用于3d ic的冷卻系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了使用至少一個(gè)熱電冷卻器冷卻三維集成電路（3D IC）的系統(tǒng)和方法，其中，熱電冷卻器通過多個(gè)導(dǎo)電柱連接到3D IC。在一些實(shí)施例中，控制器控制向熱電冷卻器的電力供應(yīng)，且溫度監(jiān)測器向控制器提供溫度輸入。在一些實(shí)施例中，控制器通過向熱電冷卻器循環(huán)提供電力來將3D IC的溫度維持在預(yù)定范圍內(nèi)。本發(fā)明還公開了用于3D IC的冷卻系統(tǒng)。
【專利說明】用于3D IC的冷卻系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總的來說涉及三維集成電路(3D 1C)，更具體地，涉及用于3DIC的冷卻系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]三維集成電路(3D IC)相較于傳統(tǒng)電路具有許多優(yōu)勢，這里僅舉幾個(gè)例子:能耗更低、邏輯密度更高、效率更高、緩解瓶頸、關(guān)鍵路徑時(shí)延更短以及面積成本更低。
[0003]3D IC有兩種一般形式。在第一種結(jié)構(gòu)中，3D IC芯片封裝件包括垂直堆疊的兩個(gè)或更多個(gè)集成電路管芯(IC)從而使得它們占據(jù)更少的空間。使用半導(dǎo)體通孔(TSV)(也稱為硅通孔或襯底通孔)可建立垂直堆疊的IC之間的電源和信號(hào)通信連接，半導(dǎo)體通孔穿過管芯的整個(gè)厚度，從而實(shí)現(xiàn)位于管芯的前面和背面的導(dǎo)電圖案之間的連接。
[0004]在第二種結(jié)構(gòu)中，堆疊單元式3D IC具有多個(gè)堆疊的單元(也稱為層疊)。這種結(jié)構(gòu)有時(shí)被稱為單片式3D IC或3D IC垂直結(jié)構(gòu)。在堆疊單元式3D IC中，堆疊的元件或單元垂直形成在單個(gè)半導(dǎo)體襯底之上(與制造單個(gè)芯片并將單個(gè)芯片連接起來相反)。傳統(tǒng)上水平布置的元件能夠以一個(gè)疊在另一個(gè)頂部上的方式堆疊以降低面積成本。堆疊單元式3DIC可通過平面間通孔(ILV)(也稱為層間通孔)提供垂直互連的密集系統(tǒng)，層間通孔在堆疊的單元之間輸送電力和通信。
[0005]3D IC封裝件給設(shè)計(jì)者提出了很多新的挑戰(zhàn)。其中一個(gè)挑戰(zhàn)是散熱。對(duì)于3D IC芯片封裝件，如果堆疊件中包括三個(gè)或更多管芯，那么內(nèi)部管芯(除最頂部管芯和最底部管芯之外的所有管芯)將夾在其他管芯之間而無法自然冷卻。對(duì)于3D IC堆疊的單元同樣如此，除最頂部單元和最底部單元之外的所有單元都無法自然冷卻。內(nèi)部管芯和內(nèi)部單元的散熱至關(guān)重要，以防這些元件過早損壞。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種系統(tǒng)，包括:三維集成電路(3DIC);第一熱電冷卻器，通過多個(gè)導(dǎo)電柱連接到3D IC ;控制器，控制第一熱電冷卻器；以及溫度監(jiān)測器，配置為感測3D IC的溫度，溫度監(jiān)測器連接到控制器。
[0007]優(yōu)選地，3D IC是包括多個(gè)管芯的堆疊芯片封裝件。
[0008]優(yōu)選地，3D IC是堆疊單元式3D 1C。
[0009]優(yōu)選地，多個(gè)導(dǎo)電柱圍繞堆疊單元式3D IC的周邊配置。
[0010]優(yōu)選地，多個(gè)導(dǎo)電柱包括圍繞3D IC的周邊配置的第一組導(dǎo)電柱和圍繞3D IC內(nèi)部的熱點(diǎn)配置的第二組導(dǎo)電柱。
[0011]優(yōu)選地，該系統(tǒng)還包括:第二熱電冷卻器，通過多個(gè)導(dǎo)電柱連接到3DIC。
[0012]優(yōu)選地，第二熱電冷卻器配置在3D IC與第一熱電冷卻器相對(duì)的一側(cè)上。
[0013]優(yōu)選地，溫度監(jiān)測器配置在3D IC中，并且溫度監(jiān)測器配置為檢測3DIC的內(nèi)部溫度。
[0014]優(yōu)選地，控制器向第一熱電冷卻器循環(huán)提供電力以將由溫度監(jiān)測器測量的3D IC的內(nèi)部溫度維持在由第一預(yù)定設(shè)定點(diǎn)和第二預(yù)定設(shè)定點(diǎn)限定的預(yù)定范圍內(nèi)。
[0015]優(yōu)選地，溫度監(jiān)測器以預(yù)定間隔監(jiān)測3D IC的內(nèi)部溫度。
[0016]優(yōu)選地，第一熱電冷卻器包括配置在第一導(dǎo)熱片和第二導(dǎo)熱片之間且以串聯(lián)方式電連接的多個(gè)η型半導(dǎo)體芯片和多個(gè)P型半導(dǎo)體芯片，從而在向多個(gè)η型半導(dǎo)體芯片和多個(gè)P型半導(dǎo)體芯片施加電壓時(shí)，在第一導(dǎo)熱片和第二導(dǎo)熱片之間形成溫度梯度。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種方法，包括:以預(yù)定間隔監(jiān)測三維集成電路的溫度；以及當(dāng)三維集成電路的監(jiān)測溫度大于或等于第一預(yù)定設(shè)定點(diǎn)時(shí)，使熱電冷卻器通電，熱電冷卻器通過多個(gè)導(dǎo)電柱連接到三維集成電路。
[0018]優(yōu)選地，監(jiān)測包括使用配置在三維集成電路內(nèi)的溫度監(jiān)測器。
[0019]優(yōu)選地，監(jiān)測溫度是三維集成電路的內(nèi)部溫度。
[0020]優(yōu)選地，第一預(yù)定設(shè)定點(diǎn)被設(shè)置為防止三維集成電路的元件超過設(shè)計(jì)溫度閾值。
[0021]優(yōu)選地，通過在控制器控制下的電源使熱電冷卻器通電，控制器接收來自溫度監(jiān)測器的信號(hào)。
