[發明專利]功率圖優化的熱感知3D芯片封裝

有效

• 申請號: 201710089221.4
• 申請日: 2017-02-20
• 公開（公告）號: CN107104085B
• 公開（公告）日: 2019-08-20
• 發明（設計）人: M.K.艾楊格;T-G.康;C.G.馬龍;N.P.約皮
• 申請（專利權）人: 谷歌有限責任公司
• 主分類號: H01L23/367
• 分類號: H01L23/367;H01L23/373;H01L23/46;G06F1/20
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 邵亞麗

一種半導體封裝(100)，包括：襯底(110)、集成電路(120)、存儲器支撐件(140)、堆棧式存儲器(130)以及蓋(150)。集成電路具有低功率區域(124)和高功率區域(122)。存儲器支撐件布置在集成電路的低功率區域上并且配置為允許流體(250)的流從其通過以將熱從集成電路的低功率區域傳導出去。所述蓋限定第一端口(152，152a)、第二端口(152，152b)和流體地連接第一端口和第二端口的蓋體積。蓋體積(160)配置為容納集成電路、存儲器支撐件和堆棧式存儲器，同時引導流體的流在集成電路、存儲器支撐件和堆棧式存儲器上方流動。

技術領域

本公開涉及功率圖優化的熱感知三維(3D)芯片封裝。

背景技術

基于互補金屬氧化物半導體(CMOS)的微處理器是技術架構的核心技術之一。性能縮放上的趨勢表明當隨著時間推移CMOS微處理器計算功率增加時，功率需求增加，會導致更大的熱產生。除了工業標準的芯片封裝或基于CMOS的微處理器之外，對特殊用途的硅的利用(例如，圖形處理單元(GPU)和定制專用集成電路(ASIC))增加，導致更高的熱產生。當芯片性能增加時，高帶寬存儲器的性能也需要增加，從而導致附加的熱產生。可能需要大量計算機資源和大量高密度芯片封裝(緊密鄰近的許多服務器)的服務(例如成像和人工智能)會進一步增加功率問題。

發明內容

本公開的一方面提供一種半導體封裝。所述半導體封裝包括襯底、布置在襯底上的集成電路、布置在集成電路的低功率區域上的存儲器支撐件、布置在存儲器支撐件上并且與集成電路通信的堆棧式存儲器以及連接到襯底的蓋。所述蓋限定第一端口、第二端口和流體地連接第一端口和第二端口的蓋體積。所述集成電路具有低功率區域和高功率區域。所述存儲器支撐件配置為允許流體的流從其通過以將熱從集成電路的低功率區域傳導出去。所述蓋體積配置為容納集成電路、存儲器支撐件和堆棧式存儲器，同時引導流體的流在集成電路、存儲器支撐件和堆棧式存儲器上方流動。

本公開的實現方式可以包括下列可選特征中的一個或多個。在一些實現方式中，所述半導體封裝包括布置在集成電路的高功率區域上的散熱器。所述蓋體積可配置為容納散熱器同時引導流體的流在散熱器上方流動。在該示例中，所述散熱器具有多個鰭。所述半導體封裝還可包括布置在集成電路的高功率區域的導熱材料。所述蓋體積配置為容納導熱材料同時引導流體的流在導熱材料上方流動。所述導熱材料可包括金剛石和/或銅和碳納米管或銦的復合物。

在一些示例中，所述半導體封裝包括布置在導熱材料上的散熱器。所述導熱材料可布置在集成電路的高功率區域上，并且所述蓋體積配置為容納散熱器同時引導流體的流在散熱器上方流動。在該示例中，所述散熱器具有多個鰭。所述低功率區域和所述高功率區域可不重疊。存儲器支撐件可包括多孔材料。所述多孔材料可具有規則間隔的孔。所述半導體封裝可進一步包括布置在集成電路上的內插件(interposer)。所述存儲器支撐件可配置為電連接存儲器和集成電路。

本公開的另一方面提供一種用于操作半導體封裝的方法。所述方法包括接收流體的流并在包括堆棧式存儲器和集成電路的半導體封裝的表面上方引導流體的流。所述集成電路具有低功率區域和高功率區域。所述堆棧式存儲器由在集成電路的低功率區域上的存儲器支撐件支撐。所述存儲器支撐件引導流體的流以將熱從集成電路的低功率區域和高功率區域傳導出去。

該方面可包括下列可選特征中的一個或多個。所述方法可包括通過限定第一端口、第二端口和流體地連接第一端口和第二端口的蓋體積的蓋來引導流體的流。所述蓋體積可配置為容納集成電路、存儲器支撐件和堆棧式存儲器，同時引導流體的流在集成電路、存儲器支撐件和堆棧式存儲器上方流動。所述方法可進一步包括布置在集成電路的高功率區域上的散熱器。所述蓋體積配置為容納散熱器同時引導流體的流在散熱器上方流動。在該示例中，所述散熱器具有多個鰭。所述方法可進一步包括布置在集成電路的高功率區域上的導熱材料。所述蓋體積配置為容納導熱材料同時引導流體的流在導熱材料上方流動。所述導熱材料可包括金剛石和/或銅和碳納米管或銦的復合物。