精简热模型在集成电路封装中的应用研究

探讨了为一款FBGA封装产品建立DELPHI型热阻网络的新方法。首先利用恒温法为芯片封装建立星型网络,在此基础之上求解支路耦合热阻值,构成DELPHI型热阻网络。经过仿真验证显示,所建立的两种DELPHI型热阻网络模型与详细热模型(DTM)的结温误差均在10%以内,从而具备较好的边界条件独立性。     

电子封装的简化热模型研究

集成电路的飞速发展使得从封装到电子设备的单位体积功耗和发热量不断增加。电子系统散热问题需要在设计阶段就通过热仿真予以充分考虑和预测。电子封装作为电子系统的最小组成部分,其简化模型的优劣直接影响电子系统热分析的速度和准确性。本文主要讨论单芯片封装稳态简化热模型的建立。先后介绍了从最简单的单热阻模型到目前广为关注的边界条件独立的DELPHI简化模型的结构。其中着重分析了两热阻模型和DELPHI模型的建模方法及过程。     

建立封装芯片热阻网络模型的方法研究

针对电子设备系统级热分析中封装芯片模型复杂程度与计算精度的矛盾,引入热阻网络法,替代系统级分析中封装芯片的详细物理模型;并以某PBGA封装芯片为例,进行两种建模方法的对比分析,同时介绍一种快速确定网络中热阻值的方法.结果表明,热阻网络等效方法具有模型简单、分析快速、准确度高的优点,在系统级热分析中可完全替代详细的物理模型.     

面向引线框架封装的热阻建模与分析

针对通用的QFP48引线框架封装,首先探讨了封装中的热传输机制,给出了热阻的理论计算结果;接着利用Ansys Icepak软件建立起QFP48的有限元模型,热阻仿真结果较好地验证了热传输机制的理论分析;最后讨论了减小封装热阻、提高热可靠性的方法。结果表明:适当提高塑封材料的热传导率、增加PCB面积和施加一定风速的强迫对流均可降低QFP48封装的热阻,提高散热效果。     

微热板阵列的热干扰

针对微热板阵列建立了热路模型,并对热干扰进行分析.结果表明,由于微热板悬窄结构的热阻比硅芯片的热阻高3个数量级.因此微热板阵列芯片的热干扰温度取决于封装对环境的热阻,而芯片上器件的间距对热干扰温度的影响可以忽略.研制了3种布局、T05和DIPl6两种封装形式的微热板阵列,并对阵列中的热干扰问题进行了实验测试.测试数据验证了热路模型的结论.因此,减小微热板阵列或集成芯片的热干扰的关键在于,尽可能增大微热板悬空结构的热阻以及选用热阻小的封装形式.     

微热板阵列的热干扰

针对微热板阵列建立了热路模型,并对热干扰进行分析.结果表明,由于微热板悬窄结构的热阻比硅芯片的热阻高3个数量级.因此微热板阵列芯片的热干扰温度取决于封装对环境的热阻,而芯片上器件的间距对热干扰温度的影响可以忽略.研制了3种布局、T05和DIPl6两种封装形式的微热板阵列,并对阵列中的热干扰问题进行了实验测试.测试数据验证了热路模型的结论.因此,减小微热板阵列或集成芯片的热干扰的关键在于,尽可能增大微热板悬空结构的热阻以及选用热阻小的封装形式.     

基于热测试芯片的2.5D封装热阻测试技术研究

2.5D多芯片高密度封装中,多热源复杂热流边界、相邻热源热耦合增强,高精准的热阻测试与仿真模拟验证是封装热设计的关键。设计开发了基于百微米级发热模拟单元的热测试验证芯片（TTC）,并基于多热点功率驱动电路系统和多通道高速采集温度标测系统,实现了2.5D多芯片实际热生成的等效模拟与芯片温度的多点原位监测。通过将实际热测试结构函数导入热仿真软件,实现了仿真模型参数的拟合校准,采用热阻矩阵法表征多芯片封装热耦合叠加效应,实现了多热源封装热阻等效表征。结果表明,多芯片封装自热阻和耦合热阻均随着芯片功率密度的增加而提高,芯片的热点分布对封装热阻值的影响更为显著,因此模拟实际芯片发热状态、建立等效热仿真模型是实现高精准封装热仿真和散热结构设计的关键。     

基于结构函数的大功率整流管封装内部热阻分析

在对大功率整流管(以下简称器件)进行瞬态热阻抗测试的基础上,基于结构函数分析技术建立器件由热阻、热容组成的RC热模型,并结合器件的封装结构对其内部热阻进行分析,得到了器件各层材料的内部热阻分别为:芯片0.12℃/W、焊接层0.18℃/W、绝缘层0.21℃/W、管座0.67℃/W。研究表明,利用结构函数分析大功率整流管内部热阻是一种可靠、有效的方法,对于器件封装结构的热设计具有重要意义。     