[0022]優(yōu)選地，該方法還包括:當(dāng)溫度監(jiān)測器顯示三維集成電路的內(nèi)部溫度大于第二預(yù)定設(shè)定點(diǎn)時(shí)，維持使熱電冷卻器通電，其中，第二預(yù)定設(shè)定點(diǎn)小于第一預(yù)定設(shè)定點(diǎn)；以及當(dāng)溫度監(jiān)測器顯示三維集成電路的內(nèi)部溫度小于或等于第二預(yù)定設(shè)定點(diǎn)時(shí)，停用熱電冷卻器。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種冷卻三維集成電路的系統(tǒng)，包括:堆疊單元式3D IC ;第一熱電冷卻器，第一熱電冷卻器包括配置在第一導(dǎo)熱片和第二導(dǎo)熱片之間且以串聯(lián)方式電連接的多個(gè)η型半導(dǎo)體芯片和多個(gè)P型半導(dǎo)體芯片，第一熱電冷卻器配置為當(dāng)向多個(gè)η型半導(dǎo)體芯片和多個(gè)P型半導(dǎo)體芯片施加電壓時(shí)，在第一導(dǎo)熱片和第二導(dǎo)熱片之間形成溫度梯度，第一熱電冷卻器通過多個(gè)導(dǎo)電柱連接到堆疊單元式3D IC ;控制器，控制對(duì)熱電冷卻器的電力供應(yīng)；以及溫度監(jiān)測器，配置在堆疊單元3D IC中，溫度監(jiān)測器配置為檢測堆疊單元3D IC的內(nèi)部溫度并連接到控制器。
[0024]優(yōu)選地，該系統(tǒng)還包括:第二熱電冷卻器，通過多個(gè)導(dǎo)電柱連接到堆疊單元式3DICo
[0025]優(yōu)選地，控制器為第一熱電冷卻器提供電力以將由溫度監(jiān)測器測量的堆疊單元3DIC的內(nèi)部溫度維持在預(yù)定范圍內(nèi)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]當(dāng)結(jié)合附圖閱讀下面詳細(xì)的說明書時(shí)，可最佳地理解本發(fā)明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)，根據(jù)普遍實(shí)踐，各個(gè)部件沒有必要按比例繪制。與此相反，為了清楚起見，各個(gè)部件的尺寸可任意擴(kuò)大或減小。在整個(gè)說明書和附圖中，相同的數(shù)字表示相同的部件。
[0027]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的熱電冷卻器的簡化框圖。
[0028]圖2Α是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的冷卻式3D IC的等距視圖。
[0029]圖2Β是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的冷卻式3D IC的側(cè)截面圖。
[0030]圖2C是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的冷卻式3D IC的俯視圖。
[0031]圖3Α是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的冷卻式3D IC的等距視圖。
[0032]圖3B是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的冷卻式3D IC的側(cè)截面圖。
[0033]圖3C是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的冷卻式3D IC的俯視圖。
[0034]圖4A是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的導(dǎo)電柱的平面圖。
[0035]圖4B是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的導(dǎo)電柱配置的平面圖。
[0036]圖4C是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的導(dǎo)電柱配置的平面圖。
[0037]圖5A是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的具有溫度監(jiān)測器和控制器的冷卻式3D IC的簡化框圖。
[0038]圖5B是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的具有溫度監(jiān)測器和控制器的冷卻式3D IC的簡化框圖。
[0039]圖6是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例說明控制器的功能的溫度隨時(shí)間變化的曲線圖。
[0040]圖7是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的熱探測器電路的示意圖。
[0041]圖8是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的控制電路的示意圖。
[0042]圖9是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的方法的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0043]結(jié)合附圖閱讀對(duì)示例性實(shí)施例的說明，附圖被認(rèn)為是整個(gè)書面說明書的一部分。在說明書中，諸如“下部”、“上部”、“水平”、“垂直”、“在...之上”、“在...之下”、“向上”、“向下”、“頂部”和“底部”及其派生詞(例如，“水平地”、“向下地”、“向上地”等)的相對(duì)術(shù)語應(yīng)該解釋為是指討論的附圖中所描述或所示出的方位。這些相對(duì)術(shù)語是為了方便說明，而不要求裝置以特定的方位進(jìn)行構(gòu)造或操作。除非明確作出相反描述，否則諸如“連接”和“互連”的關(guān)于連接、耦合等的術(shù)語，是指結(jié)構(gòu)間直接或通過中間結(jié)構(gòu)間接地彼此固定或連接的關(guān)系以及兩個(gè)都是可移動(dòng)的或剛性的連接或關(guān)系。
[0044]在傳統(tǒng)的(非3D IC)半導(dǎo)體封裝件中，散熱器通常包括金屬結(jié)構(gòu)，該金屬結(jié)構(gòu)具有與需要冷卻的半導(dǎo)體元件熱接觸的第一表面。金屬結(jié)構(gòu)的第二表面通常包括一系列鰭、突出物或梳狀結(jié)構(gòu)以增加金屬結(jié)構(gòu)的表面積，從而增加從金屬結(jié)構(gòu)到周圍空氣的傳熱速率。在一些典型的實(shí)施例中，采用風(fēng)扇增加越過金屬結(jié)構(gòu)的氣流，這會(huì)進(jìn)一步提高從金屬結(jié)構(gòu)到周圍空氣的傳熱速率。
