を高めることによってマイクロ熱流束センサアレイ１００自体の熱抵抗を最小化できる。

次に、第１の配線パターン層（２０、２０´）と第２の配線パターン層４０が同種物質から成る場合を説明する。

一般的に、導電性物質である場合、温度が上がれば抵抗値が大きくなる。このような現象は導電性物質の種類に応じて温度と抵抗値との相関関係が異なるように決まっており、物質によって抵抗値を測定することによって温度を計算できる。このように導電性物質の電気抵抗を用いて温度を測定するセンサを抵抗温度検出器（Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ；ＲＴＤ）という。

図２及び図３に示すように、マイクロ熱流束センサアレイ１００は基板１０の上部に第１の配線パターン層２０と第２の配線パターン層４０から成る上部抵抗温度検出器と、基板１０の下部に第１の配線パターン層２０´と第２の配線パターン層４０´から成る下部抵抗温度検出器で構成される。

具体的には、上・下部抵抗温度検出器は第１の配線パターン層（２０、２０´）の第１の測定パターン（２２、２２´）と、第２の配線パターン層４０の第２の測定パターン（４２、４２´）が連結パターン４６によって接合された構造を有する。

基板１０の下部にある下部抵抗温度検出器の第２の配線パターン層４０´を熱流束測定対象物に接触させた状態で対象物の熱流束を測定する方法について説明する。図３を参照すれば、対象物から発生した熱はマイクロ熱流束センサアレイ１００によって水平方向だけでなく、垂直方向にも伝達される。例えば、Ａ抵抗温度検出器とＢ抵抗温度検出器の温度を測定すれば、対象物から発生した熱が水平方向に進行する熱流束を得ることができる。また、Ａ抵抗温度検出器とＣ抵抗温度検出器の温度を測定すれば、対象物から発生した熱が垂直方向に進行する熱流束を得ることができる。

このように本発明のマイクロ熱流束センサアレイ１００によれば、基板１０の上下面に複数の抵抗温度検出器を形成することによって、水平方向はもちろん垂直方向に対する熱流束をも正確に測定できる。また、前述したように基板１０内に導電性金属ボールを添加してマイクロ熱流束センサアレイ１００の熱伝導度を高めることによってマイクロ熱流束センサアレイ１００自体の熱抵抗を最小化できる。

以下、図３及び図４Ａ〜図４Ｅを参照して本発明の第１の実施形態によるマイクロ熱流束センサアレイの製造方法について説明する。図４Ａ〜図４Ｅは、本発明の第１の実施形態によるマイクロ熱流束センサアレイの製造方法を順次に示す工程断面図である。

図４Ａに示すように、ポリイミドなどから成る基板１０上に第１の導電層１２０を形成する。具体的には、第１の導電層１２０は基板１０上にスパッタリング方式でシード層を形成した後、電解メッキ方式で形成できる。

その後、第１の導電層１２０の厚さを調節するか、あるいは第１の導電層１２０上に形成された酸化膜を除去するためソフトエッチングを行うことができる。

そして、第１の導電層１２０をパターニングして図４Ｂのような第１の配線パターン層２０を形成する。ここで第１の配線パターン層２０の表面を錫などにメッキ処理する工程が追加できる。

続いて、図４Ｃを参照すれば、第１の配線パターン層２０上に所定のビアホール３２が形成された絶縁層３０を形成する。絶縁層３０は、スクリーン印刷方式で形成できる。

そして、図４Ｄに示すように、絶縁層３０上に第２の導電層１４０を形成する。具体的には、第２の導電層１４０は基板１０上にスパッタリング方式でシード層を形成した後電解メッキ方式で形成できる。

続いて第２の導電層１４０をパターニングして図４Ｅのような第２の配線パターン層４０を形成する。ここで第２の配線パターン層４０の表面を錫などでメッキ処理する工程が追加できる。

このように基板１０の一面に上部センサを形成した後、同一の工程を基板１０の他面について繰り返し行うことによって、図３に示すように基板１０の他面に第１の配線パターン層２０´、絶縁層３０´及び第２の配線パターン層４０´を形成して下部センサを完成することができる。

以下、図５を参照して本発明の第２の実施形態を説明する。図５は、本発明の第２の実施形態によるマイクロ熱流束センサアレイの斜視図である。説明の便宜上、前記第１の実施形態の図面に示した各部材と同の一機能を有する部材は同一の符号で示し、従ってその説明は省略する。

