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各校計畫成果

3D IC技術中的焦耳熱和散熱科技

玉山學者 發布單位:國立交通大學 點閱次數:940
核定年度:108年(2019)/研究成果年度:108年(2019) /學術領域:工學/學者名稱:杜經寧

活動簡介

2D IC Si晶片隨摩爾技術接近尾聲,脫穎的 'more-than-Moore' 挑戰通過垂直堆疊晶片來實現3D IC。但是,在3D IC中,由於密集的堆疊結構,最具有挑戰性的技術問題是產生的焦耳熱。如果不能將熱傳導出去,將導致非常嚴重的降伏和可靠性問題。例如,如果我們想為智慧型裝置增加更多功能,則必須增加記憶體等配件的效能,同時需要增加電池容量和功率。大型電池會佔取大量體積,這會使熱相關問題更加嚴重。要除去熱量,我們應考慮一個溫度梯度。如果我們考慮直徑為10μm的焊錫微結構上的溫差為1°C,則溫度梯度為1000°C / cm,這將引起熱遷移。此外,焦耳加熱將增強電遷移,而熱應力將引起應力遷移。它們是主要的可靠性問題。

運作中的電子設備因為電荷流入和流出則被視為是開放系統。雖然運輸中的電荷數量是定數,但熵產生卻不是。熵產生中的廢熱是基於不可逆過程的焦耳加熱。我們要設計低功率設備,換句話說一種低熱量產量設備。
在微電子產業中,對結構破壞進行統計分析需要了解mean-time-to-failure(MTTF)。 例子是Black's MTTF方程。在此系統中,我們基於熵的產生促使電遷移,熱遷移和應力遷移而整合成MTTF模型。我們已經證明在Black's方程式中,MTTF取決於j2而不是j,其中j是電流密度,長期以來一直是一個有爭議的觀點。我們還提供了MTTF來適用於熱遷移和應力遷移,這是以前沒有的。

相關附件

玉山學者執行績效報告-杜經寧教授