[0045]雖然這些冷卻半導(dǎo)體的傳統(tǒng)方法已經(jīng)應(yīng)用于3D 1C，但它們因?yàn)閷?shí)際上無法為內(nèi)部管芯或內(nèi)部單元提供大型散熱器而存在弊端。一些3D IC依靠其頂部和底部的厚硅層散熱；這些厚層減少了 3D IC的節(jié)約面積。這種冷卻方法是被動(dòng)的，熱量被動(dòng)地從內(nèi)部管芯流出至散熱器，這會(huì)導(dǎo)致3D IC的內(nèi)部不可接受的高溫。
[0046]本領(lǐng)域當(dāng)前采用的另一種冷卻3D IC封裝件的方法是在管芯或單元之間創(chuàng)建微通道并提供穿過微通道的液體流動(dòng)以帶走熱量。然而，這種方法存在問題，因?yàn)樗枰峁┮后w流動(dòng)的泵、存在液體漏入3D IC的可能性以及會(huì)在半導(dǎo)體襯底上的產(chǎn)生熱應(yīng)力。
[0047]本發(fā)明提供了用于主動(dòng)冷卻3D IC的熱電冷卻器。第一實(shí)施例采用熱電冷卻器冷卻3D IC芯片封裝件。第二實(shí)施例采用熱電冷卻器冷卻堆疊單元式3D 1C。熱電冷卻器產(chǎn)生有助于主動(dòng)從3D IC移除熱量的溫差。本發(fā)明提供了冷卻3D IC的方法，包括以預(yù)定間隔監(jiān)測3D IC的溫度并當(dāng)3D IC的溫度大于或等于第一預(yù)定設(shè)定點(diǎn)時(shí)以第一預(yù)定間隔為熱電冷卻器(通過多個(gè)導(dǎo)電柱連接到3D IC)通電。
[0048]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的熱電冷卻器100的簡化框圖。熱電冷卻器100在本領(lǐng)域中也稱為珀?duì)柼鋮s器。熱電冷卻器100是固態(tài)有源熱泵。術(shù)語“熱電冷卻器”在本領(lǐng)域有時(shí)縮寫為“TEC”。
[0049]多個(gè)第一區(qū)域105和多個(gè)第二區(qū)域106布置在第一導(dǎo)熱片102和第二導(dǎo)熱片104之間。在一些實(shí)施例中，第一區(qū)域105是η型半導(dǎo)體芯片，而第二區(qū)域106是P型半導(dǎo)體芯片。可以使用其它材料和設(shè)計(jì)外形來構(gòu)造多個(gè)第一區(qū)域105和多個(gè)第二區(qū)域106。在一些實(shí)施例中，第一導(dǎo)熱片102和第二導(dǎo)熱片104由陶瓷制成，陶瓷是有效的熱導(dǎo)體和電絕緣體(例如，氧化鈹、BeO)?？梢允褂闷渌牧蟻順?gòu)造第一導(dǎo)熱片102和第二導(dǎo)熱片104。
[0050]使用跡線108以串聯(lián)方式電連接多個(gè)半導(dǎo)體芯片105、106。在一些實(shí)施例中，跡線108包括銅。在其他實(shí)施例中，跡線108包括另一種導(dǎo)電材料。
[0051]電源110為一對(duì)電氣連接件112提供電能。當(dāng)向多個(gè)半導(dǎo)體芯片105、106施加電壓時(shí)，會(huì)形成溫度梯度，從而使得第一導(dǎo)熱片102被冷卻而第二導(dǎo)熱片104被加熱。
[0052]在一些實(shí)施例中，第二導(dǎo)熱片104包括一系列鰭、突出物或梳狀結(jié)構(gòu)以增加第二導(dǎo)熱片104的表面積，從而增加從第二導(dǎo)熱片104到周圍空氣的傳熱速率。在一些實(shí)施例中，采用風(fēng)扇來增加越過第二導(dǎo)熱片104的氣流，這會(huì)進(jìn)一步提高從第二導(dǎo)熱片104到周圍空氣的對(duì)流傳熱速率。
[0053]圖2A、圖2B和圖2C示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的冷卻式3D IC200。圖2A是冷卻式3D IC的等距視圖；圖2B是冷卻式3D IC的側(cè)視圖；以及圖2C是冷卻式3D IC的俯視圖。
[0054]冷卻式3D IC200包括第一熱電冷卻器202、第二熱電冷卻器204和包含多個(gè)管芯206的3D IC芯片封裝件214。多個(gè)管芯206具有從管芯前面延伸到管芯背面的多個(gè)硅通孔(TSV)208。焊料微凸塊208在垂直相鄰的管芯206中的相應(yīng)TSV之間形成垂直互連。在一些實(shí)施例中，只利用單個(gè)熱電冷卻器，從而省去第一熱電冷卻器202或第二熱電冷卻器204。
[0055]多個(gè)TSV208在冷卻式3D IC200中起到多種功能，包括為多個(gè)管芯206上的各個(gè)元件傳輸電力和通信信號(hào)以及充當(dāng)用于將元件運(yùn)行期間形成的熱量散去的導(dǎo)管。每個(gè)TSV208均由可集成到硅中的金屬或合金形成，諸如銅、鎢、銀、鋁或它們的合金。在一些實(shí)施例中，每個(gè)TSV208均形成為具有圓邊的圓柱。在其他實(shí)施例中，每個(gè)TSV208均形成為具有滿足直角的直邊的長方體或六面體。在一些實(shí)施例中，TSV208采用其它形狀和結(jié)構(gòu)。
[0056]如圖2B中最佳示出的，多個(gè)TSV208中的每一個(gè)均穿過多個(gè)管芯206中相應(yīng)的一個(gè)。每個(gè)管芯206中的TSV208均與同該管芯相鄰的(位于其上部或下部的)管芯206中的TSV208線性對(duì)齊。微凸塊224形成在襯底的背面上的每個(gè)TSV208的表面上。相鄰管芯206中的每對(duì)對(duì)齊的TSV208通過相應(yīng)的微凸塊224電連接。在一些實(shí)施例中，底部填充材料(未示出)填充每對(duì)相鄰管芯206之間的剩余空間，包括TSV208之間的空間。底部填充物提供了水平的和垂直的傳熱路徑。
[0057]在一些實(shí)施例中，多個(gè)微凸塊224形成在TSV208的頂面上或第一熱電冷卻器202的底部以將3D IC芯片封裝件214連接到第一熱電冷卻器202。類似地，每個(gè)TSV208的背面之間的微凸塊224和TSV208的背面與第二熱電冷卻器204之間的微凸塊224提供傳導(dǎo)路徑以將熱量從3D IC芯片封裝件214傳導(dǎo)至第二熱電冷卻器204?？梢蕴峁┑撞刻畛洳牧?未示出)以填充微凸塊224之間的空間，從而提高熱傳導(dǎo)和機(jī)械完整性。可選地，在頂部管芯206的頂面220和第一熱電冷卻器202之間應(yīng)用導(dǎo)熱界面材料(例如，基于氧化鈹、氮化鋁、氧化鋁、氧化鋅或金屬的導(dǎo)熱膏)。類似地，底部TSV208的底面222和第二熱電冷卻器204之間的熱界面材料提供傳導(dǎo)路徑以將熱量從3D IC芯片封裝件214傳導(dǎo)至第二熱電冷卻器204。
