本研究評估了商用顯卡模塊中2.5D IC封裝的散熱行為。研究首先按照ASTM D5470-06阻抗測試標準規定的方法測量了封裝的熱阻；基于有限體積法使用FloTHERM仿真，通過三維CFD模型評估了系統級條件下封裝的散熱行為，仿真結果顯示出與物理現象一致的趨勢，驗證了數值模型的合理性；最后，將數值模型與穩健的田口設計方法相結合，研究了主要設計參數對2.5D封裝熱阻的影響并優化了封裝設計。相關研究結論如下：
實驗測量表明，顯卡的熱阻為0.59 °C/W，高于獨立2.5-D封裝的熱阻（0.33 °C/W）。換言之，雖然外部散熱器提高了散熱效率，但也增加了熱阻。
根據CFD仿真，2.5-D封裝的最大結溫約為88.8 °C，對應的熱阻為0.287 °C/W。
僅環形框型蓋板設計（即芯片暴露）相比腔體型設計導致了更低的結溫，從而改善了散熱性能。
田口分析結果表明，通過保持ASIC和HBM芯片厚度相近、減薄TIM2層厚度和降低2.5-D封裝功率密度、提高翅片散熱器和TIM2材料的導熱系數、以及使用更高的風扇轉速和更多的翅片數量，可以改善2.5-D封裝的熱阻。主要設計參數對2.5-D封裝熱阻的影響按降序排列如下：ASIC/HBM芯片厚度比 > 2.5-D封裝功率密度 > TIM2導熱系數、翅片散熱器材料類型 > TIM2層厚度 > 最大風扇轉速 > 翅片數量 > 散熱器底板厚度。
2.5-D封裝的最小熱阻是通過以下參數設置獲得的：銅制翅片散熱器；TIM2層厚度50 μm；TIM2材料導熱系數6 W/m·K；ASIC和HBM芯片厚度分別為750和720 μm；2.5-D封裝功率密度0.35 W/mm2；最大風扇轉速29.46 CFM；散熱器底板厚度0.35 mm；以及74片翅片。這些參數設置使2.5-D封裝的熱阻相比原始設計降低了約30%。
圖3. （a）顯卡整體的俯視圖；（b）風扇冷卻系統的俯視圖
圖4. 2.5-D集成電路封裝裝配結構的截面SEM圖像
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