モジュール分割モデルを用いた高速・概略熱解析:熱・回路協調を考慮した概略部品配置の自動設計

摘要

複雑化を続ける電子デバイスの実装設計において上流設計の重要性が高まっている．ヒートスプレッダが設置されたマルチチップモジュール（MCM）の概略部品配置設計を考えると，設計モデル上での概略部品配置及び実装方式の変更と熱解析・評価の繰返しを十分高速に行えること，部品の駆動温度を見積もることができることが重要である．しかし，現在概略配置設計中に用いられている熱の評価手法はこのような要求を満たせているとは言いがたい．そこで本論文において，モデル化と解析手法の工夫による解決を図った．まずパッケージの概略的な有限要素モデルを変換し，部品配置の変更に伴うメッシュの再作成が不要な熱抵抗-有限要素のハイブリッドモジュール分割モデルを提案した．そのモデルの熱解析手法として，モジュール間の熱の境界条件を収束計算により整合させることで定常伝熱解析を行う手法を構築した．有限要素モデルの部分の解析を高速化する手法として，熱伝導問題の線形性に着目し，温度分布データべ－スを利用する高速解析手法を提案した．もとの有限要素モデルとの比較計算により，解析時間1/400程度（約30［ms］），解析誤差士7％程度の性能が認められ，提案する上流設計における迅速な試行錯誤に有効であると確認した．