随着功率芯片的集成度越来越高,在降低芯片特征尺寸的同时也带来了极为严峻的热可靠性问题。为了使芯片能够正常工作,提高芯片使用寿命,研究大功率芯片的热特性、设计合理的热疏导结构尤为重要。本论文以大功率芯片的散热特性为研究对象,开展了对功率芯片背面嵌入圆柱形散热硅通孔和四棱台形散热硅通孔阵列的散热结构的理论模型和仿真验证。理论研究主要包括热阻降低机理以及散热结构的稳态热阻模型。仿真验证主要包括该散热结构的热阻仿真和芯片衬底的热电耦合现象研究与验证。具体工作如下:1、提出了降低芯片热阻的散热设计方案及其散热机理,研究了散热硅通孔阵列散热结构下的芯片理论热阻与芯片减薄后的热阻对比。提出了圆柱形孔与四棱台孔的稳态热阻模型,并利用有限元软件仿真验证了其准确性,可以为大功率芯片的热设计提供指导。2、研究了散热硅通孔阵列相关参数对芯片热阻的影响,对比分析了不同结构和不同参数的散热硅通孔阵列与减薄后的芯片热阻,优化了散热硅通孔阵列的孔径、孔深、孔间距等相关参数。3、考虑硅衬底的寄生电阻,当有电流流过时,硅衬底自身也会发热。研究了在不同掺杂浓度的硅衬底下中嵌入圆柱形散热硅通孔阵列和四棱台形散热硅通孔阵列的热电耦合特性。基于某一成熟集成电路工艺中的衬底相关参数,设计了特定的散热硅通孔阵列,对比研究了在硅衬底中嵌入散热硅通孔阵列与芯片减薄后的热电耦合特性,验证了所设计散热结构及相关理论模型的正确性。