大面积处理芯片嵌入式微流体冷却技术.pdfVIP

40卷第1期微电子学与计算机Vol.40No.1

2023年1月MICROELECTRONICSCOMPUTERJanuary2023

引用格式:杨宇驰，吕佩珏，杜建宇，等.大面积处理芯片嵌入式微流体冷却技术[J].微电子学与计算机,2023,40(1)：105-

123.[YANGYC,LYUPJ,DUJY,etal.Embeddedmicrofluidiccoolingtechnologyforlarge-areaprocessingchips[J].

MicroelectronicsComputer,2023,40(1)：105-123.]DOI：10.19304/J.ISSN1000-7180.2022.0765

大面积处理芯片嵌入式微流体冷却技术

杨宇驰，吕佩珏蔦杜建宇李沫潼S杨宇东-潘鹏辉彳，郑德印-张驰-吴道伟彳，王玮I

(1北京大学集成电路学院，北京100871;

2清华大学航天航空学院，北京100084;

3西安微电子技术研究所，陕西西安710054)

摘要：随着集成电胳制程趋于极限，登纳德缩放定律逐步失效，芯片的功率密度逐渐提升，尤其是在5G、物联网以

及高性能计算快速发展的驱动下，单芯片面积也在增大,热耗散问题日趋严重，传统的冷却方式已无法保证芯片的可

靠工作.将热沉制备在芯片内部可以避免封装材料的导热热阻和多层界面热阻，提升冷却性能和冷却效率.学术界

针对芯片的嵌入式微流体冷却开展了大量卓有成效的研究和探索，不断提出新型通道结构设计方案，包括平行长直

通道、歧管通道、射流通道等.旨在于优化泵功和热阻，在小压降下实现高效冷却.然而，随着芯片面积的增大,在限域

空间实现高效冷却将更加困难，工艺难度和制造成本限制了嵌入式液冷的大规模商业化使用，目前在实际IC芯片

内演示的冷却方案验证了嵌入式冷却的性能，但复杂度高，兼容性差，冷却性能有待进一步提升.尤其是在3D封装

架构下，需要提出兼容小型化、高密度封装的通道结构,通过协同设计，在保证电学互连的前提下实现层间冷却.在优

化通道结构设计的同时，还需要简化工艺，降低成本,提升嵌入式微流体冷却的工艺可靠性和长期工作可靠性，才能

推进嵌入式微流体冷却技术的实际应用.

关键词：嵌入式液冷;微流体冷却;大面积芯片;嵌入式冷却可靠性

中图分类号：TP302;TN406文献标识码：A文章编号：1000-7180(2023)01-0105-19

Embeddedmicrofluidicoolingtechnologyforlarge-areaprocessingchips

YANGYuchi1,LYUPeyue1,DUJianyu1,LIMotong2,YANGYudong1,PANPenghui3,

ZHENGDeyin1,ZHANGChi1,WUDaowei3,WANGWei1

(1CollegeofIntegratedCircuit,PekingUniversity,Beijing100871,China；

2DepartmentofEngineeringMechanics,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China；

3XianMicroelectronicsTechnologyInstitute,Xian710054,China)

Abstract:Astheintegratedcircuitprocessreachestheli