チップの熱的課題

半導体が消費する電力により熱が発生するため、この熱を装置から除去する必要がありますが、これを効果的に達成する方法はますます困難な課題となっています。トランジスタの密度が増加するにつれて、これはより困難になります。

放熱装置の伝導を通じてより多くの熱を運び去ることができるため、材料と設計自体には改善の可能性があります。課題は、大型サーバーを使用しない限り、これらのデバイスの周囲の熱空間が非常に小さいことです。材料の改善、チップ、パッケージング、または PCB の周囲の熱空間のインテリジェントな利用を考慮する必要があります。本当にやりたいことは、伝導率と熱伝達率を向上させることです。

熱はパッケージの上部から逃げてヒートシンクに入るか、底部とそれに接続されている PCB から排出されます。スペースが限られている場合、作業はさらに困難になります。特定の設計に応じて、この目標はさまざまな方法で達成できます。たとえば、スマートフォンでは、システム容積が最小で効果的な熱放散が可能なため、グラファイトやグラフェン フィルムなどの高導電性フィルムの使用が非常に一般的です。インフラストラクチャの分野では、アクティブおよびパッシブ 3D 浸漬プレートを使用することで、数百ワットの範囲内で動作を実現できます。

単一チップ上で、ネットリスト レベルでタイミングと電力の検証を実行します。 3D-IC のコンテキストでは、これは非現実的になる可能性があるため、チップ内に存在するすべての幾何学的詳細を理解するために、熱モデルを通じてチップの抵抗特性を調べます。最終的には、設計とパッケージングが結合され、一部のチップ モデルはこの方法で生成されます。

多くのチップは熱障壁に直面しており、この問題を解決するのは簡単ではありません。私たちは素晴らしいチップを設計、製造することができますが、それらは溶けてしまいます。これは製造上の制限でも、設計上の制限でもありません。これは物理的な制限であり、これ以上熱を放出することはできません。特定のアプリケーションでは独自のソリューションを使用できますが、ほとんどの市場では、より少ないリソースでより多くのことを実行する方法、つまりワットあたりの機能を増やす方法を見つける必要があります。これに関連するコストは、以前のソリューションよりもはるかに大きくなります。