[發明專利]一種三維集成電路散熱系統

在審

• 申請號: 201811290487.6
• 申請日: 2018-10-31
• 公開（公告）號: CN109560050A
• 公開（公告）日: 2019-04-02
• 發明（設計）人: 王鳳娟;李玥;余寧梅
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: H01L23/367
• 分類號: H01L23/367;H01L23/467
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 常娥

本發明公開了一種三維集成電路散熱系統，包括設置在三維集成電路兩側的支撐架，支撐架頂部固定有氣體冷卻器，氣體冷卻器進氣口連接有氣體通道b，氣體通道b自由端位于三維集成電路一端內部，氣體冷卻器出氣口連接有氣體通道a，氣體通道a自由端位于三維集成電路另一端內部。本發明采用氣體散熱，所需芯片襯底中微通道橫截面小，可滿足超薄芯片的使用，解決了三維集成電路尺寸不斷減小，散熱空間不足的問題。

技術領域

本發明屬于三維集成電路散熱技術領域，具體涉及一種三維集成電路散熱系統。

背景技術

過去的幾十年里，微電子器件尺寸按照摩爾定律持續減小，電子產品性能得到空前提高。但是隨著集成電路產業的不斷發展，特征尺寸逐漸逼近物理極限，器件尺寸的進一步減小已經開始受到越來越多的挑戰，成為摩爾定律繼續維持的瓶頸。三維集成電路不再一味追求小尺寸，而是采用三維堆疊的方式來提高系統集成度，通過硅通孔(TSV)實現層間垂直互連，有效縮短了互連線長度，極大地提高了電路性能并降低了電路功耗，并且可以實現模擬、射頻、邏輯電路等多種不同功能模塊的異構集成，顯著提高了芯片性能。因此，基于三維集成電路成為業界公認集成電路技術的未來發展方向，也是摩爾定律持續有效的有力保證。

但是，相對于傳統芯片，三維集成電路的功率密度顯著增加，面臨嚴重的散熱問題。如果冷卻不充分，將會使芯片性能受到極大的威脅，嚴重時可造成電路功能失效，使得芯片的壽命大大被縮短，不利于人們的長期使用，更不利于三維集成技術的發展。

因此，良好的散熱方式將是三位集成技術不斷發展的命脈，在高度集成的前提下能夠有良好的散熱效果成為人們研究的熱點。目前用于三維集成電路散熱的傳統方法主要包括以下兩種，第一種是通過插入專門的金屬硅通孔將三維集成電路內部的熱量轉移到表面，然后使用熱沉將熱量散去。但是該方法散熱效率很低，而且散熱硅通孔造成芯片面積的浪費。第二種是使用循環液體冷卻系統，該方法通過在芯片襯底刻蝕橫向微通道，并注入循環制冷的液體將熱量轉移。但是由于液體表面張力的存在，微通道必須足夠大。隨著芯片減薄技術的不斷提高，芯片襯底將不能提供足夠的空間用于制作液體微通道。另外，液體泄漏還有可能造成芯片損傷、電路功能失效等可靠性問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種三維集成電路散熱系統，解決現有三維集成電路芯片襯底小，電路散熱所需芯片襯底中微通道過大的問題。

本發明采用的技術方案是，一種三維集成電路散熱系統，包括設置在三維集成電路兩側的支撐架，支撐架頂部固定有氣體冷卻器，氣體冷卻器進氣口連接有氣體通道b，氣體通道b自由端位于三維集成電路一端內部，氣體冷卻器出氣口連接有氣體通道a，氣體通道a自由端位于三維集成電路另一端內部。

本發明的技術特征還在于，

其中，三維集成電路的內部設置有橫向和縱向相接的微通道，微通道一側與氣體通道b進氣口相連通，相對的另一側與氣體通道a出氣口相連通。

微通道與氣體通道b進氣口相連的一側開設有進氣口，所述進氣口與氮氣罐出氣口相連。

氣體通道a內設置有將冷卻后氣體抽入三維集成電路中的氣泵。

氣泵為電動氣泵。

三維集成電路底部設置有印刷電路板，印刷電路板與三維集成電路的芯片之間通過多個水平排列的焊接球連接。

三維集成電路的四周設置有固定裝置，支撐架底部固定在固定裝置底面上。

本發明的有益效果是，

(1)在三維集成電路中設置散熱系統，減少了溫度對芯片及電路的影響，使電路可以長期按預測的速率運轉，增加了三維集成電路的使用壽命；

(2)采用氣體散熱，所需芯片襯底中微通道橫截面小，可滿足超薄芯片的使用，解決了三維集成電路尺寸不斷減小，散熱空間不足的問題；