珀尔帖效应 - 一种热量和功耗管理的方法

　　图三比较典型铜柱凸块和薄膜散热铜柱凸块的结构，这些结构是相似的，且都拥有铜柱和焊锡连接的部份。两者主要的差异在于两个焊锡层之间导入了p型或n型热电层。

图3：传统CPB仅次于n型或p型柱

　　图四显示铜柱凸块的放大图像，通过散热铜柱凸块的热流，经由芯片上的金属布线设计来变更，这些布线的厚度能够小到几微米，做成堆栈或交叉状，提供从底层电路的热传导路径以收集热量；以及将热引入到散热铜柱凸块。这些将电流传导至散热铜柱凸块的金属布线，未必全部都直接连接到芯片的电路。但无论何者都有内建的温度感应器和驱动电路来控制Ѭ环内的散热铜柱凸块，以达到最佳效能。其次，散热铜柱凸块汲取的热量与过程中所产生额外的热量，将退回到基底或电路板。

图4：CPB散热图解，图中可见在复杂电路中使用了多曾金属传导层

　　由于散热铜柱凸块的散热效能可以靠提供退回热量的路径来改善，在背面使用高传导基底像是氮化铝或金属（例如铜、钨铜、钼铜等）和介电层作为高热量传导路径是有帮助的。高热量传导基底将被视为热量退回的自然路径。有时印刷线路板的基底是多层基底设计，以提供高密度的内导线，在这种情形下，印刷线路板的热传导性也许相对较差，而增加热通孔（例如金属栓塞）则可以提供优良的热量退回路径。

　　应用

　　散热铜柱凸块可以用许多不同的方式冷却芯片。

　　一般冷却：散热铜柱凸块能够分布于整个芯片表面，并能提供芯片表面均匀分散的冷却效果。在此情况下，散热铜柱凸块也许与讯号、电源和接地的标准铜柱凸块交互分布，让散热铜柱凸块直接放置在芯片的主动电路下以达到最大效能。铜柱凸块的数量和密度决定于芯片的热量负载，每一对P/N在给定电流下，提供特定温差（△T）和特定热量汲取（Q）。芯片上的温度感应器（内建的感应器）能提供散热铜柱凸块性能直接的量测，并回馈到TEC驱动电路。

　　精确温度控制：由于散热铜柱凸块能藉由电流方向冷却或加热芯片，因此可用在特定温度范围下操作的芯片提供精确的温度控制，无论外界条件为何。这是许多光电零件经常碰到的问题。

　　热点冷却：对于微处理器、图形处理器和其它高端芯片，当芯片上电能密度差异显著时热点就会产生，严重影响组件性能。由于散热铜柱凸块的体积小、并且在芯片主动区域表面相对可以较高密度的放置，这种结构特别适合于热点冷却。相对的，这些散热铜柱凸块应集中在热点的区域，而热量密度较低的区域则只要单位面积较少数量的散热铜柱凸块，因此散热铜柱凸块的冷却效果只需施加在需要的地方，进而减少了驱动冷却所需的功耗，以及系统普遍的过热现象。

　　结论

　　这种小尺寸、方法容易整合的新技术开启了改善芯片速度并且保持或提升系统能量消耗效率的一扇大门。