MCML的散热通道分析研究毕业设计说明书文档格式.docx
《MCML的散热通道分析研究毕业设计说明书文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《MCML的散热通道分析研究毕业设计说明书文档格式.docx（54页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
再综合风扇（电机），选择最优的散热器模型进行对MCM-L进行散热。
把芯片最高结温尽可能的降低，从而降低MCM-L的热失效率，挺高它的寿命和挺高可靠性。
关键词：
多芯片组件；
热失效；
热可靠性；
散热器
ABSTRACT
MCMisfollowingriseinthe1990ofthe20thcenturyinthefieldofmicroelectronicspackagingandSMTistherapiddevelopmentofoneofthemostfascinatingnewtechnology.MCMmarkedtheemergenceofelectronicassemblytechnologyinhighdensity,highspeed,highperformanceintoahigherlevelinthedirection.However,withtheimprovementofMCMintegratedandvolumereduction,increasingpowerconsumptioninitsunitvolume,resultinginincreasedheatandtemperaturerisingsharply,thusstrengtheningtheformationofacomponentdrivenbyinternalheatmechanical,chemicalandelectrical,andotheraspectsofinteraction.Ifthestructureordesignmaterialsselectionisunreasonable,MCMheatcannotbedisseminatedquicklywhileyouworkout,canleadtoexcessivetemperaturegradientinsideandoutsidetheMCM,intheformationofMCMinternaloverheatingorhotspotsmakescomponentsperformanceworse.Therefore,theMCM'
sthermaldesignandresearchonheatdissipationtechnologyhasaveryimportantrole.
Currently,theMCMmethodofheatsinkvarietyofcoolingismoregeneral,becausecheapaircoolingcosteasytouse.Thisselectionofaircoolingradiatormodel,applicationofANSYSsoftwaretotheMCMthermalanalysisyouselect.Chooseadifferentmaterialanalysisandcomparisonofdifferentmodelsofheatsinkthermal.Integratedfanmotor,selectingoptimalheatdissipationmodelforMCM-Lforcoolingfins.MaximumjunctiontemperaturechiptoreduceasmuchaspossibletoreducetheheatlossrateofMCM-L,itslifeandveryhightoveryhighreliability.
Keywords：
MCM;
heatfailure;
thermalreliability;
radiators.
前言
现代电子信息技术的飞速发展，正极大地推动各类电子整机向多功能、高性能、高可靠、便携化及低成本方向发展，而满足这些要求的基础与核心乃是IC，特别是LSI和VLSI。
国际上早已形成了强大的IC产业，并已成为衡量一个国家强弱的重要标志之一，同时也极大地改变了当代人们的生活方式和工作方式，越来越多的人们认识到，人类和IC的关系竟是如此密切，已与IC结下了不解之缘。
目前以半导体集成电路（IC）为基础的信息电子产业在将以很高的速度往前发展，以适应整个信息化的需求。
现在还没有一种新的科技工业可以代替半导体集成电路产业的作用。
因此在近期内，发展半导体集成电路科技和工业，将关系到一个国家信息化的立足点，也是关系国家经济命脉。
然而，集成电路芯片功能的实现，要靠连接引出和输入信号，即靠封装来组成半导体器件。
封装是IC支撑、保护的必要条件，也是其功能实现的组成部分。
随着芯片及集成的水平的不断提高，电子封装的作用也变得越来越重要。
目前，全球集成电路封装技术已经进入第三次革命性的变革时期，对我国集成电路产业的发展提供了一次难得的发展机遇。
封装技术（packaging）：
就是如何将一个或者多个晶片有效和可靠地封装和组装起来。
电子封装的功能如下：
（1）提供给晶片电流通路；
（2）引入或引出晶片上的信号；
（3）导出晶片工作时产生的热量；
（4）保护和支撑晶片，防止恶劣环境对它的影响。
封装和组装可分为零级封装、一级封装、二级封装和三级封装。
通常把零级和一级封装称为电子封装（技术），而把二级和三级封装称为电子组装（技术）。
由于导线和导电带与晶片间键合焊机技术的大量应用，一级和二级封装技术之间的界限已经模糊了。
（1）零级封装就是晶片级的连接。
