【摘 要】
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随着微电子芯片高速度、高密度、高性能的发展,热管理成了微系统封装中的一个非常重要的问题。本文以低温共烧陶瓷(LOW Temperature Co-fired Ceramic,简称LTCC)基板微流道散
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随着微电子芯片高速度、高密度、高性能的发展,热管理成了微系统封装中的一个非常重要的问题。本文以低温共烧陶瓷(LOW Temperature Co-fired Ceramic,简称LTCC)基板微流道散热以及系统级封装(System in a Package,简称SIP)中多芯片堆叠为研究对象,对微系统封装中的热管理进行了基础性的研究。
本文参考国内外的基于各种材料的关于微流道设计的思想,综合考虑多种影响因素,包括截面形状、流道长度,流道结构,流道粗糙度,出入口设计等,同时考虑到IXCC微流道加工工艺的限制,在此基础上设计了六种不同的微流道:并行直槽型(parallel)、蛇型(serpentine)、螺旋型(spiral)、分形(fractal-shaped)曲线型和两种分形树状微流道。
本文主要对LTCC微流道散热进行了三维数值模拟。借助计算流体力学软件Fluent对结构模型进行了有限元分析,研究了LTCC微通道的流体力学和热特性,主要讨论了微流道的分布方式、入口处冷却用液体的质量流量以及芯片的发热功率对微流道中的流体运动和散热效果的影响,并对温度场、液体压差和流体速度场进行了仿真,实现了对内嵌不同微流道的LTCC基板散热性能的预测。
为了进一步研究系统级封装中芯片堆叠以及硅穿孔(Through Silicon Via,简称TSV)的热性能,本文借助多物理场耦合分析软件COMSOLMULTIPHYSICS,利用有限元分析方法,对芯片堆叠的热分布和散热以及TSV的热性能进行了数值仿真分析,主要讨论了芯片堆叠的热点分布、TSV通孔堆叠对散热的影响,以及多模块堆叠中模块层数、热流密度、芯片类型、封装模块参数、散热器等因素对热分布的影响,对SIP封装系统的热点进行了基础性的研究分析。
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