基于微元体热平衡法的堆叠组装热分析分析

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1、摘要在航空和航天领域，电子设备体积和重量严格受限，为适应小型化、多功能以及大存储空间的要求，需要发展堆叠立体组装技术。但随着芯片功耗和发热量的增大•芯片的可靠性会受到影响•这就需要对堆叠组装进行有效和准确的热分析。堆叠组装技术作为一种新兴的技术，虽然国内外的研究取得了一定的成果，但是在热分析领域•分析方法还需要进一步的探讨和改进。目前，芯片的热分析研究通常采用的是有限元法和有限差分法・但有限元法计算需要很长时间•有限差分法收敛较慢•而微元体热平衡法简单且收敛较快•因此本文采用微元体热平衡法进行热分析研究。本文在建立堆叠组装三维稳态温度场数学模型

2、的基础上•提出了用微元体热平衡法求解模型的方法。详细研究了芯片堆叠立体组装技术及工艺流程；分析了堆叠组装热分析的必要性和主要困难；根据堆叠组装的物理模型建立了堆叠组装三维稳态温度场模型•确定了边界条件・并对边界节点进行了合理的分类；运用三维稳态的微元体热平衡法进行了数值求解，得到了各节点（包括边界节点）的方程组；利用算例中提供的各已知参数，推导并化简出了算例中各个节点的热平衡方程・并在MATLAB环境下得到了各个节点的稳态温度值。利用Icepak软件对算例中的堆叠组装模型进行了热模拟仿真。通过数据对比＞验证了堆叠组装三维稳态温度场数学模型的合理

3、性和运用三维稳态的微元体热平衡法求解模型的正确性，符合堆叠组装热分布情况。本文后续工作将对堆叠组装瞬时温度场进行热分析，得到堆叠组装瞬时温度的峰值•从而为堆叠组装的热设计奠定基础。通过对元器件的科学选取、结构优化和合理布局等方面来减少温度对芯片可靠性和稳定性的影响•使可堆叠芯片能适应较高的工作温度。尖键词：堆叠组装技术稳态温度场热分析微元体热平衡法AbstractBecauseofthesizeandweightofelectronicdevicesarestrictlylimitedinthefieldofaviationandaerospa

4、ce,StackAssemblytechnologyneedstobedevelopedtoadapttotherequirementsofminiaturization,multifunction,aswellasalargestoragespace.Butwiththeincreasementofpowerconsumptionandheat,thechip'sreliabilitywillbeaflfected・Soanefficientandaccuratethermalanalysismethodofthestackassemblyi

5、srequired・Althoughtheresearchofstackassemblytechnology,whichistreatedasanimperativetechnology,hasmadecertainachievementsathomeandabroad,butinthefieldofthermalanalysis,analyticalmethodsneedtobefurtherexploredandimproved.Thefiniteelementmethodandthefinitedifferencemethodareusu

6、allyusedintheanalysisofthechip.However,thefiniteelementmethodneedsalongtime,andthefinitedifferencemethodconvergesslowly.Whilethethermalbalancemethodofmicroelementunitsissimpleandconvergesfaster.Sothethermalbalancemethodofmicroelementunitsisusedforthestudyofthermalanalysis・In

7、thispaper,athermalbalancemethodofmicroelementunitstothermalanalysisandnumericalsolutionisproposed,whichisbasedonamathematicalmodelofstackassemblyintliree・dimensionalsteady-statetemperaturefield.Detailedstudyofstackassemblytechnologyandprocessismade,soistheanalysisofthenecess

8、ityandthemaindifficulties.Amodelinthree-dimensionalsteady-statetemperaturef