多芯片组件基板的热效应和热应力分析

摘要

随着电子封装业的发展，电子封装中传热现象出现了时间尺度和空间尺度上的微小化，于是Non-Fourier效应越来越强。本文分别将Fourier导热模型和Non-Fourier导热模型作为本构关系，对三维多芯片组件基板模型的热传导问题，建立各自的数学物理方程，采用有限差分方法求解相应的模型传热方程，得到了三维基板模型的温度响应和温度分布。并将计算所得的温度场作为体载荷施加到有限元模型，利用ANSYS软件对基板模型进行了热应力的计算分析。　　计算结果表明，与经典Fourier分析相比，Non-Fourier的分析结果存在较大差异：模型的温度值较大，温度场进入稳态的时间较长，温度变化的速度较快，热耦合的现象也更强。同时，在热源较集中、耗散热量较大的区域，受约束的面，以及模型的边界区域，都有较大的热应力集中，容易产生热应力破坏。　　以往多芯片组件的热分析较少采用Non-Fourier导热模型进行分析，本文所采用的分析过程和方法，对电子封装中的Non-Fourier效应问题的研究提供了可借鉴的分析方法。

目录

文摘

英文文摘

声明及学位论文使用授权声明

1绪论

1.1电子组装技术

1.2电子组件热分析的现状

1.3本课题的研究内容

2 MCM多芯片组件

2.1 MCM多芯片组件概述

2.1.1 MCM的基本构成

2.1.2 MCM失效机理

2.2多芯片组件的热分析

2.2.1 MCM的传热途径

2.2.2 MCM热分析的方法

2.3三维多芯片组件基板模型的引入

3三维多芯片组件基板模型的热传导定解问题

3.1热传导问题的Fourier分析

3.1.1热流密度

3.1.2热传导微分方程

3.1.3单值性条件

3.2热传导问题的Non-Fourier分析

3.2.1热传播速度和松弛时间

3.2.2通用Fourier定律

3.2.3强瞬态热传导问题

3.2.4定解条件

3.3三维基板模型导热方程的建立

3.3.1 Fourier导热模型

3.3.2 Non-Fourier导热模型

4三维基板模型导热方程的求解

4.1有限差分法概述

4.1.1有限差分格式

4.1.2截断误差

4.1.3相容性

4.1.4收敛性

4.1.5稳定性

4.2热传导方程的差分格式的建立

4.2.1 Fourier导热模型的差分方程

4.2.2 Non-Fourier导热模型的差分方程

4.3温度场计算及结果

4.4本章小结

5三维基板模型的热应力分析

5.1热力学问题的数学描述

5.1.1基本概念

5.1.2热弹性理论

5.2应力场计算及结果分析

5.2.1有限元理论

5.2.2应力场计算结果及分析

5.3本章小结

结论

致谢

参考文献

附录 英文缩写示意