芯片堆叠中散热分析方法的研究

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1、西安电子科技大学学位论文独创性（或创新性）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切的法律责任。本人签名：日期西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研

2、究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。（保密的论文在解密后遵守此规定）本学位论文属于保密，在年解密后适用本授权书。本人签名：导师签名：日期：日期：摘要堆叠立体组装技术具有组装密度高、互连线短、体积小、重量轻、性能好等特点。特别是航空、航天中对电子器件的体积和重量的限制，更体现了堆叠立体组装技术的优越性。但随着芯片的集成度、功率密度的日益提高

3、，单位体积内的功耗不断增大，导致发热量增加和温度急剧上升，从而强化了组件内部由热驱使而形成的机械、化学和电学等多方面的相互作用，降低了芯片的性能和可靠性。元器件的失效率与节温成指数关系，性能随温度的升高而下降。因此堆叠芯片的热分析是非常必要的。本文将有限元法和热网络法应用到堆叠芯片的散热分析中。详细分析堆叠芯片的结构材料、芯片尺寸、导热系数及传热途径等问题；提出了建立几何模型及合理划分网格的方法；确定了边界条件并进行了堆叠芯片有限元仿真模拟。实验得出的五条结论表明，本文建立的有限元模型能够准确地反映出堆叠芯片的热分布状况。其次，本文以热网络法基本理论为指导将堆叠芯片的温度场

4、离散化为网格，模拟电路的方法构成等效热网络，将场的问题转化为路的问题求解。根据热网络模型，推导出热平衡矩阵方程，采用高斯——赛德尔迭代法求解矩阵方程式。实验数据表明，堆叠芯片热网络模型合理，热平衡方程正确，符合堆叠芯片热分布情况。本文后续工作是堆叠芯片的热设计，通过对元器件的选择、电路设计、结构设计和合理布局来减少温度对产品可靠性的影响，使堆叠芯片能在较宽的温度范围内工作。关键词：堆叠组装热分析热网络法有限元法AbstractStackedassemblytechnologyhasthecharacteristicsofhighdensity,shortinterconne

5、ctlines,smallsize,lightweight,goodperformance.Inparticular,thelimitsofvolumeandweightofelectronicdevicesinaviationandaerospacereflectsthesuperiorityofstackedassemblytechnology.Butwiththechipintegrationandtheincreasingpowerdensity,powerconsumptionperunitvolumeisincreasing.Thisleadsincreasin

6、gheatandrapidtemperaturerise,thusreinforcingtheinteractionofmechanical,chemical,electricalandotheraspectsformedbythermalandreducingthechipperformanceandreliability.Failurerateofcomponentshasexponentialrelationshipwiththenodetemperature.Theperformancedecreaseswithincreasingtemperature.Soiti

7、sverynecessarytohavestackedchipthermalanalysis.Finiteelementmethodandthethermalnetworkmethodareusedinthispapertoanalysisthermalinstackedchip.Thispaperanalysisthematerials,sizeofstackedchipsandthermalconductivityandthecoefficientofheattransfer.Themethodofbuildi