资源描述：
《MCM温度场稳态分析报告.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、......题目四：MCM温度场稳态分析多芯片组件加散热器（热沉）的冷却分析图1(a)、图1(b)所示分别为大功率球栅阵列MCM的截面图和俯视图，五个芯片采用倒装焊方式置于有机基板上，为了增加模块的散热能力，在芯片背面上加一热扩展面。表1所示为各材料的物理属性。模型的热边界条件为：热源为芯片的功耗，其中ASIC大芯片的功耗为2W，热流密度为62.79×106W/m3；其余的四个芯片中，三个微处理器芯片功率的功耗为1.5W，热流密度为61.538×106W/m3；存储器芯片的功耗为0.8W，热流密度为49.231×106W/
2、m3。模型外部（热扩展面、基板、PCB）通过与空气的对流进行散热，在空气自然对流情况下，周围空气的温度为20oC，对流换热系数为15W/(m2·K)。表4.1MCM结构参数和材料属性模型组件材料尺寸（mm）导热系数（W/(m·k)）芯片硅7×7×0.65；5×5×0.6582芯片凸点5Sn/95Pb7×7，6×6，Ф0.3，36.专业专注.......Height:0.2,Pitch:0.75基板Al2O3+BeO25×25×1.520焊料球96.5Sn3.5Ag10×10,Ф0.6,Height:0.4,Pitch:1.
3、2733PCBFR450×50×1.58.37,8.37,0.32热介质材料导热脂Thick:0.151粘接剂粘接剂Thick:0.151.1热扩展面铜25×25×1.5390分析从而导致器件性能变化和可靠性的下降。热场分析和设计是MCM设计中一个重要的环节[3]。MCM器件中的热应力来自两个方面，即来自MCM模块内部和MCM模块所处的外部环境所形成的热应力，这些热应力都会影响到器件的电性能、工作频率、机械强度和可靠性。随着MCM集成度的提高和体积的缩小,尤其是对于集成了大功率芯片的MCM,其内部具有多个热源，热源之间的热
4、耦合作用较强，单位体积内的功耗很大，由此带来的芯片热失效和热退化现象突出。有资料表明,器件的工作温度每升高10oC，其失效率增加1倍[4]。因此,准确模拟大功率MCM模块的三维温度场分布，并分析掌握其热特性，有利于指导MCM热设计方案的选择，对提高大功率MCM的可靠性具有重要意义。本文针对某球栅阵列封装的大功率MCM，提出了一种简化的热学模型，并利用有限元方法,借助有限元通用程序ANSYS,对其进行三维温度场的稳态模拟和分析。方案步骤如下：.专业专注.......1、建模：图4-1MCM几何模型图图4-2MCM网格划分图.
5、专业专注.......2、施加载荷计算a、初始温度及对流系数（施加于模型外表面，即与空气接触的部位）图4-3施加载荷后分析图b、分析处理(温度云图)结果如下：.专业专注.......图4-4温度云图3、后处理：图4-5热沉的芯片内部温度分布云图.专业专注.......图4-6芯片凸点（5Sn/98Pb）温度分布图4-7基板（聚酰亚胺）温度分布云图.专业专注.......图4-8焊料球（37Sn/63Pb）温度分布云图图4-9PCB(FR4)温度分布云图.专业专注.......图4-10热扩展面（铜）温度分布云图4简要分析从
6、以上的分析结果可以得出：最高温度出现在中间大芯片区域，MCM内部有源功率芯片是热源的主要贡献者，芯片产生的热量主要沿芯片背面方向传递；加散热装置来对大功率MCM进行降温是一种直接有效的方式；另外，在相同条件下，合理的结构布局，如避免大功率器件过分集中不仅能降低结点温度最大值，而且能避免热集中现象，提高MCM组件的可靠性。针对球栅阵列封装的大功率MCM其内部具有多个热源、耦合作用强、内部发热量大、温度高的特点，建立其热学模型，在ANSYS平台下对其进行了稳态模拟分析；结果表明，增加外部散热装置可以大大降低MCM的温度，是对其
7、进行降温最直接有效的一种方式；合理布局可以避免热集中现象。5结论.专业专注.......在MCM器件内部，热场对器件的性能和可靠性有严重的影响，热场分析是MCM设计中的重要环节。利用ANSYS软件对一球栅阵列的MCM进行了模拟分析，结果表明：1)多芯片组件中,大功率芯片为模块中热源的主要贡献者,芯片内最高温度点位于中间大芯片区域。2)MCM几种降低温度的方法：加外部散热装置是一种直接有效的对MCM进行降温方式(有散热装置的最高温度是134.186oC，没有散热的布局温度大概达350oC)；在相同条件下，合理的结构布局，能降
8、低结点温度最大值，提高MCM组件的可靠性。命令流.专业专注......./BATCHWPSTYLE,,,,,,,,0/FILNAME,homework4,0/TITLE,3D_analysisofMCMheatdissipation/PREP7ET,1,SOLID70MPTEMP,,,,,,,,MPTE
