[发明专利]具有高效散热结构的集成电路

说明书

本发明公开一种具有高效散热结构的集成电路，其包括：表面设有衬底焊盘的第一衬底、设于第一衬底之上的半导体衬底、连接第一衬底的衬底焊盘和半导体衬底的底面的连接件、以及设于半导体衬底上的芯片，其中，所述半导体衬底包括设于芯片下部的绝缘层以及位于绝缘层下部的支撑衬底；所述支撑衬底上设有若干个阵列排列的贯穿通孔，各贯穿通孔交错分布且相互贯通，使支撑衬底形成蜂巢结构。本申请通过创新性的将半导体衬底的支撑衬底制成蜂巢结构，蜂巢结构上的各贯穿通孔相互贯通，可将位于半导体衬底上部的芯片所产生的热量迅速传递到边缘，以起到绝佳的散热效果。

技术领域

本发明涉及微电子封装技术，具体是一种具有高效散热结构的集成电路。

背景技术

随着微电子芯片高速度、高密度、高性能的发展，散热管理成了微系统封装中的一个非常重要的问题。在半导体晶片上制造的大规模集成电路芯片中，电子信号由电流携带通过导体和晶体管。在集成电路芯片中由电流携带的能量以热量的形式沿电流流过集成电路的路径部分耗散。在集成电路中生成的热量P是动态功率PD和静态功率PS之和：

P＝P_D+P_S＝ACV₂f+VI_leak

其中A是栅极活性因数，C是全部栅极的总电容负载，V₂是峰到峰电源电压摆动，f是频率，并且I_leak是泄漏电流。静态功率项PS＝VI_leak是由于泄漏电流I_leak耗散的静态功率。动态功率项PD＝ACV₂f是从集成电路的电容负载的充电和放电耗散的动态功率。

集成电路芯片的另一特性是芯片上温度的不均匀分布。越来越多的功能块集成在片上系统SOC设计的单芯片中，这样，较高的功率密度块产生不均匀的温度分布，并在集成电路芯片上导致“热点或过热点”，也称为“热块或过热块”。过热点能够导致跨芯片约5℃到大致30℃的温差。

现有技术中，一般是通过散热器、散热片和散热管来增强IC封装的热性能，另外，还有一种方法是将高导热率罩盖直接附加到芯片的后侧，从而改善散热。但是现有的这些方法在实践中，热点被定位的芯片前侧(例如，接近晶体管切换发生处)必须用于布线，并且在连接到散热装置之前，在操作期间生成的热必须通过集成电路芯片的衬底的整个厚度引出到它的底侧，因此散热效率低下。

为此，一篇申请号为201080065821.3的发明专利，公开了一种集成电路器件，其包括具有顶面的衬底，该顶面包括衬底焊盘；以及包括半导体衬底的贯穿衬底通孔芯片，半导体衬底包括具有有源电路的顶部半导体表面和底表面。顶部半导体表面包括在衬底顶表面上耦合到衬底焊盘的结合连接器。多个贯穿衬底通孔(TSV)包括从顶侧半导体表面延伸到凸出TSV尖端的内部金属芯，该TSV尖端从底表面向外延伸。多个TSV的至少一个是伪TSV，伪TSV具有其凸出TSV尖端，该凸出TSV尖端没有到其上的任何电气连接，并且提供另外表面积从而增强从TSV芯片的底侧散热。该方案虽然在一定程度上减轻了集成电路芯片的“热点或过热点”的现象的发生，但是其产生了另一个尖端——伪TSV的凸出TSV尖端，散热时，多个伪TSV的多个凸出TSV尖端之间形成进一步的热点，尤其是在集成电路芯片被二次封装(例如安装罩盖)之后，多个伪TSV的多个凸出TSV尖端之间的热量久久不能散发，进而导致整个集成电路器件的散热效率低下。另外，多个伪TSV的多个凸出TSV尖端均是固体材料，相邻凸出TSV尖端之间以及贯穿衬底通孔均存在空气间隙，空气导热性能极差，严重影响传热效率。

发明内容

因此，针对上述的问题，本发明提出一种具有高效散热结构的集成电路，对现有的集成电路芯片结构进行改进，将其半导体衬底中的贯穿通孔的贯穿结构进行设计，同时对贯穿通孔进行填充，降低集成电路芯片的“热点或过热点”的现象的发生，并大大提高传热效率。