【正文】 、圖411。圖49 鋁基座厚度與芯片最大結(jié)溫關(guān)系圖（鋁鰭片）圖410 銅基座與芯片最高結(jié)溫關(guān)系圖（鋁鰭片） 圖411銅基座與芯片最高結(jié)溫關(guān)系圖b（銅鰭片）由上圖可以看出，采用不同材料的基座和鰭片時，對本論文的模型芯片的最高結(jié)溫影響并不明顯，不同厚度的基座對芯片的結(jié)溫影響也不大?？紤]到銅的成本比鋁的高。而且銅的密度遠大于鋁的密度。所以本論文熱沉材料選擇鋁。由上圖44411綜合分析，基座的厚度應(yīng)選擇2mm。基座的材料選擇鋁。(3)鰭片間距與厚度對散熱器性能的影響。鰭片是很薄而密的散熱片。在風(fēng)扇風(fēng)量一定的情況下，鰭片間距與厚度的減小能使散熱面積增加，但間距過小又會導(dǎo)致風(fēng)道尺寸減小，風(fēng)阻增大。另一方面鰭片間很容易被積塵淤滿，進而影響散熱效果。而鰭片過厚，間距過大，則減少了散熱的面積。也會影響散熱效果。所以要選擇適合的鰭片厚度和間距進行優(yōu)化。在鰭片厚度選擇為1mm，鋁基座材料，基座厚度為2mm。不同鰭片間距與芯片最高結(jié)溫的關(guān)系如圖412所示。圖412 不同間距與芯片最高結(jié)溫的關(guān)系曲線圖由圖412可知，芯片的最高結(jié)溫下降的幅度比較明顯，但是在理論上不切實際，在工藝上也難以實現(xiàn)。通過圖412分析。圖413是鰭片厚度與芯片最高結(jié)溫的關(guān)系圖（，鋁基座厚度為2mm）。圖413 由圖10可知，當(dāng)鰭片間距一定時，增加鰭片的厚度，鰭片間的中心距就增大，鰭片的數(shù)目減少，進而減少了散熱面積，導(dǎo)致芯片最高結(jié)溫的升高。減小鰭片的厚度，從而縮小鰭片間的中心距，增多鰭片的片數(shù)，增大了散熱面積，但是由于工藝方面原因，當(dāng)薄到一定程度，工藝方面很難實現(xiàn)。因考慮到工藝難易和可實現(xiàn)性，由圖413分析應(yīng)選擇鰭片厚度為1mm時較適合。(4)鰭片的高度對散熱器性能的影響圖414是鰭片的高度與芯片最高結(jié)溫的關(guān)系圖（鋁基座厚度為2mm，鰭片厚度為1mm，）。圖414 鰭片的高度與芯片最高結(jié)溫的關(guān)系曲線圖鰭片高度增加了散熱面積，所以芯片結(jié)溫有較明顯的下降。但是如果鰭片過高，芯片結(jié)溫下降幅度并不明顯，造成材料上的浪費和工藝上的困難，從而提高了成本。鰭片高度過低，散熱效果不佳，芯片溫度過高導(dǎo)致失效率會相應(yīng)的提高和影響芯片的壽命等。所以選擇應(yīng)適合的鰭片高度。由圖414分析應(yīng)選擇高度為12mm比較適宜。由上面綜合分析的到得模型為圖415所示。圖415 分析綜合模型176。，所以只改變散熱器的結(jié)構(gòu)對芯片最大結(jié)溫的影響不夠明顯，因此為了降低芯片最高結(jié)溫，通過改善散熱器的通風(fēng)性能來改變空氣對流系數(shù)。即對散熱器增加通風(fēng)通道，提高散熱器的通風(fēng)性能。下表43為鰭片排數(shù)與芯片最高結(jié)溫關(guān)系表，空氣對流系數(shù)為20W/(mK)。（鋁基座為2mm，鋁鰭片厚度為1mm，高度為12mm）。表43 鰭片列數(shù)與芯片最高結(jié)溫關(guān)系散熱器鰭片排數(shù)排之間的間距(mm)相對應(yīng)的溫度(176。C)1mm1176。176。176。176。2176。176。176。176。3176。176。176。176。4176。176。176。176。5176。176。176。