多芯片組件（MCM）的熱分析及基于GA-RSM混合算法的優(yōu)化研究.pdf

1、隨著MCM集成度的提高和體積的縮小，其內(nèi)部熱流密度不斷增大，如果熱量不能很快的散發(fā)出去，會(huì)導(dǎo)致MCM內(nèi)部溫度急劇升高，從而加速M(fèi)CM失效。MCM封裝材料的導(dǎo)熱性能和封裝內(nèi)部芯片布局對(duì)MCM的熱性能起至關(guān)重要的作用，所以對(duì)封裝材料和芯片布局優(yōu)化有很重要的意義。 本文首先以ATMEL公司生產(chǎn)的MCM的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、尺寸和材料為基礎(chǔ)，在有限元分析軟件ANSYS的環(huán)境下建立了該MCM的三維模型，對(duì)該MCM在典型工作模式下封裝內(nèi)部和封裝表面溫

2、度場(chǎng)分布情況進(jìn)行了模擬，并分析了該MCM工作時(shí)各部分散熱比例情況和MCM各部分材料的熱導(dǎo)率對(duì)內(nèi)部溫度的影響。同時(shí)做了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比表明：模擬得到的MCM表面溫度與用紅外熱像儀得到的結(jié)果基本一致，模擬得到和表面熱應(yīng)力和實(shí)驗(yàn)測(cè)得熱應(yīng)力相差很小，說明本文的有限元模型和分析方法是正確的、合理的，模擬結(jié)果有較高的可信度，可以用于MCM熱分析；然后在遺傳算法(GA)和表面響應(yīng)法(RSM)的基礎(chǔ)上提出了GA-RSM混合算法，在

3、前面正確可行的有限元模型基礎(chǔ)上，用GA-RSM混合算法分別對(duì)MCM的熱參數(shù)和芯片布局進(jìn)行優(yōu)化，即分別以包封、基板、焊球、粘結(jié)劑的導(dǎo)熱系數(shù)和MCM內(nèi)部芯片的坐標(biāo)為設(shè)計(jì)變量，以MCM內(nèi)部溫度為響應(yīng)變量，用GA-RSM混合算法找出使MCM內(nèi)部溫度最低的包封、基板、焊球、粘結(jié)劑的導(dǎo)熱系數(shù)的最優(yōu)組合和MCM內(nèi)部芯片最優(yōu)布局。 研究結(jié)果表明：多芯片組件內(nèi)部溫度較低的芯片可以看作是溫度較高芯片的散熱器，對(duì)降低溫度較高芯片的溫度有作用；MCM在

4、沒有熱沉的情況下，PCB的散熱對(duì)全部散熱的貢獻(xiàn)最大，其次是包封的散熱，然后是基板散熱；MCM封裝中包封、基板、焊球和粘結(jié)劑的導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)封裝內(nèi)部溫度有很大影響，增大包封和基板的導(dǎo)熱系數(shù)能夠有效地提高M(jìn)CM的散熱效果，降低MCM內(nèi)部溫度，但增大基板的導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)提高M(jìn)CM散熱效果比增大包封的效果好；本文構(gòu)造的兩個(gè)二次回歸方程都可以較準(zhǔn)確地表示熱參數(shù)以及芯片布局和MCM內(nèi)部溫度之間的真實(shí)關(guān)系，為MCM封裝的熱管理提供了一種簡(jiǎn)單有效的工具；優(yōu)化結(jié)