一种采用TSV和RDL的三维集成电路散热系统技术方案

本发明专利技术公开一种采用TSV和RDL的三维集成电路散热系统，三维集成电路包括依次叠加设置的键合层、硅衬底和有源区，其特征在于，所述硅衬底表面沉积有介质层，介质层内沉积有用于吸收有源区热量的金属线，硅衬底和介质层内设置有与金属线连接的热传导硅通孔，热传导硅通孔竖直穿过介质层。本发明专利技术散热系统通过在三维集成电路中设置金属线与热传导硅通孔，使三维集成电路散热均匀，减小芯片内部温度梯度，提高了三维集成电路的性能稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种采用TSV和RDL的三维集成电路散热系统
本专利技术属于三维集成电路散热
，具体涉及一种采用TSV和RDL的三维集成电路散热系统。
技术介绍
随着集成电路产业的不断发展，微电子器件的尺寸遵照摩尔定律不断减小，集成度不断提高。现如今，平面集成电路已经不能满足器件尺寸进一步缩小的需要，三维集成电路应运而生。三维集成电路采用芯片堆叠的技术，有效节约空间，利用重布线层(RDL)技术，在晶圆表面淀积金属层和介质层形成相应的金属布线，改善内部线路布局，通过硅通孔(TSV)实现层间垂直互连，大幅度缩短互连线长度，减小了互联的电阻和电容效应，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。三维集成技术是实现更高晶体管集成度的关键技术，由于其很大程度的提高了集成度，同时减小了功耗，提升了系统性能，因此被业界公认为集成电路发展的新道路。然而，不可忽视的是，芯片堆叠所带来的散热问题，层层堆叠下的芯片在减小的尺寸的同时散热面积也大大减小，温度过高引起器件性能的变化，使得电路实现功能受到影响，这与集成电路的进步相背离。因此，如何在减小芯片尺寸的同时提高三维集成电路的散热效率成为值得深入研究的问题，在很大程度上限制了三维集成电路的发展。目前，常用的三维集成电路散热方式散热效果都不够理想。传统散热方式中，通常粗略的将整层硅片等效为一个热源，而事实上，芯片的功耗并不是均匀分布的，利用硅通孔散热，靠近芯片中心位置的热量不能及时散出，热量堆积使得芯片内部温度梯度过大，局部器件性能下降。而微流体通道散热工艺复杂且占用一定的芯片面积，为了为流体提供较大直径的通道，增大了芯片的厚度，TSV的制造成本随之增加，不适合在生产中广泛应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种采用TSV和RDL的三维集成电路散热系统，解决现有三维集成电路散热不均匀，芯片内部温度梯度过大的问题。本专利技术采用的技术方案是，一种采用TSV和RDL的三维集成电路散热系统，其中的三维集成电路包括依次叠加设置的键合层、硅衬底和有源区，硅衬底表面沉积有介质层，介质层内沉积有用于吸收有源区热量的金属线，硅衬底和介质层内设置有与金属线连接的热传导硅通孔，热传导硅通孔竖直穿过介质层。本专利技术的技术特征还在于，所述介质层顶部设置有用于吸收金属线及热传导硅通孔传出热量的热沉。所述金属线与有源区之间设置有绝缘层。所述键合层底部设置有焊接球，三维集成电路内设置有与有源区连接的电传导硅通孔，电传导硅通孔另一端与焊接球相连接。所述焊接球底部设置有用于支撑三维集成电路的印刷电路板。本专利技术的有益效果是，(1)采用重布线层(RDL)技术将散热金属线广泛分布在有源区上方，覆盖各个热源，让有源区内产生的热量在短距离内传到金属线上，提高了三维集成电路的散热效率；(2)通过沉积在介质层形成金属线，工艺简单，对硅衬底的厚度没有限制，充分利用了介质层中的空间，对芯片尺寸不会产生很大的影响；(3)通过在三维集成电路中设置热传导硅通孔(TTSV)，热传导硅通孔与金属线想连通，垂直方向上利用TTSV散热，水平方向上利用金属线散热，散热通道覆盖范围更大，对热量的定位更加准确，在不增大芯片尺寸的前提下，提升了散热效率，避免芯片局部过热的问题，保障了三维集成电路性能的稳定性，让电路能够实现预期的功能；(4)通过在介质层上设置热沉，吸收TTSV及重布线层(RDL)传出的热量，能持续有效的为三维集成电路散热。附图说明图1是本专利技术一种采用TSV和RDL的三维集成电路散热系统的结构示意图；图2是本专利技术一种采用TSV和RDL的三维集成电路散热系统的剖视图。图中，1.三维集成电路，2.热传导硅通孔，3.热沉，4.焊接球，5.印刷电路板，6.金属线，7.电传导硅通孔，8.有源区，9.介质层，10.硅衬底，11.键合层。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步地详细说明，但本专利技术并不局限于该具体实施方式。参照图1和图2，本专利技术一种采用TSV和RDL的三维集成电路散热系统，其中的三维集成电路1包括依次叠加设置的键合层11、硅衬底10和有源区8，键合层能屏蔽外界干扰，提高电路稳定性；硅衬底用来承载有源区，组成集成电路；有源区内分布有晶体管等功能器件，属于组成集成电路的核心部分。硅衬底10表面沉积有介质层9，介质层9内沉积有用于吸收有源区8热量的金属线6，即重布线层RDL，金属线6与有源区8之间设置有绝缘层，避免金属线与有源区电路的接触，保证了金属线对电路传输无影响。硅衬底10和介质层9内设置有与金属线6连接的TTSV热传导硅通孔2，热传导硅通孔竖直穿过介质层9。介质层9顶部设置有用于吸收金属线6及热传导硅通孔2传出热量的热沉3，热沉为微型散热片，其温度不随受热而变化，热沉不断吸收热传导硅通孔和金属线传出的热量，提升了三维集成电路的散热效率，避免了芯片局部过热，影响电路性能的稳定性。键合层11底部设置有焊接球4，三维集成电路内设置有与有源区8连接的ETSV电传导硅通孔7，电传导硅通孔7另一端与焊接球4相连接，实现三维集成电路与外部电路的连接。焊接球4底部设置有用于支撑三维集成电路的PCB印刷电路板5，保证了三维集成电路的空间稳定性。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种采用TSV和RDL的三维集成电路散热系统，所述三维集成电路(1)包括依次叠加设置的键合层(11)、硅衬底(10)和有源区(8)，其特征在于，所述硅衬底(10)表面沉积有介质层(9)，介质层(9)内沉积有用于吸收有源区(8)热量的金属线(6)，硅衬底(10)和介质层(9)内设置有与金属线(6)连接的热传导硅通孔(2)，热传导硅通孔(2)竖直穿过介质层(9)。

【技术特征摘要】
1.一种采用TSV和RDL的三维集成电路散热系统，所述三维集成电路(1)包括依次叠加设置的键合层(11)、硅衬底(10)和有源区(8)，其特征在于，所述硅衬底(10)表面沉积有介质层(9)，介质层(9)内沉积有用于吸收有源区(8)热量的金属线(6)，硅衬底(10)和介质层(9)内设置有与金属线(6)连接的热传导硅通孔(2)，热传导硅通孔(2)竖直穿过介质层(9)。2.根据权利要求1所述的一种采用TSV和RDL的三维集成电路散热系统，其特征在于，所述介质层(9)顶部设置有用于吸收金属线(6)及热传导硅通孔(2)传出热量...

【专利技术属性】
技术研发人员：王凤娟，李玥，余宁梅，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61