基于石墨嵌入式结构的SiC功率模块热仿真与优化

SiC器件相比于Si器件,具有更高的功率密度,表现出高的器件结温和热阻。为了提高SiC功率模块的散热能力,提出了一种基于石墨嵌入式叠层DBC的SiC功率模块封装结构,并建立封装体模型。通过ANSYS有限元软件,对石墨层厚度、铜层厚度和导热铜柱直径进行分析,研究各因素对散热性能的影响,并对封装结构进行优化以获得更好的热性能。仿真结果表明,石墨嵌入式封装结构结温为61.675℃,与传统单层DBC封装相比,结温降低19.32%,热阻降低27.05%。各影响因素中石墨层厚度对封装结温和热阻影响最大,其次是铜柱直径和铜层厚度。进一步优化后,结温降低了2.1%,热阻降低了3.4%。此封装结构实现了优异的散热性能,为高导热石墨在功率模块热管理中的应用提供参考。     

多发光区大功率激光器的热特性分析

通过电学温敏参数法测得多发光区大功率激光器瞬态加热响应曲线,利用结构函数法给出了多发光区激光器热阻构成,分析了多发光区激光器热特性。通过串并联热阻网络模型刻画了单发光区、两发光区、四发光区激光器的热阻构成,给出了激光器芯片热阻与发光区个数之间的定量关系。实验结果表明,不同发光区激光器的芯片级热阻随着发光区数量的增加成比例减小,而封装级热阻不变,这对激光器热设计提供了重要的参考准则。     

热阻网络法在半导体照明光源热分析中的应用

热阻网络法在传统热阻定义的基础上,简化了系统的计算模型。文章在分析半导体照明系统内部各器件热阻的基础上,提出了一种计算各点温度的热阻网络模型。利用一维热阻网络拓朴关系进行了热场的计算和分析,并与有限元仿真结果进行了对比。通过验证表明,采用该方法得到的结点温度与有限元仿真的结果相差不超过5%,模拟结果与热阻网络模型预测的结果吻合得很好,显示该模型具有较高的精确度。这种热阻网络拓朴分析技术可在某种程度上应用于发光二极管(LED)组件甚至复杂的照明系统的热学分析。     

用扫描热显微镜研究材料表面微区热导分布

从集总参数模型出发,初步分析了热敏电阻型热探针的热传导机制和热物性测量机理,说明了扫描热探针的信号与样品表面温度、样品与探针间的热阻以及样品热导率等因素有关。在不同的工作条件下,可分别用以进行表面的温度分布和微区热导分布等热参数的测量。选定Ｓｉ－ＳｉＯ２标准样品,定性地讨论了表面形貌和样品热导率对测量结果的影响。把扫描热显微镜用于复合材料研究,得到的热像图提供了微区热导分布的信息。     

用扫描热显微镜测量亚微米尺度的局域热参数分布

从集总参数模型出发 ,分析了热敏电阻型热探针的热传导机制和热物性测量机理 ,说明了扫描热探针的信号与样品表面温度 ,样品与探针间的热阻以及样品热导率等因素有关 .在不同的工作条件下 ,可用以进行表面的温度分布和局域热导分布等热参数的测量 .把扫描热显微镜用于半导体激光器结区温度分布和室温下热桥样品的实际测量 ,得到的热象图提供了亚微米尺度的热参数信息     

大功率LED热特性测试评价方法研究

分析了大功率LED的热阻特性,结果表明不同厚度和热导系数的粘接材料热阻不同,而不同热阻的粘接材料对于LED热特性的实际影响一直缺乏有效的测量手段。采用热像仪拍摄热图的方法对粘接材料对LED热特性的影响进行了测试,测试结果表明热像仪成像可以作为大功率LED热特性测试评价的有效手段。     

一种解决HBT功率器件热失控的新方法

提出了一种具有强耦合作用的新型镇流电阻器网络,该镇流电阻器网络为树形拓扑结构,对其工作原理进行了详细分析.基于COMSOL MULTIPHYSICS软件的仿真结果表明:该镇流电阻器网络具有自适应功能,通过其耦合作用可以自动调整HBT并联阵列中晶体管的电流,使高温HBT的热量向低温HBT传递,获得更为均匀的温度分布,较好...     

Analytical multipoint moment matching reduction of distributed thermal networks

In this paper, the multipoint moment matching method for model order reduction of discretized linear thermal networks is extended to distributed linear thermal networks. As a result, from the analytical canonical forms of distributed linear thermal networks, reduced thermal networks are derived analytically. This direct construction of the reduced network, from the exact analytical solutions, avoids the inevitable inaccuracies inherent in conventional surface and volume meshing. It allows nearly exact reduced thermal network construction by domain decomposition for arbitrarily complicated structures.     

An Anisotropically High Thermal Conductive Boron Nitride/Epoxy Composite Based on Nacre‐Mimetic 3D Network

Polymer‐based thermal interface materials (TIMs) with excellent thermal conductivity and electrical resistivity are in high demand in the electronics industry. In the past decade, thermally conductive fillers, such as boron nitride nanosheets (BNNS), were usually incorporated into the polymer‐based TIMs to improve their thermal conductivity for efficient heat management. However, the thermal performance of those composites means that they are still far from practical applications, mainly because of poor control over the 3D conductive network. In the present work, a high thermally conductive BNNS/epoxy composite is fabricated by building a nacre‐mimetic 3D conductive network within an epoxy resin matrix, realized by a unique bidirectional freezing technique. The as‐prepared composite exhibits a high thermal conductivity (6.07 W m^?1 K^?1) at 15 vol% BNNS loading, outstanding electrical resistivity, and thermal stability, making it attractive to electronic packaging applications. In addition, this research provides a promising strategy to achieve high thermal conductive polymer‐based TIMs by building efficient 3D conductive networks.