[0058]第一熱電冷卻器202和第二熱電冷卻器204如上參照圖1進(jìn)行構(gòu)造。第一熱電冷卻器202和第二熱電冷卻器204均具有冷側(cè)216和熱側(cè)218，并布置成使得冷側(cè)216朝向3D IC芯片封裝件214。
[0059]在一些實(shí)施例中，冷側(cè)216配置為與多個(gè)管芯206中最頂部管芯的頂面220接觸，從而沿著整個(gè)頂面220提供冷卻。在其他實(shí)施例中，冷側(cè)216配置在頂面220之上但不與頂面220接觸，從而通過TSV208和連接冷側(cè)216與多個(gè)管芯206的微凸塊224提供冷卻。在一些實(shí)施例中，底部填充材料填充TSV208之間的空間并提供用于導(dǎo)熱的其它路徑。第二熱電冷卻器204的冷側(cè)216也可配置為與多個(gè)管芯206中最底部管芯的底面222接觸或位于其下部。微凸塊224、熱界面材料和/或底部填充物提供了向熱電冷卻器204傳熱的路徑。
[0060]第一熱電冷卻器202和第二熱電冷卻器204均連接到電源210。在一些實(shí)施例中，電源210通過控制器212連接到第一熱電冷卻器202和第二熱電冷卻器204。
[0061]如圖2C中最佳示出的，在一些實(shí)施例中，多個(gè)TSV208圍繞3D IC芯片封裝件214、熱電冷卻器202和204的周邊布置。在所示實(shí)施例中，多個(gè)TSV208沿著周邊等間隔分布。然而，如下更為詳細(xì)討論的，多個(gè)TSV208可沿著周邊以多種配置方式間隔開和/或穿過3DIC芯片封裝件214的中心以解決特定的冷卻問題。
[0062]當(dāng)電力從電源210施加到第一熱電冷卻器202和第二熱電冷卻器204時(shí)，會(huì)在冷側(cè)216和熱側(cè)218之間形成溫度梯度。在冷側(cè)216和多個(gè)管芯206 (在運(yùn)行時(shí)生熱)之間形成第二熱梯度。第二熱梯度具有從3D IC芯片封裝件214移除熱量的作用。多個(gè)管芯206中產(chǎn)生的熱量水平地流向多個(gè)TSV208，然后垂直通過多個(gè)TSV208到達(dá)第一熱電冷卻器202和第二熱電冷卻器204的冷側(cè)216。然后，熱量從冷側(cè)216傳遞至熱側(cè)218，熱側(cè)218使熱量消散至周圍環(huán)境。
[0063]在一些實(shí)施例中，熱側(cè)218包括一系列鰭、突出物或梳狀結(jié)構(gòu)以增加熱側(cè)218的表面積，從而增加從熱側(cè)218到周圍空氣的傳熱速率。在一些實(shí)施例中，采用風(fēng)扇以增加越過熱側(cè)218的氣流，這會(huì)進(jìn)一步提高從熱側(cè)218到周圍空氣的對(duì)流傳熱速率。
[0064]圖3A、圖3B和圖3C示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的另一個(gè)冷卻式3D IC300。圖3A是3D IC300的等距視圖；圖3B是3D IC300的側(cè)截面圖；以及圖3C是3D IC300的俯視圖。
[0065]冷卻式3D IC300包括第一熱電冷卻器202、第二熱電冷卻器204和堆疊單元式3DIC314。多個(gè)層間通孔(ILV) 308穿過堆疊單元3D IC314。每個(gè)ILV308均通過局部通孔326連接到第一熱電冷卻器202和第二熱電冷卻器204。在一些實(shí)施例中，將ILV308連接到熱電冷卻器的局部通孔326是微凸塊。在一些實(shí)施例中，ILV308僅連接到第一熱電冷卻器202和第二熱電冷卻器204的其中一個(gè)。在一些實(shí)施例中，只利用單個(gè)熱電冷卻器，從而省去第一熱電冷卻器202或第二熱電冷卻器204。
[0066]多個(gè)ILV308在冷卻式3D IC300中起到多種功能，包括為堆疊單元式3D IC314內(nèi)的各個(gè)元件330和器件350傳輸電力和信號(hào)以及充當(dāng)用于將各個(gè)元件330和器件350運(yùn)行期間形成的熱量散去的導(dǎo)管。在一些實(shí)施例中，每個(gè)ILV308都形成為具有圓邊的圓柱。在其他實(shí)施例中，每個(gè)ILV308都形成為具有滿足直角的直邊的長方體或六面體。在一些實(shí)施例中，ILV308采用其它形狀和結(jié)構(gòu)。
[0067]如圖3B中最佳示出的，多個(gè)ILV308中的每一個(gè)均穿過堆疊單元式3D IC314的至少一個(gè)水平面(層)。穿過堆疊單元式3D IC314的傳導(dǎo)路徑可包括ILV308、局部通孔326和/或?qū)щ娋€(未示出)的組合。如果堆疊單元式3D IC314多于兩層，那么傳導(dǎo)路徑可包括用于堆疊單元式3D IC314的每個(gè)相應(yīng)層的相應(yīng)順序的ILV308、局部通孔326和導(dǎo)電線。
[0068]在一些實(shí)施例中，多個(gè)局部通孔326形成在堆疊單元式3D IC314的頂層的ILV308的頂面320上。在一些實(shí)施例中，多層互連結(jié)構(gòu)(包括多個(gè)局部通孔層和多個(gè)導(dǎo)電線層)在堆疊單元式3D IC314的頂層的ILV308的頂面上形成。局部通孔326將堆疊單元式3D IC314連接到第一熱電冷卻器202和第二熱電冷卻器204。在一些實(shí)施例中，堆疊單元式3D IC314通過微凸塊連接到第一熱電冷卻器202和第二熱電冷卻器204。
[0069]圖3B的堆疊單元式3D IC314包括第一層342、第二層344和第三層346。每層均包括襯底348。每層均可包括多個(gè)元件330和器件350。元件330和器件350可連接到ILV308、局部通孔326和/或?qū)щ娋€(未示出)。元件330可以是晶體管、二極管和電阻器等，但不局限于此。器件可以是傳感器、成像器、納米器件、存儲(chǔ)芯片和電路、處理器和轉(zhuǎn)換器等，但不局限于此。
[0070]第一熱電冷卻器202和第二熱電冷卻器204能夠如上參照圖1進(jìn)行構(gòu)造。第一熱電冷卻器202和第二熱電冷卻器204中的每一個(gè)均具有冷側(cè)216和熱側(cè)218,并布置成使得冷側(cè)216朝向堆疊單元式3D IC314。
[0071]在一些實(shí)施例中，第一熱電冷卻器202的冷側(cè)216配置為與堆疊單元式3D IC314的頂面320接觸，從而沿著整個(gè)頂面320提供冷卻。在其他實(shí)施例中，冷側(cè)216配置在頂面320之上但不與其接觸，從而通過連接冷側(cè)216與堆疊單元式3D IC314的局部通孔326提供冷卻。第二熱電冷卻器204的冷側(cè)216也可配置為與堆疊單元3D IC314的底面322接觸或位于其下部。
