[发明专利]一种三维集成电路散热系统

说明书

本发明公开了一种三维集成电路散热系统，包括设置在三维集成电路两侧的支撑架，支撑架顶部固定有气体冷却器，气体冷却器进气口连接有气体通道b，气体通道b自由端位于三维集成电路一端内部，气体冷却器出气口连接有气体通道a，气体通道a自由端位于三维集成电路另一端内部。本发明采用气体散热，所需芯片衬底中微通道横截面小，可满足超薄芯片的使用，解决了三维集成电路尺寸不断减小，散热空间不足的问题。

技术领域

本发明属于三维集成电路散热技术领域，具体涉及一种三维集成电路散热系统。

背景技术

过去的几十年里，微电子器件尺寸按照摩尔定律持续减小，电子产品性能得到空前提高。但是随着集成电路产业的不断发展，特征尺寸逐渐逼近物理极限，器件尺寸的进一步减小已经开始受到越来越多的挑战，成为摩尔定律继续维持的瓶颈。三维集成电路不再一味追求小尺寸，而是采用三维堆叠的方式来提高系统集成度，通过硅通孔(TSV)实现层间垂直互连，有效缩短了互连线长度，极大地提高了电路性能并降低了电路功耗，并且可以实现模拟、射频、逻辑电路等多种不同功能模块的异构集成，显著提高了芯片性能。因此，基于三维集成电路成为业界公认集成电路技术的未来发展方向，也是摩尔定律持续有效的有力保证。

但是，相对于传统芯片，三维集成电路的功率密度显著增加，面临严重的散热问题。如果冷却不充分，将会使芯片性能受到极大的威胁，严重时可造成电路功能失效，使得芯片的寿命大大被缩短，不利于人们的长期使用，更不利于三维集成技术的发展。

因此，良好的散热方式将是三位集成技术不断发展的命脉，在高度集成的前提下能够有良好的散热效果成为人们研究的热点。目前用于三维集成电路散热的传统方法主要包括以下两种，第一种是通过插入专门的金属硅通孔将三维集成电路内部的热量转移到表面，然后使用热沉将热量散去。但是该方法散热效率很低，而且散热硅通孔造成芯片面积的浪费。第二种是使用循环液体冷却系统，该方法通过在芯片衬底刻蚀横向微通道，并注入循环制冷的液体将热量转移。但是由于液体表面张力的存在，微通道必须足够大。随着芯片减薄技术的不断提高，芯片衬底将不能提供足够的空间用于制作液体微通道。另外，液体泄漏还有可能造成芯片损伤、电路功能失效等可靠性问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种三维集成电路散热系统，解决现有三维集成电路芯片衬底小，电路散热所需芯片衬底中微通道过大的问题。

本发明采用的技术方案是，一种三维集成电路散热系统，包括设置在三维集成电路两侧的支撑架，支撑架顶部固定有气体冷却器，气体冷却器进气口连接有气体通道b，气体通道b自由端位于三维集成电路一端内部，气体冷却器出气口连接有气体通道a，气体通道a自由端位于三维集成电路另一端内部。

本发明的技术特征还在于，

其中，三维集成电路的内部设置有横向和纵向相接的微通道，微通道一侧与气体通道b进气口相连通，相对的另一侧与气体通道a出气口相连通。

微通道与气体通道b进气口相连的一侧开设有进气口，所述进气口与氮气罐出气口相连。

气体通道a内设置有将冷却后气体抽入三维集成电路中的气泵。

气泵为电动气泵。

三维集成电路底部设置有印刷电路板，印刷电路板与三维集成电路的芯片之间通过多个水平排列的焊接球连接。

三维集成电路的四周设置有固定装置，支撑架底部固定在固定装置底面上。

本发明的有益效果是，

(1)在三维集成电路中设置散热系统，减少了温度对芯片及电路的影响，使电路可以长期按预测的速率运转，增加了三维集成电路的使用寿命；

(2)采用气体散热，所需芯片衬底中微通道横截面小，可满足超薄芯片的使用，解决了三维集成电路尺寸不断减小，散热空间不足的问题；