176。有表43可得：散熱片排之間的間距越寬，散熱面積就會相應(yīng)地減少。導(dǎo)致散熱器散熱效果降低，芯片最高結(jié)溫升高；間距越小，通風(fēng)性不好，對流系數(shù)就相應(yīng)較少，芯片溫度就有所升高，間距越小同時給工藝帶來相應(yīng)地困難。通過表43分析考慮。應(yīng)選擇散熱片鰭片列數(shù)為4列。模型是軸對稱對稱?？紤]工藝方面，我們把鰭片形狀設(shè)置成等腰梯形，底角89度，下底為1mm。 這樣有利于工藝制造時方便起模。根據(jù)上面要求得到的模型如下圖416和圖417，圖418為模型的網(wǎng)格劃分圖。圖416 模型結(jié)果a圖417模型結(jié)果b圖418模型劃分網(wǎng)格(5)對流系數(shù)對散熱器散熱性能影響?？諝鈱α飨禂?shù)是影響散熱效果的一個重要因素，快的風(fēng)速能大量帶走散熱器上的熱量，提高散熱效率。但是要求風(fēng)速過快，導(dǎo)致風(fēng)扇功率要相應(yīng)增加，噪音也可能會相應(yīng)增加等帶來一系列負面影響。下圖419為對流系數(shù)與芯片最高結(jié)溫關(guān)系。圖419 對流系數(shù)與芯片最高結(jié)溫關(guān)系由圖418分析，當(dāng)加大空氣對流系數(shù)時，芯片最高結(jié)溫明顯降低，當(dāng)空氣對流系數(shù)達到30 W/(mK).芯片最高結(jié)溫下降的幅度較小?？紤]成本噪音方面，選擇空氣對流系數(shù)在30 W/(mK)~35 W/(mK)時較適合。綜合上面分析結(jié)果得到模型最終的仿真圖420。圖420 仿真圖芯片的溫度分布圖為如421所示。圖421 芯片的溫度分布圖 綜合分析得散熱器最后的的設(shè)計結(jié)果： 針對圖41的MCML散熱通道分析，最終選擇的散熱器為鋁制材料，基座厚度為2mm，基座邊長50mm，鰭片厚度為1mm，鰭片高度為12mm，有四排鰭片，鰭片梯形，底角為89176。，下底1mm，風(fēng)扇（電機）選擇對流系數(shù)為30 W/(mK)~35 W/(mK)。5 總結(jié)與展望隨著電子芯片向著集成化微型化的發(fā)展工作芯片單位體積所散出的熱量(發(fā)熱密度)愈來愈高，散熱的問題也愈來愈受到電子產(chǎn)品設(shè)計的重視，如何協(xié)調(diào)散熱設(shè)計參數(shù)提升其整體散熱效率從而有效降低芯片工作溫度使目前電子產(chǎn)品熱設(shè)計的關(guān)鍵課題,電子封裝結(jié)構(gòu)的熱設(shè)計分析從而成為組裝密度高、體積小重量輕、性能好一個設(shè)計標(biāo)準。、本文就是基于某芯片封裝結(jié)構(gòu),主要針對結(jié)構(gòu)的散熱效果對結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)改進方面進行詳細分析,針對不同的冷卻對流系數(shù)和散熱器的模型改進對MCML芯片熱分布特性進行分析,為芯片封裝的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計提供了重要的理論基礎(chǔ)。本文運用 Ansys 軟件， 對影響MCML散熱器散熱性能的各種因素進行了數(shù)值分析。通過分析可得到以下結(jié)論：主要對多芯片組件散熱方式有熱對流，輻射和熱傳導(dǎo)。輻射跟對流散熱是主要散熱，而輻射主要靠大的PCB板輻射散熱，散發(fā)熱量較少。所以MCML的主要散熱是靠對流散熱。對流散熱通過熱沉散熱效果較好。