Ansys_热分析实例(多芯片组件加散热器(热沉)的冷却分析)VIP专享

三．M CM 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。 周围的环境温度设为250 oC，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61.54×106W/m3；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,Ø0.3,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, Ø0.6, 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 粘 接 剂 Thick:0.15 1.1 热扩展面 铜 40*40*1.5 390 热沉 铝 Base:46.5*45.6*1.5,Pin number:16,Pin height: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 10 oC，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 ANSY S ,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 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...