基于遗传算法的MCM热布局优化研究

在多芯片组件（Multi-Chip Module，MCM）的热设计中，MCM内裸芯片组装密度大，且裸芯片是主要发热源，各裸芯片之间的位置布局直接影响MCM内温度场分布，进而影响MCM的可靠性。本文基于热叠加模型，选取裸芯片的平均温度作为评价指标，确定出用于MCM热布局优化的适应度函数，基于遗传算法提出一种MCM热布局优化算法，并编制相应优化程序，实现对裸芯片的热布局优化，得出热布局规则用于指导MCM的实际热设计；采用有限元分析软件ANSYS，对MCM布局优化结果进行温度场-应力场偶合分析，以仿真的方法验证MCM热布局优化算法的有效性。     

Auto THERM在MCM热设计中的应用

针对一个基于硅基板的MCM电路建立了两种不同芯片布局的有限元热分析模型。利用热场分析理论并采用AutoTHERM软件,对两种布局条件下的温度场分布进行了仿真与分析。结果表明:不同的芯片布局导致温度场分布不同,两种方案的最高温度之差为6℃;将功率器件直接置于框架角落,而其余器件分布在硅基板上,可有效地减弱热耦合现象并使最高温度显著降低。该MCM在25℃下工作1h,温升小于10℃,满足使用要求。     

基于MCM-D工艺的3D-MCM工艺技术研究

基于MCM-D薄膜工艺,开展了3D-MCM相关的无源元件内埋置、芯片减薄、芯片叠层组装、低弧度金丝键合、芯片凸点,以及板级叠层互连装配等工艺技术研究。通过埋置型基板、叠层芯片组装、板级叠层互连,实现了3D-MCM结构,制作出薄膜3D-MCM样品;探索出主要的工艺流程及关键工序控制方法,实现了薄膜3D-MCM封装。     

有限元分析软件ANSYS在多芯片组件热分析中的应用

MCM(多芯片组件)的热分析技术是MCM可靠性设计的关键技术之一。基于有限元法的数值模拟技术是MCM热设计的重要工具。文中主要以ANSYS软件为例,介绍利用其对MCM进行热分析的实例。建立了一种用于某种特殊场合的MCM的三维热模型,得出了MCM内部的温度分布,并定量分析比较了空气自然、强迫对流和液体自然、强迫对流情况下对散热情况的影响。研究结果为MCM的热设计提供了重要的理论依据。     

多芯片组件散热的三维有限元分析

基于有限元法的数值模拟技术是多芯片组件(Multichip Module)热设计的重要工具。采用有限元软件ANSYS建立了一种用于某种特殊场合的MCM的三维热模型,对空气自然对流情况下,MCM模型的温度分布和散热状况进行了模拟计算。并定量分析了空气强迫对流和热沉两种热增强手段对MCM模型温度分布和散热状况的影响。研究结果为MCM的热设计提供了重要的理论依据。     

表面响应法在埋置型大功率多芯片微波组件热布局中的应用研究

本文将有限元模拟与基于统计试验的表面响应法（RSM）相结合,应用于特定需求的埋置型大功率多芯片微波组件热布局分析中,先通过ANSYS温度场分析,得出大功率芯片布局是影响整体温度和芯片结温的关键因素,再对一含有四个大功率芯片的微波组件模块进行了表面响应分析,得到了关于芯片坐标的线性回归方程,利用该方程可预测坐标组合下芯片的结温和进行芯片坐标的寻优。同时评价了RSM响应模型的精度,采用有限元仿真验证表明：线性回归方程的预测值与仿真值误差仅为0．0623℃,研究成果对埋置型大功率多芯片微波组件热设计具有指导意义。     

基于埋置式基板的三维多芯片组件的翘曲研究

 采用粘塑性有限元焊球模型以及大形变理论研究了三维多芯片组件(3D-MCM)的翘曲形态特征及其成因,结果表明基板腔室的存在使埋置式基板形成了双弓形翘曲形态,焊球的粘塑性使组件在温度循环中出现了翘曲回滞现象.基板中心空腔能改变基板翘曲形态,有利于减小基板翘曲,并有利于提高倒扣焊器件的热机械可靠性.底充胶能够增强3D-MCM的互连强度,并且能够有效降低3D-MCM温度循环后的残留翘曲度.底充胶的热膨胀系数(CTE)过高可能引发3D-MCM新的失效模式.3D-MCM的云纹干涉实验结果与数值分析结果相符较好.     

有限元分析法在MCM三维热模拟中的应用

多芯片组件(MCM)的可靠性特别是其热可靠性已经成为国内外电子产品可靠性研究的焦点之一.热有限元分析法是多芯片组件热分析的重要方法.本文运用ANSYS工具建立了MCM的三维热模型,得到了温场分布.通过热模拟和热分析,提出了改善MCM温场的方案.     

LTCC 3D-MCM垂直互连技术研究

LTCC3D—MCM是采用低温共烧陶瓷（LTCC）为基板,实现有源元件和无源元件高密度集成的组件。垂直互连是完成2D-MCM转化为3D-MCM的重要途径。本文介绍了叠层型LTCC3D—MCM制作的基本工艺和几种垂直互连技术;对垂直互连所形成的焊料凸点、基扳之间的连接进行了分析和讨论。     

有限元分析法在MCM三维热模拟中的应用

多芯片组件(MCM)的可靠性特别是其热可靠性已经成为国内外电子产品可靠性研究的焦点之一. 热有限元分析法是多芯片组件热分析的重要方法. 本文运用ANSYS工具建立了MCM的三维热模型，得到了温场分布.通过热模拟和热分析，提出了改善MCM温场的方案.     

