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面向存储芯片的先进封装中3D堆叠存储器的热管理最新进展与散热方案.docx
资料介绍
面向存储芯片的先进封装中3D堆叠存储器的热管理最新进展与散热方案
——从风冷到液冷再到嵌入式微流道的3D堆叠散热
引言
3D堆叠存储器（如HBM和3D NAND）的热管理是先进封装中的关键挑战。在HBM堆叠中，多层DRAM芯片垂直堆叠，热密度可达100W/cm²以上，远超传统封装的热管理能力。在3D NAND的高密度堆叠中，编程和擦除操作产生的热量在芯片内部积累，导致温度升高，影响数据保持和编程性能。本文系统分析面向存储芯片的先进封装中3D堆叠存储器的热管理最新进展与散热方案。
3D堆叠的热特性
热源分布
3D堆叠存储器的热源分布：
1. 逻辑芯片：HBM底部的逻辑芯片是主要热源，功耗约10W至20W，热密度约50W/cm²至100W/cm²。
2. DRAM芯片：HBM堆叠中的DRAM芯片是次要热源，每层功耗约1W至5W，热密度约10W/cm²至50W/cm²。
3. NAND芯片：3D NAND堆叠中的NAND芯片是主要热源，编程和擦除操作时，功耗约5W至10W，热密度约20W/cm²至40W/cm²。
热阻路径
3D堆叠存储器的热阻路径：
1. 芯片内部热阻：硅芯片的导热系数约150W/mK，但在垂直方向的热阻随芯片厚度减小而降低。
2. 界面热阻：芯片与散热器之间的热界面材料（TIM）热阻，是散热路径的主要瓶颈。
3. 封装热阻：封装基板将热量从芯片传导到外部散热器，基板的热导率决定了散热效率。
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