[0072]第一熱電冷卻器202和第二熱電冷卻器20均連接到電源210。在一些實(shí)施例中，電源210通過控制器212連接到第一熱電冷卻器202和第二熱電冷卻器204。
[0073]如圖3C中最佳示出的，在一些實(shí)施例中，多個(gè)ILV308圍繞堆疊單元式3D IC314、熱電冷卻器202和熱電冷卻器204的周邊布置。在所示實(shí)施例中，多個(gè)ILV308或局部通孔326沿著周邊等間隔分布。然而，如下更為詳細(xì)討論的，多個(gè)ILV308或局部通孔326可沿著周邊以多種配置方式間隔和/或穿過堆疊單元式3D IC314的中心以解決特定的冷卻問題。
[0074]當(dāng)電力從電源210施加到第一熱電冷卻器202和第二熱電冷卻器204時(shí)，在冷側(cè)216和熱側(cè)218之間形成溫度梯度。在冷側(cè)216和多個(gè)管芯206 (在運(yùn)行時(shí)生熱)之間形成第二熱梯度。第二熱梯度具有將熱量從堆疊單元式3D IC314移除的作用。堆疊單元式3DIC314中產(chǎn)生的熱量水平地流向多個(gè)ILV308，然后垂直通過多個(gè)ILV308到達(dá)第一熱電冷卻器202和第二熱電冷卻器204 二者的冷側(cè)216。然后熱量從冷側(cè)216傳遞至熱側(cè)218，熱側(cè)218使熱量消散至周圍環(huán)境。
[0075]在一些實(shí)施例中，熱側(cè)218包括一系列鰭、突出物或梳狀結(jié)構(gòu)以增加熱側(cè)218的表面積，從而增加從熱側(cè)218到周圍空氣的傳熱速率。在一些實(shí)施例中，采用風(fēng)扇來增加越過熱側(cè)218的氣流，這會(huì)進(jìn)一步提高從熱側(cè)218到周圍空氣的對(duì)流傳熱速率。
[0076]圖4A、圖4B和圖4C是根據(jù)本發(fā)明的一些方面的熱電冷卻器402的冷側(cè)216的各個(gè)實(shí)施例的平面圖。這些附圖示出了連接到熱電冷卻器402的多個(gè)導(dǎo)電柱408的一些可能配置。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電柱408包括TSV208和微凸塊224。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電柱408包括ILV308或ILV308與局部通孔326的組合。
[0077]圖4A示出了第一導(dǎo)電柱配置400，其中，導(dǎo)電柱408沿著熱電冷卻器402的相對(duì)兩側(cè)配置。圖4B示出了第二導(dǎo)電柱配置410，其中，導(dǎo)電柱408沿著熱電冷卻器402的整個(gè)周邊配置。因此，第二導(dǎo)電柱配置410相較于第一導(dǎo)電柱配置400具有較大排熱能力，因?yàn)榈诙?dǎo)電柱配置410包括較多數(shù)目的導(dǎo)電柱408且那些導(dǎo)電柱408配置在更大的表面積上。
[0078]圖4C示出了第三導(dǎo)電柱配置420，其中，導(dǎo)電柱408既圍繞熱電冷卻器402的整個(gè)周邊配置又配置在其中心內(nèi)。特別地，第三導(dǎo)電柱配置420顯示出從3D IC內(nèi)的特定關(guān)注區(qū)域移除熱量。關(guān)注區(qū)域示出為熱點(diǎn)430。
[0079]熱點(diǎn)430是3D IC具有局部高溫的區(qū)域。局部高溫通常由高功耗元件引起。局部高溫也可在高功率密度的區(qū)域中形成，諸如具有高密度的導(dǎo)電柱408的區(qū)域。
[0080]熱點(diǎn)430是特別關(guān)注的問題，因?yàn)榫植扛邷赜绊戨娐泛驮目煽啃院托阅?。?D IC設(shè)計(jì)期間未能解決局部高溫可引起元件超過它們的設(shè)計(jì)溫度閾值。第三導(dǎo)電柱配置420通過將過熱區(qū)430附近的熱量移除而解決了這個(gè)問題，從而提供足夠的冷卻并防止元件失效或劣化。
[0081]在一些冷卻式3D IC中，不希望熱電冷卻器202、204 —直處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。具體而言，一些3D IC在運(yùn)轉(zhuǎn)期間不能產(chǎn)生足夠的熱量來平衡熱電冷卻器302、204在連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)期間消耗的功率。因此，一些實(shí)施例提供了溫度監(jiān)測器510和控制器212以控制熱電冷卻器202、204的運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0082]圖5A是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的具有溫度監(jiān)測器510和控制器212的堆疊單元式3D IC314的簡化框圖。在所示實(shí)施例中，溫度監(jiān)測器510鄰近熱點(diǎn)430布置。熱點(diǎn)430和溫度監(jiān)測器510配置在第一 ILV502和第二 ILV504之間。第一 ILV502和第二 ILV504通過局部通孔326或微凸塊連接到第一熱電冷卻器202和第二熱電冷卻器204。在一些實(shí)施例中，第一 ILV502僅連接到熱電冷卻器202和第二熱電冷卻器204的其中一個(gè)。在一些實(shí)施例中，第二 ILV504僅連接到熱電冷卻器202和第二熱電冷卻器204的其中一個(gè)。
[0083]溫度監(jiān)測器510可配置在堆疊單元式3D IC314內(nèi)的任何位置中。將溫度監(jiān)測器510配置為鄰近熱點(diǎn)430或在熱點(diǎn)430附近允許監(jiān)測堆疊單元式3D IC314中最有可能超過設(shè)計(jì)溫度閾值的區(qū)域。在一些實(shí)施例中，溫度監(jiān)測器510實(shí)現(xiàn)為下文參照圖7所述的熱探測器700。
[0084]溫度監(jiān)測器510連接到控制器212?？刂破?12接收來自電源210的電力輸入。控制器212控制電力向第一熱電冷卻器202和第二熱電冷卻器204的流動(dòng)。在一些實(shí)施例中，控制器212實(shí)現(xiàn)為下文參照圖8所述的控制電路800。
[0085]圖5B是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的具有一對(duì)溫度監(jiān)測器554、558和一對(duì)控制器560、564的堆疊單元式3D IC314的簡化框圖。