下面是熱沉既散熱器的模型對多芯片組件的芯片最高結(jié)溫的影響： (1)熱分析結(jié)果表明，不同材料對散熱器的散熱性能有影響。應(yīng)綜合銅、鋁材料各自的優(yōu)勢，合理選材，目前主要選用鋁合金，銅； (2)基底厚度、鰭片間距與厚度都是影響散熱效果的因素。基底厚度的增加，鰭片間距和厚度的減小都能增加散熱面積。但尺寸的過度設(shè)計又會帶來一系列負面效應(yīng)，如：重量，成本，工藝的難易程度等。應(yīng)在產(chǎn)品總體設(shè)計要求和實際工藝條件下，合理選擇散熱器尺寸。 (3)鰭片的高度對散熱效果的影響，鰭片越高，能增加散熱面積，能降低芯片最高結(jié)溫，但是過高也會到來一些負面影響，比如：占的空間過大，而使用的一樣不大，成本問題等。過大可能會導(dǎo)致散熱效果不佳。所以在符合設(shè)計要求和實際工藝條件下，合理選擇鰭片高度。(4)風(fēng)扇(電機)的選擇也是一個重要部分，空氣對流系數(shù)對散熱效果也十分明顯，對流系數(shù)越大，散熱效果越好，但是過大風(fēng)扇的功率會相應(yīng)地增加，噪音也會相應(yīng)地增大，所以，應(yīng)在在符合設(shè)計要求的前提下選擇適合的風(fēng)扇。MCM在組裝密度、信號傳輸速度、電性能以及可靠性等方面獨具優(yōu)勢，是目前能最大限度地提高集成度、提高高速單片IC性能，制作高速電子系統(tǒng)，實現(xiàn)整機小型化、多功能化、高可靠性、高性能的最有效途徑。3DMCM是為適應(yīng)軍事宇航、衛(wèi)星、計算機、通信的迫切需要而近年來在國外得到迅速發(fā)展的高新技術(shù)，是實現(xiàn)系統(tǒng)集成的重要技術(shù)途徑。目前3DMCM已被應(yīng)用到高性能大容量的存儲器組件和計算機系統(tǒng)，充分發(fā)揮了三維多芯片組件技術(shù)的優(yōu)越性。 隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，微電子封裝將向微型化、輕型化和薄型化方向發(fā)展。3D封裝技術(shù)具有降低功耗、減輕重量、縮小體積、減弱噪聲、降低成本等優(yōu)點。它將是未來微電子封裝的主要發(fā)展方向。電子系統(tǒng)(整機)向小型化、高性能化、多功能化、高可靠和低成本發(fā)展已成為目前的主要趨勢，從而對系統(tǒng)集成的要求也越來越迫切。實現(xiàn)系統(tǒng)集成的技術(shù)途徑主要有兩個：一是半導(dǎo)體單片集成技術(shù)，二是MCM技術(shù)。前者是通過晶片規(guī)模的集成技術(shù)(WSI)，將高性能數(shù)字集成電路(含存儲器、微處理器、圖像和信號處理器等)和模擬集成電路(含各種放大器、變換器等)集成為單片集成系統(tǒng)。后者是通過3DMCM技術(shù)實現(xiàn)WSI的功能。 綜上所述， MCM是很有發(fā)展前途的，很可能成為繼SMT之后，跨越九十年代的新技術(shù)。它能帶動元件(電阻、電容等)和器件(主要是LSI、VLSI)技術(shù)的發(fā)展，又能加速電子機器的更新?lián)Q代?？梢灶A(yù)言，它對微電子技術(shù)乃至整個電子工業(yè)的發(fā)展將建功立業(yè)。但是MCM的散熱必須跟隨著發(fā)展。才得以保證MCM的正常工作。若想實現(xiàn)MCML散熱更加完善，還要做大量的工作，主要有以下幾方面：(1)本文進行的MCML散熱分析模型簡化是建立在相關(guān)理論之上，但由于條件的限制，未經(jīng)過實驗的驗證，分析結(jié)果存在一定誤差。