MCM实验Word下载.docx
- 文档编号:20389455
- 上传时间:2023-01-22
- 格式:DOCX
- 页数:14
- 大小:634.65KB
MCM实验Word下载.docx
《MCM实验Word下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《MCM实验Word下载.docx(14页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
这些热载荷包括:
对流
辐射
热流率
热流密度(单位面积热流)
热生成率(单位体积热流)
固定温度的边界条件
稳态热分析可用于材料属性固定不变的线性问题和材料性质随温度变化的非线性问题。
事实上,大多数材料的热性能都随温度变化,因此在通常情况下,热分析都是非线性的。
当然,如果在分析中考虑辐射,则分析也是非线性的。
三.热分析的单元
ANSYS和ANSYS/Professional中大约有40种单元有助于进行稳态分析。
有关单元的详细描述请参考《ANSYSElementReference》,该手册以单元编号来讲述单元,第一个单元是LINK1。
单元名采用大写,所有的单元都可用于稳态和瞬态热分析。
其中SOLID70单元还具有补偿在恒定速度场下由于传质导致的热流的功能。
这些热分析单元如下:
表3-1二维实体单元
单元
维数
形状及特点
自由度
PLANE35
二维
六节点三角形单元
温度(每个节点)
PLANE55
四节点四边形单元
PLANE75
四节点谐单元
PLANE77
八节点四边形单元
PLANE38
八节点谐单元
表3-2三维实体单元
SOLID70
三维
八节点六面体单元
SOLID87
十节点四面体单元
SOLID90
二十节点六单元
表3-3辐射连接单元
LINK31
二维或三维
二节点线单元
表3-4传导杆单元
LINK32
LINK33
表3-5对流连接单元
LINK34
表3-6壳单元
SHELL57
表3-7耦合场单元
PLANE13
四节点热-应力耦合单元
温度、结构位移、电位、磁矢量位
CONTACT48
三节点热-应力接触单元
温度、结构位移
CONTACT49
热-应力接触单元
FLUID116
二或四节点热-流单元
温度、压力
SOLID5
八节点热-应力和热-电单元
温度、结构位移、电位、磁标量位
SOLID98
十节点热-应力和热-电单元
PLANE67
四节点热-电单元
温度、电位
LINK68
两节点热-电单元
SOLID69
八节点热-电单元
SHELL157
表3-8特殊单元
MASS71
一维到三维
一个节点的质量单元
温度
COMBINE37
一维
四节点控制单元
温度、结构位移、转动、压力
SURF151
二到四节点面效应单元
SURF152
四到九节点面效应单元
MATRIX50
由包括在超单元中的单元类型决定
没有固定形状的矩阵或辐射矩阵超单元
INFIN9
二节点无限边界单元
温度、磁矢量位
INFIN47
四节点无限边界单元
COMBINE14
两节点弹簧-阻尼单元
COMBINE39
两节点非线性弹簧单元
COMBINE40
两节点组合单元
四.热分析的单元
ANSYS热分析包含如下三个主要步骤:
前处理:
建模
求解:
施加荷载并求解
后处理:
查看结果
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。
周围的环境温度设为250oC,其中大芯片的功率为25W,热流密度为60×
106W/m3;
周围四个小芯片的功率为10W,热流密度为61.54×
对流换热系数为10W/(m·
K)。
MCM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
8*8*0.65,5*5*0.65
82
芯片凸点
5Sn/98Pb
10*10*,6*6,Ø
0.3,Height:
0.2,Pitch:
0.75
36
基板
聚酰亚胺
40*40*1.5
0.2
焊料球
96.5Sn3.5Ag
26*26,Ø
0.6,Height:
0.4,Pitch:
1.27
50
PCB
FR4
100*100*1.5
8.37,8.37,0.32
热介质材料
导热脂
Thick:
0.15
1
粘接剂
1.1
热扩展面
铜
390
热沉
铝
Base:
46.5*45.6*1.5,Pinnumber:
16,Pinheight:
8
240
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。
五.方案步骤如下:
1、建模
MCM几何模型图
MCM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)
b、分析处理(温度云图)结果如下:
3、后处理:
热沉的芯片内部温度分布云图
芯片凸点(5Sn/98Pb)温度分布
基板(聚酰亚胺)温度分布云图
焊料球(37Sn/63Pb)温度分布云图
PCB(FR4)温度分布云图
热扩展面(铜)温度分布云图
六简要分析
从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。
七.结论
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132.823oC,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,能降低结点温度最大值,提高MCM组件的可靠性。
结束语
在这次的实验中不仅检验了我所学习的知识,也培养了我如何去把握一件事情,如何去做一件事情,又如何完成一件事情。
在设计过程中,与同学分工设计,和同学们相互探讨,相互学习,相互监督。
学会了合作,学会了运筹帷幄,学会了宽容,学会了理解,也学会了做人与处世。
实验是我们专业课程知识综合应用的实践训练,是我们迈向社会,从事职业工作前一个必不少的过程.”千里之行始于足下”,通过这次实验,我深深体会到这句千古名言的真正含义.我今天认真的进行实验,学会脚踏实地迈开这一步,就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。
在这次实验过程中,体现出自己单独设计的能力以及综合运用知识的能力,体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情,从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节,从而加以弥补。
在此感谢老师.,老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样;
老师循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪;
这次实验的每个实验细节和每个数据,都离不开老师您的细心指导。
而您开朗的个性和宽容的态度,帮助我能够很顺利的完成了这次课程设计。
参考文献:
[1]杨邦朝,张经国.多芯片组件技术及其应用.电子科技大学出版社[M].2001:
40~42
[2]李川.MCM的热分析及复合SnPb焊点的应力应变分析[D].电子科技大学.四
川:
成都,2005
[3]陈云,徐晨.有限元分析软件ANSYS在多芯片组件热分析中的应用[J].电子
工程师.2007
(2);
[4]张洪信主编有限元基础理论与ANSYS应用.机械工业出版社,2006.2(2007.1重印):
[5]徐步陆.电子封装可靠性研究[D].中国科学院上海微系统与信息技术研究所,
博士学位论文.2002
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- MCM 实验