[0086]在所示實(shí)施例中，第一溫度監(jiān)測器554配置為鄰近第一熱點(diǎn)552。第一溫度監(jiān)測器554連接到第一控制器560。第一控制器560接收來自第一電源562的電力并基于第一溫度監(jiān)測器554的輸入控制電力向第一熱電冷卻器202的流動(dòng)。
[0087]第二溫度監(jiān)測器558配置為鄰近第二熱點(diǎn)556。第二溫度監(jiān)測器558連接到第二控制器564。第二控制器564接收來自第二電源566的電力并基于第二溫度監(jiān)測器558的輸入控制電力向第二熱電冷卻器204的流動(dòng)。
[0088]第一溫度監(jiān)測器554、第一熱點(diǎn)552、第二溫度監(jiān)測器558和第二熱點(diǎn)556配置在多個(gè)ILV308之間。每個(gè)ILV308均通過局部通孔326或微凸塊連接到第一熱電冷卻器202和第二熱電冷卻器204。在一些實(shí)施例中，一些ILV308僅連接到熱電冷卻器202和第二熱電冷卻器204的其中一個(gè)。
[0089]在一些實(shí)施例中，第一電源562和第二電源566是同一電源。在一些實(shí)施例中，單個(gè)控制器212從配置在堆疊單元式3D IC314內(nèi)的多個(gè)溫度監(jiān)測器接收輸入并控制電力向多個(gè)熱電冷卻器的流動(dòng)。
[0090]參照圖5A和圖5B描述的溫度檢測器和控制器也可被圖2中示出的3DIC芯片封裝件214使用。
[0091]圖6是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例說明控制器的功能的溫度隨時(shí)間變化的曲線圖。圖6示出了基于來自溫度監(jiān)測器(諸如圖5A中示出的控制器和溫度監(jiān)測器配置)的輸入的到達(dá)熱電冷卻器的電力的循環(huán)。
[0092]控制器212控制電力向第一熱電冷卻器202和第二熱電冷卻器204的流動(dòng)?？刂破?12接收來自電源210的電力輸入和來自溫度監(jiān)測器510的溫度輸入。
[0093]在一些實(shí)施例中，如圖6所示，控制器212具有第一預(yù)定設(shè)定點(diǎn)602和第二預(yù)定設(shè)定點(diǎn)604，使得第二預(yù)定設(shè)定點(diǎn)604小于第一預(yù)定設(shè)定點(diǎn)602。第一預(yù)定設(shè)定點(diǎn)602和第二預(yù)定設(shè)定點(diǎn)604都小于設(shè)計(jì)溫度閾值606。第一預(yù)定設(shè)定點(diǎn)602和第二預(yù)定設(shè)定點(diǎn)604確定了期望3D IC運(yùn)行的預(yù)定溫度范圍。
[0094]如圖6所示，從時(shí)間O到時(shí)間A，熱電冷卻器202、204并未通過控制器212從電源210接收電力，并因此不運(yùn)轉(zhuǎn)。如通過溫度監(jiān)測器510監(jiān)測到的，堆疊單元式3D IC314的內(nèi)部溫度隨著堆疊單元式3D IC314運(yùn)轉(zhuǎn)期間產(chǎn)生熱量而緩慢升高。
[0095]在時(shí)間A處，如通過溫度監(jiān)測器510監(jiān)測到的，堆疊單元式3D IC314的內(nèi)部溫度達(dá)到了第一預(yù)定設(shè)定點(diǎn)602。這使得控制器212向熱電冷卻器202、204提供電力。
[0096]在時(shí)間A和時(shí)間B之間，熱電冷卻器202、204運(yùn)轉(zhuǎn)，從堆疊單元式3D IC314移除熱量，并且由溫度監(jiān)測器510監(jiān)測到的內(nèi)部溫度降低。
[0097]在時(shí)間B處，如通過溫度監(jiān)測器510監(jiān)測到的，堆疊單元式3D IC314的內(nèi)部溫度達(dá)到第二預(yù)定設(shè)定點(diǎn)604。這使得控制器212停止向熱電冷卻器202、204提供電力。
[0098]從時(shí)間B到時(shí)間C，熱電冷卻器202、204并未運(yùn)行。如通過溫度監(jiān)測器510監(jiān)測到的，堆疊單元式3D IC314的內(nèi)部溫度隨著堆疊單元式3D IC314運(yùn)轉(zhuǎn)期間產(chǎn)生熱量而緩慢升高。
[0099]向熱電冷卻器循環(huán)輸送電力以將堆疊單元式3D IC314的內(nèi)部溫度維持在第一預(yù)定設(shè)定點(diǎn)602和第二預(yù)定設(shè)定點(diǎn)604之間的過程在堆疊單元式3D IC314使用期限內(nèi)可重復(fù)多次。
[0100]在一些實(shí)施例中，溫度監(jiān)測器510實(shí)現(xiàn)為熱探測器電路700。圖7是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的熱探測器電路700的示意圖。
[0101]熱探測器包括第一 N型金屬氧化物半導(dǎo)體(NMOS )場效應(yīng)晶體管(FET ) 704、第二NMOS FET706、二極管708和緩沖器712。第一 NM0SFET704的漏極接地且源極與柵極連接以接收參考電流(1^02)，其中參考電流為溫度補(bǔ)償電流源。第二 NMOS FET706的源極接地、柵極連接成接收參考電流I,ef702且漏極連接到二極管708與緩沖器712。雖然將晶體管704和晶體管706描述為金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(M0SFET)，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以使用其他類型的晶體管。
[0102]二極管708的陽極連接到第二 NMOS FET706的漏極且陰極連接到正電源節(jié)點(diǎn)(表示為VDD)。緩沖器712從第二 NMOS FET706的漏極接收輸入并輸出到使能線710。使能線710將熱探測器700的輸出發(fā)送到控制電路800。
[0103]參考電流(1^702)是來自3D IC內(nèi)的溫度補(bǔ)償電流源。當(dāng)在第二 NM0SFET706的柵極處感測的I,ef702大于第二 NMOS FET706的閾值電壓時(shí)，第二 NMOS FET706隨后向緩沖器712提供邏輯高輸出信號(hào)。當(dāng)在第二NMOS FET706的柵極處感測的I,ef702小于第二NMOSFET706的閾值電壓時(shí)，第二 NMOS FET706隨后向緩沖器712提供邏輯低輸出信號(hào)。緩沖器712緩沖信號(hào)并向使能線710提供邏輯高輸出信號(hào)或邏輯低輸出信號(hào)。第一 NMOS FET704和二極管708提供電力瞬態(tài)保護(hù)。
