[发明专利]SOP系统集成中热管理方法

说明书

本发明公开了一种SOP系统集成中热管理方法，在多层堆叠芯片中设置硅通孔，并建立设有硅通孔的多层堆叠芯片热传导模型，利用matlab与ansys icepeak对仿真结果进行对比验证，进而确定硅通孔的大小与数量，本发明在SOP系统集成中利用TSV解决过热问题，通过仿真确定TSV数量和大小，实现最优热管理方案。

技术领域

本发明属于SOP封装技术领域，具体涉及一种SOP系统集成中热管理方法。

背景技术

SOP(system on package)系统级封装，是一种新兴的系统级封装，具有小型化、低成本、高功能集成度，高可靠性等特点的系统，所以SOP在封装技术中具有广泛的前景。由于SOP工作时产生的热量很多或者构建热管理系统过于昂贵，所以热管理成为了发展SOP的障碍，原因在于：(1)微型封装的堆叠多功能芯片其产生的热通量很高，(2)3D电路使得单位面积上的总功率升高，(3)若无有效且足够的冷却处理，会造成3D堆叠芯片过热，(4)3D堆叠芯片之间的空间对于冷却通道来说过小，例如没有供流体流动的空隙，(5)薄芯片会导致芯片上产生过热点。因此对于3D IC集成SOP的广泛使用而言，亟需低成本，高效率的热管理技术指导方针及解决方法。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种采用通孔降温的SOP系统集成中热管理方法。

为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：

一种SOP系统集成中热管理方法，在多层堆叠芯片中设置硅通孔，并建立设有硅通孔的多层堆叠芯片热传导模型，利用matlab与ansys icepeak对仿真结果进行对比验证，进而确定硅通孔的大小与数量。

优选的，设有硅通孔的多层堆叠芯片热传导模型如下：设该模型的芯片层数为n，其第一层芯片自下至上依次是热沉层、封装层、衬底层，第2至第n层芯片自下至上依次是绝缘层、粘合层、衬底层，第一层芯片热阻为R₁′，

第·2至第n层热阻均为R′，

根据傅立叶热流分析理论，建立并推导多层堆叠芯片的热传导模型函数，多层堆叠芯片第n层温度为：

；S表示芯片的面积；TSV即硅通孔的面积总和为S_TSV，TSV占据芯片面积比例因子为r＝S_TSV/S，R_hs表示热沉热阻；R_pk表示封装的热阻；R_si表示si衬底电阻；R_glue表示粘合层电阻；R_ins表示绝缘层的电阻；l_si表示Si衬底厚度；l_glue表示粘合层厚度；l_ins表示绝缘层厚度；K_si表示Si衬底热导率；K_glue表示粘合层电导率；K_ins绝缘层电导率，Q表示平均每层功耗，K_TSV表示通孔的热导率。

优选的，设有硅通孔的多层堆叠芯片热传导模型如下：设该模型的芯片层数为n，其第一层芯片自下至上依次是热沉层、封装层、衬底层，第2至第n层芯片自下至上依次是绝缘层、粘合层、衬底层，第一层芯片热阻为R₁′，第2至第n层热阻均为R′，根据傅立叶热流分析理论，建立并推导多层堆叠芯片的热传导模型函数，多层堆叠芯片第n层温度为：