叠层芯片封装元件热应力分析及焊点寿命预测

研究了温度循环载荷下叠层芯片封装元件(SCSP)的热应力分布情况,建立了SCSP的有限元模型。采用修正后的Coffin-Masson公式,计算了SCSP焊点的热疲劳寿命。结果表明:多层芯片间存在热应力差异。其中顶部与底部芯片的热应力高于中间的隔离芯片。并且由于环氧模塑封材料、芯片之间的热膨胀系数失配,芯片热应力集中区域有发生脱层开裂的可能性。SCSP的焊点热疲劳寿命模拟值为1 052个循环周,低于单芯片封装元件的焊点热疲劳寿命(2 656个循环周)。     

三维多芯片组件的散热分析

建立了一种叠层多芯片组件结构，应用计算流体动力学方法(CFD)，对金刚石基板的三维多芯片结构进行了散热分析，模拟了器件在强制空气冷却条件下的热传递过程和温度分布。此外，还探讨了各种设计参数和物性参数对3D-MCM器件温度场的影响。     

基于埋置式基板的3D-MCM封装结构的研制

研制一种用于无线传感网的多芯片组件（3D-MCM) . 采用层压、开槽等工艺获得埋置式高密度多层有机（FR-4）基板,通过板上芯片（COB) 、板上倒装芯片（FCOB) 、球栅阵列（BGA）等技术,并通过引线键合、倒装焊等多种互连方式将不同类型的半导体芯片三维封装于一种由叠层模块所形成的立体封装结构中;通过封装表层的植球工艺形成与表面组装技术（SMT）兼容的BGA器件输出端子;利用不同熔点焊球实现了工艺兼容的封装体内各级BGA的垂直互连,形成了融合多种互连方式3D-MCM封装结构. 埋置式基板的应用解决了BGA与引线键合芯片同面组装情况下芯片封装面高出焊球高度的关键问题. 对封装结构的散热特性进行了数值模拟和测试,结果表明组件具有高的热机械可靠性. 电学测试结果表明组件实现了电功能,从而满足了无线传感网小型化、高可靠性和低成本的设计要求.     

用模拟退火算法实现集成电路热布局优化

介绍了一种综合考虑集成电路电学性能指标以及热效应影响的布局优化方法 .在保证传统设计目标 (如芯片面积、连线长度、延迟等 )不被恶化的基础上 ,通过降低或消除芯片上的热点来优化集成电路芯片的温度分布情况 ,进而优化整个电路性能 .并将改进的模拟退火算法应用于集成电路的热布局优化 ,模拟结果表明该方法与传统布局方法相比在保持了较好的延迟与连线长度等设计目标的同时 ,很好地改善了芯片表面的热分配情况     

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.     

表面响应法在埋置型大功率多芯片微波组件热布局中的应用研究

该文将有艰元模拟与基于统计试验的表面响应法(RSM)相结合,应用于特定需求的埋置型大功率多芯片微波组件热布局分析中,先通过ANSYS温度场分析,得出大功率芯片布局是影响整体温度和芯片结温的关键因素,再对一含有四个大功率芯片的微波组件模块进行了表面响应分析,得到了关于芯片坐标的线性回归方程,利用该方程可预测坐标组合下芯片...     

High-Sensitivity Measurement of Thermal Deformation in a Stacked Multichip Package

The thermal deformation of a stacked multichip package, which is a newly developed electronic package, was measured by phase-shifting moireacute interferometry. We developed this method using a wedged glass plate as a phase shifter to obtain displacement fields having a sensitivity of 30nm/line. This method also enabled the quantitative determination of the strain distributions in all observation areas. Thermal loading was applied from room temperature (25degC) to elevated temperatures of 75degC and 100degC where the thermal strains were examined and compared. The results showed that the longitudinal strain epsiv_xx was concentrated at the ends of two silicon chips, and the longitudinal strain epsiv_yy increased between the two silicon chips. The shear strain gamma_xy increased at the end of the lower silicon chip from 0.17% to 0.30% when the temperature increased by 25degC     

热功率信号下芯片温度动态响应及热特性分析

针对电子元件在瞬态传热中的热惯性问题,对芯片在热功率信号作用下的温度动态响应特性进行识别。根据芯片温度对芯片发热功率的阶跃响应曲线,求得芯片上关键点的传递函数;根据芯片温度的方波响应曲线和正弦响应曲线,重点对热功率信号给芯片造成的温度冲击与信号周期之间的关系进行分析。该研究对提高电子元件抵抗热冲击和热疲劳的能力具有指导意义。     

大面阵碲镉汞芯片的热应力分析与优化

随着红外焦平面探测器面阵规模的不断扩大,大面阵碲镉汞芯片的热应力进一步恶化,受温度冲击后更容易产生损伤,进而直接影响探测器的使用,甚至导致探测器失效。这已成为大面阵探测器生产工艺亟需解决的问题。借助仿真手段研究了大面阵碲镉汞芯片的低温损伤原因,并结合小面阵探测器进行了对比分析。结果表明,铟柱与碲镉汞接触边缘部位因应力集中明显而成为损伤的起源点。不同材料的选择以及结构尺寸的设计有助于降低大面阵碲镉汞芯片的热应力和提高其工作可靠性。