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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。□s^、巨Hf<^S
2、VHd«r□□口□(a>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62.79x10°W/n?；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61.538xl06W/m3；存储器芯片的功耗为0.8W,热流密度为49.23lx
3、lO，；W/m模型外部(热扩展血、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20°C,对流换热系数为15W/(m2K)o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/(mk))芯片硅7x7x0.65；5x5x0.6582芯片凸点5Sn/95Pb7x7,6x6,①0.3,Height:0.2,Pitch:0.7536基板A^Oj+BeO25x25x1.520焊料球96.5Sn3.5Ag10x10,①0.6,Height:0.4,Pitch:1.2733PCBFR450x50x1.58.3
4、7,8.37,0.32热介质材导热脂Thick:0.151料粘接剂粘接剂Thick:0.151」热扩展面铜25x25x1.5390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⑶。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。
5、有资料表明,器件的工作温度每升高10°C,其失效率增加1倍⑷。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。木文针对某球栅阵列封装的大功率MCM,提岀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：1、建模：DECM图4-1MCM几何模型图图4-2MCM网格划分图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）POINTSTYPENUMCOWV-HCO
6、E10ANDEC28201122:40:29图4-3施加载荷后分析图b、分析处理（温度云图）结果如下:STEP-1SUB-1DEC28201122:48:30TIHE-1TEHP(AVG)29.73752.64S75.S5398.461121.36941.19164.09987<007109>91S132.823图4-4温度云图3、后处理:NODALSOLUTIONSUB=1TIME"ANDEC28201122:59:58TEMP(AVG)RSYS-033.1957.30581.42105.535129.6545.24769.36293.4781
7、17.593141.7083DanalysisofMCMheatdissipationNODALSOLUTIONDEC28201122:57:233DanalysisofMCMheatdissipationSUB-1TIME-1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NODALSOLUTIONDEC28201122:54:09SUB-1TIME-1TEMP(AVG>RSYS=0132.216134•632137.048NODALSOLUTIONSUB=1TIME=1TEMP(AVG)RSYS-033.195
8、6.12579.059101.994124.929120.136124.968129.8117.72122・552127・3843DanalysisofMCMheatdissipation图4・8焊料球(37Sn/63Pb)温度分布云图ANDEC28201122:54:3144.65767.59290.527113.462136.3973DanalysisofMCMheatdissipationDEC28201122:56:24NODALSOLUTIONSUB-1TIME-1TEMP(AVG)129.863131.098132.3333Danal
9、ysisofMCMheatdissipation132・951134・186133.569134.804图4・10热扩展面（铜）温度分布
