在半導體芯片、封裝和系統層級中，更高的密度、性能、速度和微型化都造成電子產品的高熱發散量和高耗電量，所以要達成系統級冷卻所需要的功耗實際是有限制條件的，認為系統級冷卻可以解決所有問題其實是一種誤解。

　　不同于系統級冷卻方式，新的電子產品熱量管理方法可以解決何時及何處需要適當冷卻的問題，這種方式可在芯片和模塊層級達成均勻性，因此系統端可以更有效率。

　　散熱銅柱凸塊（copper pillar bump，CPB）方式是將薄膜熱電材料整合到倒裝封裝的焊錫凸塊中，芯片表面可以產生主動式熱量和功耗管理，制造方式可以無縫進行并確保為業界所接受。

　　散熱凸塊可整合成標準倒裝封裝工藝的一部分（圖1），并可與電性凸塊結合，這種技術提供電子產品新的散熱功能，可以和晶體管、電阻和電容一起整合到電路設計之中。

圖1：散熱和電性凸塊

　　這種技術延伸了傳統焊錫凸塊連接的應用，并提供倒裝芯片組件與整合的主動式冷卻功能，其功耗生成能力使得銅柱凸塊能夠運用在能源回收上，在此之前，焊錫凸塊只能提供機械性、電性和被動式的散熱功能。

　　主動式的散熱銅柱凸塊當電流流經60微米高的凸塊時可以達成60℃的溫差，此外，最大功耗汲取能力超過每平方厘米150瓦，而當接觸熱時可以產生10毫瓦的功耗。

　　散熱銅柱凸塊結構

　　圖二顯示TE支柱的電子顯微鏡截面圖，TE元素在結構上相當于銅柱凸塊堆棧加上額外的一層TE層，增加的TE層把標準的銅柱凸塊轉變成主動式熱電銅柱凸塊。當電性和散熱性正確的配置時，TE層可提供主動式熱電性，將熱從凸塊的一端傳導至另一端。

圖2：散熱í?柱凸塊的橫截面

　　
??????? 熱傳導的方向由熱電材料的摻雜型態以及電流流經此材料的方向所決定，這種熱電式傳導稱為珀爾帖效應，相反的，如果熱能流經熱電材料的一端到另一端，產生電流的現象稱為塞貝克效應。塞貝克效應是珀爾帖效應的相反作用，在此模式下，電流因熱流經TE元素而產生。圖二為在珀爾帖和塞貝克兩者模式下可運作的結構。

　　圖三比較典型銅柱凸塊和薄膜散熱銅柱凸塊的結構，這些結構是相似的，且都擁有銅柱和焊錫連接的部份。兩者主要的差異在于兩個焊錫層之間導入了p型或n型熱電層。

圖3：傳統CPB僅次于n型或p型柱

　　圖四顯示銅柱凸塊的放大圖像，通過散熱銅柱凸塊的熱流，經由芯片上的金屬布線設計來變更，這些布線的厚度能夠小到幾微米，做成堆棧或交叉狀，提供從底層電路的熱傳導路徑以收集熱量；以及將熱引入到散熱銅柱凸塊。這些將電流傳導至散熱銅柱凸塊的金屬布線，未必全部都直接連接到芯片的電路。但無論何者都有內建的溫度感應器和驅動電路來控制??環內的散熱銅柱凸塊，以達到最佳效能。其次，散熱銅柱凸塊汲取的熱量與過程中所產生額外的熱量，將退回到基底或電路板。

圖4：CPB散熱圖解，圖中可見在復雜電路中使用了多曾金屬傳導層

　　由于散熱銅柱凸塊的散熱效能可以靠提供退回熱量的路徑來改善，在背面使用高傳導基底像是氮化鋁或金屬（例如銅、鎢銅、鉬銅等）和介電層作為高熱量傳導路徑是有幫助的。高熱量傳導基底將被視為熱量退回的自然路徑。有時印刷線路板的基底是多層基底設計，以提供高密度的內導線，在這種情形下，印刷線路板的熱傳導性也許相對較差，而增加熱通孔（例如金屬栓塞）則可以提供優良的熱量退回路徑。

　　應用

　　散熱銅柱凸塊可以用許多不同的方式冷卻芯片。

　　一般冷卻：散熱銅柱凸塊能夠分布于整個芯片表面，并能提供芯片表面均勻分散的冷卻效果。在此情況下，散熱銅柱凸塊也許與訊號、電源和接地的標準銅柱凸塊交互分布，讓散熱銅柱凸塊直接放置在芯片的主動電路下以達到最大效能。銅柱凸塊的數量和密度決定于芯片的熱量負載，每一對P/N在給定電流下，提供特定溫差（△T）和特定熱量汲取（Q）。芯片上的溫度感應器（內建的感應器）能提供散熱銅柱凸塊性能直接的量測，并回饋到TEC驅動電路。

　　精確溫度控制：由于散熱銅柱凸塊能藉由電流方向冷卻或加熱芯片，因此可用在特定溫度范圍下操作的芯片提供精確的溫度控制，無論外界條件為何。這是許多光電零件經常碰到的問題。

　　熱點冷卻：對于微處理器、圖形處理器和其它高端芯片，當芯片上電能密度差異顯著時熱點就會產生，嚴重影響組件性能。由于散熱銅柱凸塊的體積小、并且在芯片主動區域表面相對可以較高密度的放置，這種結構特別適合于熱點冷卻。相對的，這些散熱銅柱凸塊應集中在熱點的區域，而熱量密度較低的區域則只要單位面積較少數量的散熱銅柱凸塊，因此散熱銅柱凸塊的冷卻效果只需施加在需要的地方，進而減少了驅動冷卻所需的功耗，以及系統普遍的過熱現象。

　　結論

　　這種小尺寸、方法容易整合的新技術開啟了改善芯片速度并且保持或提升系統能量消耗效率的一扇大門。