大功率多芯片組件熱分析與熱阻技術(shù)研究.pdf

1、分類(lèi)號(hào)密級(jí)UDC學(xué)位論文大功率多芯片組件熱分析與熱阻技術(shù)研究（題名和副題名）曾理（作者姓名）指導(dǎo)教師姓名杜曉松杜曉松副教授副教授楊邦朝楊邦朝教授教授電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)成都成都（職務(wù)、職稱(chēng)、學(xué)位、單位名稱(chēng)及地址）申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別碩士碩士專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)電子信息材料與元器件電子信息材料與元器件論文提交日期2007.4論文答辯日期2007.5學(xué)位授予單位和日期電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)答辯委員會(huì)主席惲正中惲正中教授教授評(píng)閱人2007年5月16日注1注

2、明《國(guó)際十進(jìn)分類(lèi)法UDC》的類(lèi)號(hào)摘要I摘要多芯片組件技術(shù)（MultiChipModuleMCM）以其體積小、組裝密度高，性能高、可靠性高等特點(diǎn)成為了當(dāng)前微電子封裝技術(shù)領(lǐng)域研究和發(fā)展的熱點(diǎn)。隨著MCM發(fā)熱量不斷增大，使得封裝體內(nèi)熱功率密度不斷增加，尤其對(duì)于大功率或高密度集成MCM，熱問(wèn)題更為突出。當(dāng)前，在不同外界條件與輸出功率下的芯片溫度一般是通過(guò)實(shí)測(cè)法或計(jì)算機(jī)模擬獲得。準(zhǔn)確預(yù)測(cè)與分析器件在各種環(huán)境條件下的熱特性對(duì)于提高M(jìn)CM工作可靠性，

3、加快熱設(shè)計(jì)進(jìn)程十分必要。本文針對(duì)大功率MCM中存在的熱失效、熱設(shè)計(jì)缺乏有效評(píng)價(jià)手段等問(wèn)題，以某型號(hào)DCDC功率變換器為代表，主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)論如下：1運(yùn)用有限元仿真軟件ANSYS9.0，建立了功率變換器的參數(shù)化有限元模型。模擬了變換器的熱場(chǎng)，并對(duì)其進(jìn)行了分析。將計(jì)算機(jī)模擬值與采用紅外熱像探測(cè)儀測(cè)得的實(shí)驗(yàn)值做比較，誤差約為4%，驗(yàn)證了有限元仿真模型的有效性。2研究了環(huán)境條件、封裝結(jié)構(gòu)參數(shù)與變換器熱性能的關(guān)系，并進(jìn)行了熱結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。研究發(fā)

4、現(xiàn)：（1）封裝底板溫度和環(huán)境溫度均與組件各器件溫度呈線(xiàn)性變化；（2）環(huán)境對(duì)流系數(shù)與組件各器件溫度大致呈反比例變化；（3）增加組件封裝材料的導(dǎo)熱系數(shù)可較大幅度減小器件溫度，同時(shí)改變封裝尺寸也可在一定程度上減小器件溫度；（4）合理的芯片布局能改善變換器熱場(chǎng)分布，降低熱耦合作用，當(dāng)芯片的位置取：D1=6.3mm，D2=12.0mm，D3=2.0mm，D4=5.5mm，D5=8.0mm時(shí)，熱耦合效應(yīng)最低，器件溫度最??；（5）經(jīng)過(guò)熱結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)后

5、，變換器最高溫度下降了約32%。3利用表面響應(yīng)法建立了單芯片熱阻網(wǎng)絡(luò)模型，該模型達(dá)到了等溫邊界時(shí)誤差0.0049％與對(duì)流邊界時(shí)誤差2.4225％的較高精度。同時(shí)建立了PLCC單芯片封裝的熱阻網(wǎng)絡(luò)模型，驗(yàn)證了模型建立方法的適用性。4根據(jù)變換器實(shí)際工況，并結(jié)合設(shè)計(jì)要求，設(shè)置了邊界條件，求解了不同邊界條件下的溫度場(chǎng)，提取了相應(yīng)的溫度參數(shù)值，建立了DCDC電源類(lèi)功率電子組件的熱阻模型。其精度為：等溫邊界時(shí)，誤差小于0.9000%；對(duì)流邊界時(shí)，組