两层堆叠3D-IC层间液体冷却流动及换热特性

随着电路层的垂直堆叠,三维集成电路(3D-IC)的功耗密度成倍增加。具有良好散热能力的层间液体冷却是一种非常有效的方法。采用数值模拟的方法研究了雷诺数在150~900范围内面积为1cm^2,针肋直径为100μm,通道高为200μm,通道间距为200μm的带有层间顺排微针肋两层芯片堆叠3D-IC内流体流动与换热特性。结果表明:与相应尺寸的矩形通道结构相比,带有层间顺排微针肋液体冷却3D-IC具有良好的换热效果。在雷诺数为770时,芯片的功率高达250W,其体积热源相当于8.3kW/cm^3;较矩形结构通道,顺排微针肋结构的热源平均温度和热源最大温差只有46.34,13.96K,分别减小了13.26,21.34K。

层间微通道液体冷却3D-ICs的仿真研究

近年来,随着半导体工业的迅速发展,芯片特征尺寸逐渐减小逐渐接近极限,为此提出三维集成电路(3D-ICs),集成度显著提高,但同时也造成芯片功率密度成倍增加,层间微通道液体冷却因其结构紧凑、传热效果较好、压降低等优点成为备受关注的焦点。本文采用仿真工具3D-ICE建立带有层间微通道液体冷却的不同通道类型的3D-ICs模型,模拟分析层间通道的物性参数如通道壁厚/针肋直径、通道高度、制冷剂流速/达西速度对三维芯片温度分布的影响情况。结果表明,给定条件下,热点温度随通道壁厚/针肋直径的增加而减少,在50~100变化快,温降最高可达1.309℃,随后趋于稳定;热点温度随通道高度变化的变化因通道类型而异,矩形直通道Tmax在0~1间迅速降低,随后逐渐升高,线性微针肋Tmax在一定范围内较矩形直通道平缓下降,随后缓慢升高或趋于平稳;热点温度随制冷剂流速/达西速度的增加而降低,且变化逐渐平缓。

层间叉排微针肋液体冷却3D-IC流动及换热特性

用数值模拟的方法,研究了散热面积为1cm^2带有层间微散热结构双面均热发热3D-IC内部流体层流流动与换热,对体积流量在36~290mL/min范围内,通道高度为200μm,通道间距为200μm的带有矩形微通道和叉排微针肋液体冷却3D-IC(three-dimensional integration circuit)的流动与换热进行了分析.结果表明:带有层间叉排微针肋液体冷却3D-IC具有良好的换热效果,在热流密度为1.25MW/m^2,体积流量为290mL/min时,其发热面平均温度、最大温度只有318.31,323.16K,分别最大减小了12.31,20.14K,此时的功率为250W、体积热源为8.3kW/cm^3.