(2)本文的MCML散熱主要考慮的是加熱沉后對流散熱，為了簡化計算模型而忽略熱輻射散熱，盡管這些的都是次要因素但是如果計算時能考慮進去，計算結(jié)果的誤差將會更小，結(jié)論也比較接近于實際。(3)本文所進行的散熱MCML都是在單層基本布局的，隨著多層基板MCM技術(shù)的不斷發(fā)展以及雙面布局的MCM甚至多層芯片布局的3DMCM應(yīng)用的日益廣泛，對多層芯片布局的熱研究是很必要的。(4)MCML散熱驗證來源于仿真而不是實驗，存在誤差；ANSYS軟件在模擬仿真的時候存在著誤差，在參數(shù)的設(shè)置時也可能有誤差，從而導(dǎo)致理論與實際存在誤差；所以要得到精確而使用的芯片布局驚醒實驗的驗證是十分有必要的。隨著MCM的多功能化，相應(yīng)地產(chǎn)熱量也不斷地增加，而單靠風(fēng)冷冷卻是遠遠不能滿足要求的，這就迫切需要其他其他的散熱方法(如熱管冷卻等)更加完善，更加方便，使之能普片化。致 謝本文是在導(dǎo)師吳兆華教授和趙強師兄的悉心關(guān)懷和全面指導(dǎo)下完成的。導(dǎo)師淵博的學(xué)識、嚴謹求實的治學(xué)態(tài)度、及其認真的鉆研精神、誨人不倦的優(yōu)良學(xué)風(fēng)使學(xué)生受益非淺，此外在其他方面，導(dǎo)師給了無微不至的關(guān)心和照顧。在我做畢業(yè)設(shè)計期間，不斷得到張立強師兄和其它同學(xué)的幫助、指導(dǎo)。值此論文完成之際，謹向幾年來付出大量心血來培養(yǎng)、關(guān)心和幫助我不斷成長的老師 ，對我畢業(yè)設(shè)計給予莫大幫助的趙強師兄和我的朋友同學(xué)致以衷心的感謝！感謝幾年來在學(xué)習(xí)和生活上曾給我無數(shù)關(guān)心、支持的所有老師、同學(xué)、家人和親朋好友們！參考文獻[1] 祝效華，[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004.[2] 田民波，：清華大學(xué)出版社，2003年9月.[3] 吳懿平，[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005.[4] 程迎軍，羅樂，蔣玉齊，[J].電子元件與材料，2004，5(5)：43~45.[5] [M].北京：人民郵電出版社，2007.[6] 王慶五，左昉， [M].北京：機械工業(yè)出版社，2006.[7] 周美玲，謝建新，[M].北京：北京工業(yè)出版社，2001.[8] 李紅云， [M].北京：機械工業(yè)出版社，2008.[9] 胡紅軍， [M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.[10] 楊邦朝，(MCM)及其應(yīng)用[M].成都：電子科技大學(xué)出版社，2000.[11] [M].北京：機械工業(yè)出版社，1998.[12] 李裕春，[M].北京：中國水利水電出版社，2006.[13] 張國智， [M].北京：機械工業(yè)出版社，2007.[14] [J].南京理工大學(xué)，2006.[15] Yasumi Uegai，Akinobu Kawazu，et design approach to liquidcooled microprocessors[C].The Eighth Intersocirty Conference，(s)：413~420.[16] Li 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