本実施形態のマイクロ熱流束センサアレイ５００は、図５に示すように、第１の実施形態のマイクロ熱流束センサアレイ１００と以下の内容を除いては基本的に同一の構造を有する。すなわち、図５に示すように、隣接した第１の配線パターン層（２０、２０´）の間に介在された絶縁層（５３０、５３０´）に一定の間隔で複数の溝部（５３２、５３２´）が形成されている。

このように絶縁層（５３０、５３０´）に溝部（５３２、５３２´）が形成されることによってさらに精密な熱流束を測定できる。これを具体的に説明するため基板１０の下部に設けられる第２の配線パターン層４０´が熱流束測定対象物と接触した場合を例に挙げて説明する。すなわち、図５を参照すればＡ地点の温度とＢ地点の温度を測定することによって対象物から発生した熱が水平方向に進行する熱流束を得ることができる。また、Ａ地点の温度とＣ地点の温度を測定することによって対象物から発生した熱が垂直方向に進行する熱流束を得ることができる。

ここでＡ地点とＢ地点では対象物と第２の配線パターン層４０が直接接触するので、水平方向の熱流束は誤差が発生するおそれがない。しかし、垂直方向の熱流束の場合、Ａ地点から放出された熱がＣ地点に直進して伝達されるのではなく、Ａ地点でスポーク状に放射されるために、垂直方向の熱流束に誤差が発生する。言い換えれば、Ａ地点から放出された熱はＣ地点だけでなく、Ｄ地点に向けても伝達されるのでＣ地点の温度が相対的に低く測定される。

このように垂直方向の熱流束についての誤差を最小化するため絶縁層（５３０、５３０´）に溝部（５３２、５３２´）を形成した。このような溝部（５３２、５３２´）によって水平方向に熱が伝達されることを抑制できるので正確な垂直方向の熱流束を測定できる。

以下、本発明の第３の実施形態を図６〜図９Ｃに基づいて説明する。

まず、図６〜図８を参照して本発明の第３の実施形態によるマイクロ熱流束センサアレイについて説明する。図６は、本発明の第３の実施形態によるマイクロ熱流束センサアレイの分解斜視図である。図７は、図６のマイクロ熱流束センサアレイの結合斜視図である。図８は、図７のマイクロ熱流束センサアレイをVIII−VIII´線に沿って切断した断面図である。

図６〜図８を参照すれば、マイクロ熱流束センサアレイ６００は基板６１０と、基板６１０の一面に順次に形成された絶縁層６２０、第１の配線パターン層６３０及び第２の配線パターン層６４０から成る上部センサと、基板６１０について上部センサと対称的に基板６１０の他面に順次に形成された絶縁層６２０´、第１の配線パターン層６３０´及び第２の配線パターン層６４０´を含む。

ここで、マイクロ熱流束センサアレイ６００が熱流束の測定対象物の任意の形状にも適用できるように、基板６１０は軟性フィルムを使用できる。例えば、基板６１０としてはポリイミド（ＰＩ）などを使用することが望ましい。また、マイクロ熱流束センサアレイ６００自体の熱抵抗を最小化するためには、マイクロ熱流束センサアレイ６００の熱伝導度を高めることが好ましく、このため基板６１０内に導電性金属ボールを添加すると良い。

基板６１０の一面には、凹凸が形成された絶縁層６２０が形成されている。すなわち、絶縁層６２０は一定した間隔の溝部６２２を備えている。例えば、絶縁層６２０としてはソルダレジスト（ＳＲ）などを使用できる。

絶縁層６２０上には、第１の導電性物質から成る第１の配線パターン層６３０が形成されている。第１の配線パターン層６３０は温度測定地点毎に形成された複数の第１の測定パターン６３２と、各第１の測定パターン６３２と外部の熱流束測定装置２００を連結する第１のルーティング配線６３４を含む。第１の配線パターン層６３０は腐蝕を防止し、強度を強化するために所定のメッキ膜で表面をメッキ処理することが好ましい。例えば、このようなメッキ膜としては錫（Ｓｎ）などを使用できる。

