电子行业中,尤其是高端的倒装芯片,面临着很多散热和功耗管理方面的挑战,因而致力于解决这些挑战的新颖方法自然而然地会吸引大量的目光。
Nextreme公司已经开发出热激活铜柱凸点技术,在电流通过时,具有使一边相对于另一边更快速冷却的能力。
将该过程逆向操作,则可以使热量通过热凸点而产生能量。对于凸点几何尺寸的大小没有限制——可按照凸点的工艺和芯片的情况进行调整。
Nextreme公司成立于2004年12月,其目标是寻求电子和光电子产业向前发展过程中,那些极具挑战性散热问题的解决方案。
在初始阶段,它与多个电子产品供应商共同开发了一种交错的技术方案去解决散热问题。热点一般要求降温5-25℃,但是同时也需要带走大量的功率(在100 W/cm2数量级)。

因此Nextreme公司研发了一种能够在封装体中提供这种制冷作用的装置,它并不直接作用于热点,而是从背面抽取热量。虽然公司对于该产品的性能很满意,但是它不适合被纳入封装的制造流程中。
让我们来看看散热凸点。在目前的器件制造中,该公司采用的是焊料凸点,但已开始考虑采用类似于铜柱凸点的方法来制造器件,Nextreme公司
市场和商业开发部副总裁Paul A. Magill解释说。“因为我们采用焊料,它本质上是一种带有焊料的热电夹层,我们能够使它适合或兼容到几乎任何的倒装芯片凸点工艺,”他说。
Nextreme公司的技术是在焊料凸点制造工艺中采用一种含有特制纳米材料(铋碲化物,单晶的厚度范围在5至20 祄)的薄膜。
嵌入薄膜的热电发电机(eTEG)利用赛贝克效应直接将热转化为电,电是由器件的温度差产生的。
热源和冷源之间的温度差导致费米能量的差别,通过热电材料产生电压差,可以获得电流。
60祄高的散热凸点可以获得60℃的温度差。Nextreme公司也证明了其最大功率泵浦性能超过150 W/cm2,每个凸点能够产生10mW的功率。
因为这项技术不是固定不变的解决方案,Magill认为,对电子产业而言这可能只是第一个可扩展的解决方案。“我们也想指出,如果我们能够把这些散热凸点集中到靠近散热的位置,器件将只需把温度降低到热点实际需要的程度即可。”他补充说。
根据Magill的介绍,下一步是将它集成到封装内,这样就可以在上面粘贴倒装芯片。“人们会问这是否会影响到信号寄生效应,但是我们并不准备将其放到信号电流的通路上,”他解释道,“在散热的地方将会有分离的凸点阵列,它们有自己的电源端和接地端。这不是一个很困难的步骤,这一阶段的工作将会由设计工具制造商和芯片设计人员来完成。我们最终想要看到一种有关散热和功耗管理方面的芯片设计工具,这样设计人员仅仅需要将电容、电阻和互连线放进整个封装叠层即可。”
Nextreme公司正在将传统的散热和功耗管理技术应用到激光器和传感器的散热管理中,将高温电子设备进行冷却,给微型电池进行涓流充电。采用散热凸点的倒装芯片具有的其他潜在应用领域包括微处理器、显示器、芯片组、RF芯片、医疗芯片、手表、智能卡和模拟/混合信号器件。
Nextreme公司希望与合伙人长期合作,实现在凸点制作工艺中同步完成散热凸点放置的方法。除一个步骤外,其余工艺可采用电镀沉积的方法,Magill设想将材料溅射上去,或者在另外的操作中完成放置。
Nextreme公司目前正处于试生产和扩大量产期,预计明年会达到100万器件的生产量。