一种基于热阻矩阵的2.5D封装芯片结温预测模型

随着2.5D封装芯片的封装尺寸不断减小和功率密度持续增加,芯片内部温度急剧上升。为了满足芯片散热和可靠性需求,准确预测服役过程中芯片的结温具有重要的意义。在充分考虑热耦合效应后,从2.5D封装芯片的热阻网络拓扑结构出发,提出了一种基于热阻矩阵的2.5D封装芯片结温预测模型。同时,采用FloTHERM热仿真软件对该预测模型进行了验证。结果表明,在对2.5D封装芯片施加不同功率后,该模型的计算结果和FloTHERM仿真结果相对误差小于5%。由此说明,该模型能够高效准确地预测2.5D封装芯片的结温。

基于电学法对二维多芯片组件的热阻矩阵研究

高密度组装导致MCM芯片间热耦合效应增加,结温增加来自芯片自发热和热耦合效应。该文以调宽功放的多个功率管为研究对象,关注多芯片的热耦合效应,基于电学方法确定热阻矩阵,通过理论计算获得芯片稳态工作温度。并通过红外热像试验验证模型计算的结果。基于热阻矩阵模型分析不同条件下的芯片温升。

3D堆叠封装热阻矩阵研究

针对多芯片热阻矩阵的研究模型大多基于多芯片组件模型,多芯片为2D封装类型,而对3D芯片堆叠模型的热阻矩阵研究较少。以3D芯片堆叠模型为例,研究分析了封装器件热阻扩散、热耦合的热阻矩阵。通过改变封装器件内部芯片功率大小,利用仿真模拟计算3D封装堆叠结构的芯片结温。将热阻矩阵计算的理论结果与仿真模拟得到的芯片结温进行对比分析,验证了多层芯片堆叠封装体耦合热阻矩阵的准确性。

系统级封装(SiP)模块的热阻应用研究

半导体行业正朝着高集成度、小尺寸方向飞速发展,具有大规模、多芯片、3D立体化封装等优势的系统级封装(Si P)受到越来越多的关注。Si P中IC芯片多且集中,功耗密度大,因此其散热特性研究尤为重要。封装模块的散热特性用热阻表征,以塑封Si P模块为研究对象,介绍了器件级结-壳热阻和板级结-板热阻分析方法,采用热阻矩阵描述了芯片间的相互热作用和封装散热特性。结合芯片应用要求,将热阻矩阵用于封装内部芯片结温的预测。结果表明,热阻矩阵可快速准确地预估芯片结温。此结温预估方法完整可行,便捷高效,具有较高的应用价值。

共阴极肖特基二极管热阻测试方法研究

以共阴极肖特基二极管为研究对象,开展单管芯热阻和双管芯热阻测试研究。通过对共阴极二极管的简单介绍,引入传统热阻测试、有限元仿真、热阻矩阵三种方式,进行相同测试条件下的稳态热阻测试,发现传统热阻忽略了热源之间的热耦合,因此传统热阻测试方法不适合于双管芯稳态热阻测试。采用ANSYS 17.0数值模拟方法,对单管芯和双管芯稳态热阻进行仿真,仿真结果验证了热阻矩阵测试双管芯热阻的准确性。从而得出采用热阻矩阵方法进行多热源器件稳态热阻测试是合适的。

微系统热阻模型研究及其应用

系统级封装(SIP)实现了高密度、高集成度封装技术,同时散热问题备受关注,热设计中芯片结温预测十分重要.本文采用有限元仿真方法,建立了一种自然对流环境下微系统热阻模型,并通过模型中热阻矩阵预测多芯片总功耗相同条件下的各芯片结温,同时利用热阻测试试验和有限元仿真方法对预测结温进行验证,结果表明热阻矩阵模型预测芯片结温与热阻测试试验和有限元仿真结果误差分别小于2%和5%.但同时发现该热阻矩阵模型的不通用性,对于总功耗变化的多芯片结温,预测结果偏差较大.通过不同总功耗下各热阻矩阵的函数关系建立拟合曲线并修正热阻矩阵模型,修正后的结环境热阻矩阵适用于不同总功率条件、各芯片不同功率条件下的芯片结温预测,预测结果与热阻测试试验中芯片结温和有限元仿真结果误差均小于5%.因此,提出的修正结环境热阻矩阵的方法可以快速且便捷地预测不同功率芯片的结温,并对器件的散热性能进行较为准确的预估.

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。

多功率器件模块热耦合效应下热阻网络模型研究

在使用IGBT等功率器件模块的电能变换装置中,通常需要利用热阻网络来预测功率器件的温度或者构建电能变换装置的电热仿真模型来进行动态电热联合仿真。多功率器件工作时,各个热源互相影响,需要考虑热耦合效应。基于线性叠加原理,建立了多功率器件模块热耦合效应下外热阻的热阻矩阵表示方法和外热阻网络模型,并采用有限元热模拟方法进行了仿真。根据仿真结果对热阻矩阵进行了计算。

晶体管阵列老炼时结温测量方法研究

对PNP晶体管阵列采用矩阵热阻法和温度敏感参数法(TSP)两种结温测量的方法进行对比分析研究,并采用红外热像进行试验验证。结果表明,采用矩阵热阻法可以综合考虑各芯片之间的耦合作用,但由于矩阵热阻法试验程序较为复杂,且需要多次换算,从而较容易引入误差。而温度敏感参数法操作简单,测量准确,可以实现实时监测阵列管工作状态下的结温。

三维单芯片多处理器温度特性

给出热阻矩阵的表达式,研究三维单芯片多处理器(3D CMP,three-dimensional chip-multiprocessor)的温度特性,通过Matlab分析热容、热阻和功耗对温度的影响.结果表明:减小热阻和功耗可以有效约束3D CMP的稳态温度;热容增大可以导致3D CMP温度上升时间变长,但不影响其最终稳态温度.

一种计算对流空气条件下MCM器件结温的方法

研究多芯片组件(Multi-chip Module,MCM)各元器件之间热传导的相互影响,建立了在对流空气条件下,一种基于结环热阻矩阵的MCM各元器件结温数学计算方法,并利用有限元模拟方法根据不同组合条件对结环热阻矩阵进行验证,结果表明采用结环热阻矩阵预测元器件结温的误差小于6%,说明该方法在某种程度上可运用于对流空气条件下MCM组件的热学分析技术中.

强迫风冷环境下SiP模块的结温预测方法研究

为研究强迫风冷环境下不同风速对系统级封装(System in package,SiP)模块内各芯片的自热热阻和耦合热阻的影响,提出了一种基于热阻矩阵的强迫风冷环境下SiP模块结温预测方法,通过有限元仿真对预测结果进行了验证,结果表明预测结温和仿真结温的相对误差小于2%,该方法可准确快速地预测不同风速、功率条件下SiP内部芯片的结温。

一种计算大功率LED光源模块器件结温的方法

研究了大功率LED光源模块各器件之间热传导的相互影响,建立了一种基于热阻矩阵的LED光源模块器件结温计算公式,然后以一个由5只1W大功率器件组成的光源模块为例,演示如何通过测量器件的正向工作电压计算热阻矩阵,进而计算各器件的结温,并与现有方法计算值以及红外测温仪实际测量值进行了比较,结果表明:本方法比现有计算方法更为准确,可以用来预测LED光源的使用寿命和系统可靠性.