絶縁層６２０上には、第１の配線パターン層６３０と所定部分で重畳する第２の導電性物質から成る第２の配線パターン層６４０が形成されている。言い換えれば、絶縁層６２０は第１の測定パターン６３２と第２の測定パターンが提供できる階段領域（屈曲）を含むことができる。第２の配線パターン層６４０は、第１の測定パターン６３２と所定部分で重畳して接触する複数の第２の測定パターン６４２と、各第２の測定パターン６４２と外部の熱流束測定装置２００を連結する第２のルーティング配線６４４を含む。第２の配線パターン層６４０は腐食を防止し、強度を強化するために所定のメッキ膜で表面をメッキ処理することが好ましい。例えば、このようなメッキ膜としては錫（Ｓｎ）などを使用できる。

ここで熱流束測定対象物と接触する第１の測定パターン６３２及び第２の測定パターン６４２は絶縁層６２０の突出部に配置されることが好ましい。そして第１の測定パターン６３２及び第２の測定パターン６４２にそれぞれ連結された第１のルーティング配線６３４及び第２のルーティング配線６４４は熱流束測定対象物との接触による断線を防止するため絶縁層６２０の溝部６２２に配置できる。

そして、第１の配線パターン層６３０を形成する第１の導電性物質と第２の配線パターン層６４０を形成する第２の導電性物質は異種物質であってもよく、同種物質であってもよい。前述した第１の実施形態で説明したように、第１の配線パターン層６３０と第２の配線パターン層６４０が異種物質から成る場合、第１の配線パターン層６３０と第２の配線パターン層６４０は熱電対を形成するようになり、熱流束測定装置２００から第１の配線パターン層６３０と第２の配線パターン層６４０の間の電位差を測定して熱流束を計算できる。また、第１の配線パターン層６３０と第２の配線パターン層６４０が同種物質から成る場合、熱流束測定装置２００から第１の配線パターン層６３０と第２の配線パターン層６４０の間の抵抗を測定して熱流束を計算できる。

第１のルーティング配線６３４と第２のルーティング配線６４４が円滑に熱流束測定装置２００と連結されるため第１のルーティング配線６３４と第２のルーティング配線６４４は互いに異なる方向に延長されることが好ましい。

前述したように基板６１０の他面に順次に形成された絶縁層６２０´、第１の配線パターン層６３０´及び第２の配線パターン層６４０´から成る下部センサは上部センサと実質的に同一なのでその説明は省略する。ここで、効果的に垂直方向の熱流束を測定するためには、基板６１０の一面と他面にそれぞれ配置された第１の配線パターン層（６３０、６３０´）と第２の配線パターン層（６４０、６４０´）の接合部は同一な垂直線上に設けられることが好ましい。言い換えれば、第１の測定パターン（６３２、６３２´）と第２の測定パターン（６４２、６４２´）は同一な垂直線上に設けられることが好ましい。

本実施形態のマイクロ熱流束センサアレイ６００の動作は図５で説明した本発明の第２の実施形態によるマイクロ熱流束センサアレイ５００と実質的に同一である。すなわち、水平方向の正確な熱流束を測定できるだけでなく、絶縁層６２０に形成された溝部６２２によって垂直方向の熱流束についての誤差を最小化できる。

以下、図８及び図９Ａ〜図９Ｃを参照して本発明の第３の実施形態によるマイクロ熱流束センサアレイの製造方法について説明する。図９Ａ〜図９Ｃは、本発明の第３の実施形態によるマイクロ熱流束センサアレイの製造方法を順次に示す工程断面図である。

図９Ａに示すように、ポリイミドなどから成る基板６１０上に一定した間隔の溝部６２２を備えた絶縁層６２０を形成する。絶縁層６２０はスクリーン印刷方式で形成できる。

続いて図９Ｂを参照すれば、絶縁層６２０上に第１の導電層（図示せず）を形成した後、パターニングして第１の配線パターン層６３０を形成する。ここで、第１の導電層は絶縁層６２０上にスパッタリング方式でシード層を形成した後、電解メッキ方式で形成できる。そして第１の配線パターン層６３０の表面を錫などでメッキ処理する工程が追加できる。

続いて、図９Ｃを参照すれば、第１の配線パターン層６３０上に第２の導電層（図示せず）を形成した後、パターニングして第１の配線パターン層６３０と所定部分で重畳する第２の配線パターン層６３０を形成する。ここで第２の導電層は、基板６１０上にスパッタリング方式でシード層を形成した後、電解メッキ方式で形成できる。そして、第２の配線パターン層６４０の表面を錫などでメッキ処理する工程を追加できる。

