一文看懂集成电路(IC)领域的热管理技术

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背景介绍

功率密度的提高和电子器件小型化的趋势导致集成电路（ICs）的功耗和热流密度的增加。这种激增会影响IC的性能、可靠性和使用寿命，对其操作完整性构成严重威胁。因此，集成电路向更小型化、增强集成度、降低能耗和提高性能的发展受到现有热管理技术效率低下的严重阻碍。传统的冷却解决方案，如空气冷却、液体冷却和散热器涂层，尽管在早期的IC技术中提供了热缓解，但由于其高成本、低导热效率、热膨胀问题以及对环境的影响，现在已经不足。这些挑战强调了对更有效的热管理解决方案的迫切需要，以支持集成电路的未来发展。

新兴的热管理技术，包括微通道冷却、热电冷却、先进的热界面材料、压电泵驱动的微流体冷却和三维集成封装冷却，为解决集成电路发展中的热瓶颈提供了有前途的途径。

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成果掠影

近日，中国科学院金属研究所孙东明团队发文首先回顾和总结了集成电路热管理的基本理论和传统技术，然后详细介绍了近年来出现的热管理新技术。在此基础上，提出了传统技术与创新技术相结合的热管理策略。通过理论分析和实验验证，对该策略的性能进行了综合评价。通过多维度的比较，它阐明了新的热管理解决方案在满足集成电路不断发展的需求方面的优越功效。此外，它还深入探讨了未来的研究方向，并阐明了该领域面临的主要挑战。研究成果以“Research on Novel Thermal ManagementTechnology in the Field of Integrated Circuits”为题发表在《IEEE》期刊。

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图文导读

图1.氮化镓器件在砷化硼冷却基底上的深电位多尺度模拟；b不确定性下的流形微通道散热器优化设计；c一种用于电子元件高热流密度两相冷却的层次化流形微通道散热阵列；d多元微通道内单相流动和传热的“2.5-D”建模方法。

图2.a 4.8 × 2.5 cm2 70µm厚焊点涂覆cu平面散热器照片b制备的层状细胞和局部闭孔结构气凝胶（lca）作为隔热材料的模拟及与其他气凝胶材料的综合性能比较b c共同设计的微流体冷却电子器件示意图b b d EC片上冷水机及其工作原理图和快照。

图3.a . VSCG网络的结构设计概念，b . VSCG/PDMS复合材料的合成路线；c .液滴状和多孔状Ga/PDMS复合材料的概念原理图。

图4. Mishra等采用的热分析方法。

图5.传统方法与创新技术相结合的多维热管理策略流程图。