[0104]第一 NMOS FET704、第二 NMOS FET706的閾值電壓和用于參考電流(U02)的溫度補(bǔ)償被選擇為與3D IC中預(yù)期監(jiān)測到的溫度一致。
[0105]在一些實(shí)施例中，控制器212實(shí)現(xiàn)為控制電路800。圖8是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的控制電路800的示意圖。
[0106]控制電路800包括反相器802和P型金屬氧化物半導(dǎo)體(PMOS) FET804。反相器802將在其輸入端從使能線710接收的電壓電平反轉(zhuǎn)，并輸出電壓至PMOS FET804的柵極。PMOS FET804的漏極連接至電源210且源極連接到第一熱電冷卻器202和第二熱電冷卻器204。
[0107]當(dāng)使能線710上接收的邏輯高信號(hào)傳至反相器802時(shí)，邏輯高信號(hào)反轉(zhuǎn)為發(fā)送至PMOS FET804的柵極的低輸出。當(dāng)?shù)洼敵龅陀赑MOS FET804的閾值電壓與漏極電壓的差值時(shí)，則PMOS FET804的源極向第一熱電冷卻器202和第二熱電冷卻器204輸送電力。因此，當(dāng)熱探測器在3D IC中感測到高溫(或大于第一預(yù)定設(shè)定點(diǎn)的溫度)時(shí)，第一熱電冷卻器202和第二熱電冷卻器204通電(S卩，運(yùn)轉(zhuǎn))。
[0108]當(dāng)使能線710上接收的邏輯低信號(hào)傳至反相器802時(shí)，邏輯低信號(hào)反轉(zhuǎn)為發(fā)送至PMOS FET804的柵極的高輸出。當(dāng)高輸出高于PMOS FET804的閾值電壓與漏極電壓的差值時(shí)，則PMOS FET804的源極并不向第一熱電冷卻器202和第二熱電冷卻器204輸送電力。因此，當(dāng)熱探測器在3D IC中感測到低溫(或小于第二預(yù)定設(shè)定點(diǎn)的溫度)時(shí)，第一熱電冷卻器202和第二熱電冷卻器204不通電(B卩，鎖定)。
[0109]本發(fā)明還提供了冷卻3D IC的方法900。圖9是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的方法900的流程圖。工藝從方框902處開始。在方框904中，監(jiān)測3DIC的溫度。在一些實(shí)施例中，使用配置在3D IC內(nèi)的溫度監(jiān)測器監(jiān)測3D IC的內(nèi)部位置處的溫度。在一些實(shí)施例中，溫度監(jiān)測器實(shí)現(xiàn)為熱探測器電路。在一些實(shí)施例中，以預(yù)定的時(shí)間間隔監(jiān)測溫度。
[0110]在方框906中，當(dāng)溫度監(jiān)測器顯示溫度大于或等于第一設(shè)定點(diǎn)時(shí)，使熱電冷卻器通電。在一些實(shí)施例中，熱電冷卻器通過多個(gè)導(dǎo)電柱連接到3DIC。在一些實(shí)施例中，當(dāng)溫度監(jiān)測器顯示3D IC的內(nèi)部溫度大于或等于第一設(shè)定點(diǎn)時(shí)，以第一預(yù)定間隔使熱電冷卻器通電。在一些實(shí)施例中，第一設(shè)定點(diǎn)設(shè)置為低于3D IC的限制元件的設(shè)計(jì)溫度閾值。在一些實(shí)施例中，第一設(shè)定點(diǎn)是預(yù)定的；在其他實(shí)施例中，第一設(shè)定點(diǎn)是動(dòng)態(tài)確定的。
[0111]在方框908中，當(dāng)溫度大于第二設(shè)定點(diǎn)時(shí)，保持使熱電冷卻器通電。在一些實(shí)施例中，第二設(shè)定點(diǎn)小于第一設(shè)定點(diǎn)。在一些實(shí)施例中，第二設(shè)定點(diǎn)是預(yù)定的；在其他實(shí)施例中，第二設(shè)定點(diǎn)是動(dòng)態(tài)確定的。
[0112]在方框910中，當(dāng)溫度小于或等于第二設(shè)定點(diǎn)時(shí)，鎖定(S卩，斷開)熱電冷卻器。在一些實(shí)施例中，當(dāng)溫度監(jiān)測器顯示3D IC的內(nèi)部溫度小于或等于第二設(shè)定點(diǎn)，以第一預(yù)定間隔鎖定熱電冷卻器。該工藝終止于方框912處。
[0113]本發(fā)明將3D IC與熱電冷卻器組合具有若干優(yōu)勢。熱電冷卻器允許在較小的程度內(nèi)控制溫度。熱電冷卻器也具有相對(duì)長的使用期限，這在3D IC的使用壽命內(nèi)提供了有效冷卻。
[0114]在一些實(shí)施例中，一種系統(tǒng)包括:三維集成電路(3D IC);第一熱電冷卻器,其通過多個(gè)導(dǎo)電柱連接到3D IC ;控制器，其控制第一熱電冷卻器；以及溫度監(jiān)測器，其配置為感測3D IC的溫度，溫度監(jiān)測器連接到控制器。在一些實(shí)施例中，3D IC是包括多個(gè)管芯的堆疊芯片式封裝件。在一些實(shí)施例中，3D IC是堆疊單元式3D 1C。在一些實(shí)施例中，多個(gè)導(dǎo)電柱圍繞著堆疊單元式3D IC的周邊配置。在一些實(shí)施例中，多個(gè)導(dǎo)電柱包括圍繞3D IC的周邊配置的第一組導(dǎo)電柱和圍繞3D IC內(nèi)部的熱點(diǎn)配置的第二組導(dǎo)電柱。在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)還包括通過多個(gè)導(dǎo)電柱連接到3D IC的第二熱電冷卻器。在一些實(shí)施例中，第二熱電冷卻器配置在3D IC與第一熱電冷卻器相對(duì)的一側(cè)上。在一些實(shí)施例中，溫度監(jiān)測器配置在3D IC中，且溫度監(jiān)測器配置為檢測3D IC的內(nèi)部溫度。在一些實(shí)施例中，控制器向第一熱電冷卻器循環(huán)提供電力以將由溫度監(jiān)測器測量的3D IC的內(nèi)部溫度維持在由第一預(yù)定設(shè)定點(diǎn)和第二預(yù)定設(shè)定點(diǎn)確定的預(yù)定范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中，溫度監(jiān)測器以預(yù)定間隔監(jiān)測3D IC的內(nèi)部溫度。在一些實(shí)施例中，第一熱電冷卻器包括配置在第一導(dǎo)熱片和第二導(dǎo)熱片之間且以串聯(lián)方式電連接的多個(gè)η型半導(dǎo)體芯片和多個(gè)P型半導(dǎo)體芯片，使得當(dāng)向多個(gè)η型半導(dǎo)體芯片和多個(gè)P型半導(dǎo)體芯片施加電壓時(shí)，在第一導(dǎo)熱片和第二導(dǎo)熱片之間形成溫度梯度。