このように基板６１０の一面に上部センサを形成した後、同一の工程を基板６１０の他面について繰り返し行うことによって、図８に示すように基板６１０の他面に絶縁層６２０、第１の配線パターン層６３０及び第２の配線パターン層６４０を形成して下部センサを完成することができる。

以上、添付した図面を参照して本発明の実施形態を説明したが、当業者であれば、本発明の技術的思想や必須的な特徴を変更せずに他の具体的な形態で実施されうることを理解することができる。したがって、上述した好適な実施形態は、例示的なものであり、限定的なものではないと理解されるべきである。

本発明は半導体チップ内で熱流束の分布を精密に測定するために利用できる。

本発明の第１の実施形態によるマイクロ熱流束センサアレイの分解斜視図である。 図１のマイクロ熱流束センサアレイの結合斜視図である。 図２のマイクロ熱流束センサアレイをIII−III´線に沿って切断した断面図である。 本発明の第１の実施形態によるマイクロ熱流束センサアレイの製造方法を順次に示す工程断面図である。 本発明の第１の実施形態によるマイクロ熱流束センサアレイの製造方法を順次に示す工程断面図である。 本発明の第１の実施形態によるマイクロ熱流束センサアレイの製造方法を順次に示す工程断面図である。 本発明の第１の実施形態によるマイクロ熱流束センサアレイの製造方法を順次に示す工程断面図である。 本発明の第１の実施形態によるマイクロ熱流束センサアレイの製造方法を順次に示す工程断面図である。 本発明の第２の実施形態によるマイクロ熱流束センサアレイの分解斜視図である。 本発明の第３の実施形態によるマイクロ熱流束センサアレイの分解斜視図である。 図６のマイクロ熱流束センサアレイの結合斜視図である。 図７のマイクロ熱流束センサアレイをVIII−VIII´線に沿って切断した断面図である。 本発明の第３の実施形態によるマイクロ熱流束センサアレイの製造方法を順次に示す工程断面図である。 本発明の第３の実施形態によるマイクロ熱流束センサアレイの製造方法を順次に示す工程断面図である。 本発明の第３の実施形態によるマイクロ熱流束センサアレイの製造方法を順次に示す工程断面図である。

符号の説明

１０ 基板、
２０ 第１の配線パターン層、
２２ 第１の測定パターン、
２４ 第１のルーティング配線、
３０ 絶縁層、
３２ ビアホール、
４０ 第２の配線パターン層、
４２ 第２の測定パターン、
４４ 第２のルーティング配線、
４６ 連結パターン、
１００ マイクロ熱流束センサアレイ、
２００ 熱流束測定装置。

Claims (22)