[0115]在一些實(shí)施例中，一種系統(tǒng)包括:堆疊單兀式3D IC ;第一熱電冷卻器,第一熱電冷卻器包括配置在第一導(dǎo)熱片和第二導(dǎo)熱片之間且以串聯(lián)方式電連接的多個(gè)η型半導(dǎo)體芯片和多個(gè)P型半導(dǎo)體芯片，第一熱電冷卻器配置為當(dāng)向多個(gè)η型半導(dǎo)體芯片和多個(gè)P型半導(dǎo)體芯片施加電壓時(shí)，在第一導(dǎo)熱片和第二導(dǎo)熱片之間形成溫度梯度，第一熱電冷卻器通過多個(gè)導(dǎo)電柱連接到堆疊單元式3D IC ;控制器，其控制向熱電冷卻器的電力供應(yīng)；以及溫度監(jiān)測器，其配置在堆疊單元式3D IC中，其中，溫度監(jiān)測器配置為檢測堆疊單元式3D IC的內(nèi)部溫度并連接到控制器。在一些實(shí)施例中，該系統(tǒng)還包括通過多個(gè)導(dǎo)電柱連接到堆疊單元式3D IC的第二熱電冷卻器。在一些實(shí)施例中，控制器為熱電冷卻器提供電力以將由溫度監(jiān)測器測量的堆疊單元式3D IC的內(nèi)部溫度維持在預(yù)定范圍內(nèi)。
[0116]在一些實(shí)施例中，一種方法包括:以預(yù)定間隔監(jiān)測三維集成電路的溫度；以及當(dāng)三維集成電路的監(jiān)測溫度大于或等于第一預(yù)定設(shè)定點(diǎn)時(shí)，使熱電冷卻器通電，熱電冷卻器通過多個(gè)導(dǎo)電柱連接到三維集成電路。在一些實(shí)施例中，監(jiān)測包括使用配置在三維集成電路內(nèi)的溫度監(jiān)測器。在一些實(shí)施例中，監(jiān)測溫度是三維集成電路的內(nèi)部溫度。在一些實(shí)施例中，第一預(yù)定設(shè)定點(diǎn)設(shè)置為防止三維集成電路的元件超過設(shè)計(jì)溫度閾值。在一些實(shí)施例中，通過受控于控制器的電源使熱電冷卻器通電，控制器接收來自溫度監(jiān)測器的信號(hào)。在一些實(shí)施例中，該方法還包括當(dāng)溫度監(jiān)測器顯示三維集成電路的內(nèi)部溫度大于第二預(yù)定設(shè)定點(diǎn)時(shí)，維持使熱電冷卻器通電，其中，第二預(yù)定設(shè)定點(diǎn)小于第一預(yù)定設(shè)定點(diǎn)；以及當(dāng)溫度監(jiān)測器顯示三維集成電路的內(nèi)部溫度小于或等于第二預(yù)定設(shè)定點(diǎn)時(shí)，使熱電冷卻器停止。
[0117]雖然在此描述和示出了實(shí)例，但是實(shí)施例不限于示出的細(xì)節(jié)，因?yàn)楸绢I(lǐng)域普通技術(shù)人員在權(quán)利要求的等效物范圍內(nèi)可作出各種改變和結(jié)構(gòu)變化。
【權(quán)利要求】
1.一種系統(tǒng)，包括: 三維集成電路(3D 1C)； 第一熱電冷卻器，通過多個(gè)導(dǎo)電柱連接到所述3D 1C； 控制器，控制所述第一熱電冷卻器；以及 溫度監(jiān)測器，配置為感測所述3D 1C的溫度，所述溫度監(jiān)測器連接到所述控制器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述3D1C是包括多個(gè)管芯的堆疊芯片封裝件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述3D1C是堆疊單元式3D 1C。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)導(dǎo)電柱圍繞所述堆疊單元式3D1C的周邊配置。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)導(dǎo)電柱包括圍繞所述3D1C的周邊配置的第一組導(dǎo)電柱和圍繞所述3D 1C內(nèi)部的熱點(diǎn)配置的第二組導(dǎo)電柱。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括: 第二熱電冷卻器，通過多個(gè)導(dǎo)電柱連接到所述3D 1C。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中，所述第二熱電冷卻器配置在所述3D1C與所述第一熱電冷卻器相對(duì)的一側(cè)上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述溫度監(jiān)測器配置在所述3D1C中，并且所述溫度監(jiān)測器配置為檢測所述3D 1C的內(nèi)部溫度。
9.一種方法，包括: 以預(yù)定間隔監(jiān)測三維集成電路的溫度；以及 當(dāng)所述三維集成電路的監(jiān)測溫度大于或等于第一預(yù)定設(shè)定點(diǎn)時(shí)，使熱電冷卻器通電，所述熱電冷卻器通過多個(gè)導(dǎo)電柱連接到所述三維集成電路。
10.一種冷卻三維集成電路的系統(tǒng)，包括: 堆疊單元式3D 1C ； 第一熱電冷卻器，所述第一熱電冷卻器包括配置在第一導(dǎo)熱片和第二導(dǎo)熱片之間且以串聯(lián)方式電連接的多個(gè)η型半導(dǎo)體芯片和多個(gè)p型半導(dǎo)體芯片，所述第一熱電冷卻器配置為當(dāng)向所述多個(gè)η型半導(dǎo)體芯片和所述多個(gè)ρ型半導(dǎo)體芯片施加電壓時(shí)，在所述第一導(dǎo)熱片和所述第二導(dǎo)熱片之間形成溫度梯度，所述第一熱電冷卻器通過多個(gè)導(dǎo)電柱連接到所述堆疊單元式3D 1C; 控制器，控制對(duì)所述熱電冷卻器的電力供應(yīng)；以及 溫度監(jiān)測器，配置在所述堆疊單元3D 1C中，所述溫度監(jiān)測器配置為檢測所述堆疊單元3D 1C的內(nèi)部溫度并連接到所述控制器。
【文檔編號(hào)】H01L23/38GK104425408SQ201310593734
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月29日
【發(fā)明者】鄒宗成, 李伯浩, 陳德瀚 申請人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司