1. 基板と、
   前記基板の第１の面に形成された複数の第１のセンサと、
   前記基板の第２の面に形成された複数の第２のセンサを含み、
   前記複数の第１及び第２のセンサは、
   第１の導電性物質から成る第１の配線パターン層と、
   前記第１の配線パターン層と接触する第２の導電性物質から成る第２の配線パターン層と、
   前記第１及び第２の配線パターン層の間に設けられ、第１及び第２の配線パターン層をそれぞれ接触させるためのビアホールを貫通させた絶縁層と、
   を含むことを特徴とするマイクロ熱流束センサアレイ。
2. 前記第１の配線パターン層は、
   温度測定地点毎に形成された複数の第１の測定パターンと、
   前記各第１の測定パターンと外部熱流束測定装置を連結する複数の第１のルーティング配線を含むことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ熱流束センサアレイ。
3. 前記第２の配線パターンは、
   前記各第１の測定パターンと対応する位置に形成された複数の第２の測定パターンと、
   前記絶縁層上に形成されたビアホール上に設けられ、前記複数の第１の測定パターンと前記複数の第２の測定パターンをそれぞれ連結する複数の連結パターンと、
   前記各第２の測定パターンと前記外部熱流束測定装置を連結する第２のルーティング配線と、
   を含むことを特徴とする請求項２に記載のマイクロ熱流束センサアレイ。
4. 前記第１及び第２の配線パターン層は、異種物質から成ることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ熱流束センサアレイ。
5. 前記第１及び第２の配線パターン層は同種物質から成ることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ熱流束センサアレイ。
6. 前記基板は、軟性フィルムから成ることを特徴とする請求項２に記載のマイクロ熱流束センサアレイ。
7. 前記基板は、導電性金属ボールをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ熱流束センサアレイ。
8. 基板と、
   前記基板の第１の面に形成された複数の第１のセンサと、
   前記基板の第２の面に形成された複数の第２のセンサを含み、
   前記複数の第１及び第２のセンサは、
   第１の導電性物質から成る第１の配線パターン層と、
   前記第１の配線パターン層と接触する第２の導電性物質から成る第２の配線パターン層と、
   前記第１及び第２の配線パターン層の間に設けられ、第１及び第２の配線パターン層をそれぞれ接触させるためのビアホールを貫通させた絶縁層と、
   前記絶縁層上に所定間隔に形成された複数の溝部と、
   を含むことを特徴とするマイクロ熱流束センサアレイ。
9. 前記第１の配線パターン層は、
   温度測定地点毎に形成された複数の第１の測定パターンと、
   前記各第１の測定パターンと外部熱流束測定装置を連結する複数の第１のルーティング配線を含むことを特徴とする請求項８に記載のマイクロ熱流束センサアレイ。
10. 前記第２の配線パターンは、
    前記各第１の測定パターンと対応する位置に形成された複数の第２の測定パターンと、
    前記絶縁層上に形成されたビアホール上に設けられ、前記複数の第１の測定パターンと前記複数の第２の測定パターンをそれぞれ連結する複数の連結パターンと、
    前記各第２の測定パターンと前記外部熱流束測定装置を連結する第２のルーティング配線と、
    を含むことを特徴とする請求項９に記載のマイクロ熱流束センサアレイ。
11. 前記第１及び第２の配線パターン層は異種物質から成ることを特徴とする請求項８に記載のマイクロ熱流束センサアレイ。
12. 前記第１及び第２の配線パターン層は同種物質から成ることを特徴とする請求項８に記載のマイクロ熱流束センサアレイ。
13. 前記基板は軟性フィルムから成ることを特徴とする請求項８に記載のマイクロ熱流束センサアレイ。
14. 前記基板は、導電性金属ボールをさらに含むことを特徴とする請求項８に記載のマイクロ熱流束センサアレイ。
15. 基板と、
    前記基板の第１の面に形成された複数の第１のセンサと、
    前記基板の第２の面に形成された複数の第２のセンサを含み、
    前記複数の第１及び第２のセンサは、
    第１の導電性物質から成る第１の配線パターン層と、
    前記第１の配線パターン層と接触する第２の導電性物質から成る第２の配線パターン層と、
    所定間隔で複数の突出部を有し、前記第１及び第２の配線パターン層が接触する凹凸形状の絶縁層と、
    前記絶縁層上で隣接した突出部の間に形成された複数の溝部と、
    を含むことを特徴とするマイクロ熱流束センサアレイ。
16. 前記第１及び第２の配線パターン層はそれぞれの前記突出部上で接触することを特徴とする請求項１５に記載のマイクロ熱流束センサアレイ。
17. 前記第１の配線パターン層は、
    温度測定地点毎に形成された複数の第１の測定パターンと、
    前記各第１の測定パターンと外部熱流束測定装置を連結する第１のルーティング配線と、
    を含むことを特徴とする請求項１５に記載のマイクロ熱流束センサアレイ。
18. 前記第２の配線パターンは、
    前記各第１の測定パターンと重畳して接合する複数の第２の測定パターンと、
    前記各第２の測定パターンと前記外部熱流束測定装置を連結する第２のルーティング配線と、
    を含むことを特徴とする請求項１７に記載のマイクロ熱流束センサアレイ。
19. 前記第１及び第２の配線パターン層は異種物質から成ることを特徴とする請求項１５に記載のマイクロ熱流束センサアレイ。
20. 前記第１及び第２の配線パターン層は同種物質から成ることを特徴とする請求項１５に記載のマイクロ熱流束センサアレイ。
21. 前記基板は軟性フィルムから成ることを特徴とする請求項１５に記載のマイクロ熱流束センサアレイ。
22. 前記基板は導電性金属ボールをさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載のマイクロ熱流束センサアレイ。