通常晶片级的连接方法有引线键合（wireBonding）、载带自动键合（TAB,TapeAutomatedBonding）和焊球植入（SolderBumping）。
这三种技术其中以焊球植入技术（倒装焊）提供的封装密度最高。
（2）一级封装就是集成电路（IC）元件的封装。
它是电子封装中最活跃、变化最快的领域。
一级封装的种类繁多、结构多样。
如：
DIP、PGA、SOP、SOJ、QFP、BGA等。
（3）二级和三级封装就是将IC、阻容元件、接插件以及其他的元器件安装在印制电路板上，并组成为整机的技术。
二级封装主要有俩大技术：
通孔组装技术（THT，ThroughHoleTechnology）和表面安装技术（SMT,SufaceMountingTechnology）。
下图1是三级电子封装与组装总成示意图。
图1三级电子封装与组装
现代微电子封装技术属于复杂的系统工程，涉及到材料、电子、热学、力学、化学、可靠性等多种学科。
从工艺上讲，电子封装包括薄厚膜技术、基板技术、微细连接技术、封装技术等等四大基础技术，因此派生出各种工艺问题。
从材料上讲，电子封装要涉及到各种类型的材料，例如：
焊丝框架、焊剂焊料、金属超细粉、玻璃超细粉、陶瓷粉料、表面活性剂、有机粘结剂、有机溶剂、金属浆料、导电填料、感光性树脂、热硬化树脂、聚酞亚胺薄膜，还有导体、电阻、介质及各种功能用的薄厚膜材料等。
从设计、评价和模拟技术讲，涉及到膜特性、电气特性、热特性、结构特性及可靠性等方面的分析、评价与检测。
电子封装是连接半导体芯片和电子系统的一道桥梁。
电子封装技术不仅直接影响着集成电路本身光的、热的、电的和机械性能，影响他的可靠性和成本，而且还在很大程度上决定了电子整机系统的小型化，可靠性和成本。
随着微电子技术不断的发展，工艺特征尺寸不断缩小，促使集成电路的多功能化，再加上整机和系统的小型化，高性能，高密度，高可靠度的要求，市场上性能/价格比竞争，集成电路品种多样化、应用的不断扩展，这些都促使现代微电子封装技术的设计、制造技术不断向前发展。
反过来，由于现代微电子封装技术的提高，又促使了集成电路和电子器件的发展。
而且，随着电子系统的小型化和高性能化，越来越多的新型集成电路采用高I/O引脚封装，封装成本在器件总成本中所占比重越来越高，并有继续发展的趋势，电子封装已经逐步成为实现半导体芯片功能的一个瓶颈。
所以，电子封装对系统的影响已变得和集成电路芯片一样重要。
半导体集成电路从分立器件发展到小、中规模集成（SSI、MSI），大规模集成（LSI），超大规模集成（VLSI），目前已开始向巨大规模集成电路（GLS）I进军。
发展遵循Mooer定律。
近50年的发展使集成电路的集成度提高了8到9个数量级，特征尺寸缩小了140倍。
集成电路的集成度（一块晶片上集成的晶体管和其他元件的数目）每3年增长4倍，而特征尺度每3年缩小一半一一得到了充分地验证。
半导体和集成电路技术在经过近50多年的发展后，已经形成了以设计业、芯片制造业及封装业为主的产业结构特点。
在这三种产业中，资金投入比往往呈1:
100:
10的关系，封装业作为一项市场需求量大，投资效益快，发展迅速的高技术产业，具有广阔的发展前景。
我国对发展微电子技术及电子封装技术也己十分重视。
“十五”计划把信息产业作为国民经济的支柱产业之一，并把集成电路产业（包括电子封装产业）放在优先发展的重要地位。
在微电子工业发展规划中，我国己把封装技术的发展提到重要议程，并借鉴日本、韩国、台湾等国家和地区的成功经验，通过发展投资小、收益大的电子封装工业来带动国内微电子工业的发展。
1微电子技术概述
1.1微电子技术的发展
电子封装技术伴随着电子元器件的发展而发展的，而现代微电子封装则是追随LSI、VLSI、ULSI和ASIC芯片的发展而发展的。
封装是芯片和电子系统之间的一道桥梁，集成电路封装技术的发展既受微电子技术中芯片设计和制造技术的推动，同时，封装技术的发展又有力地支撑和推动了整个微电子技术地发展。
在过去为适应集成电路向小型化、高速化、大功率、高密度发展的需要，集成电路封装技术得到了不断的提高和改进。
1947年第一只晶体管的诞生，引发了一场彻底的革命，也开创了电子封装的历史。
1951年发明了场效应晶体管，并出现了区域提纯技术，使得元器件单晶材料的质量大为提高。
1956年左右氧化物掩膜技术和光刻技术的出现使得硅平面晶体管的出现成为可能。
自从晶体管问世之后，科学家们就一直在研究它的微型化、集成、封装等问题，以适应电子产品与系统大规模化、高可靠性的要求。
起初，是尽量把元器件做得很小，然后封包在一个外壳里，但是这种微型组装不符合现代设备的要求，更不用说需要容纳几十万、几百万的晶体管等元器件的复杂电子系统。
1958年美国得克萨斯仪器公司用锗和硅做出了世界上第一块集成电路，导致了多引线封装外壳的出现。
但是受当时工艺设备的限制，引线宽度为100um左右，集成度较低，仍然以玻璃封装外壳为主—TO型封装（TOP,TransistorOutlinePacking），其互联主要是靠手工进行焊接。
20世纪60年代后期出现的双列直插封装（DIP,DoubleInlinePacking）的引脚数目范围在4~64跟之内，而到70年代就成为了中小规模IC电子封装的系列主导产品。
20世纪70年代是IC飞速发展的时期，一个硅片已经可以集成上万个晶体管或者门电路，称做大规模集成电路（LSI，LargeScaleIntegration），它不单纯是元器件集成数量的大大增加（
~
MOS/
），其集成对象也发生了根本变化，他可以是一个具有复杂功能的部件，也可以是一台电子整机。
一方面集成度迅速增加，另一方面芯片尺寸不断扩大。
因此出现了针栅阵列封装（PGA,PinGridArray）。
但是以DIP和PGA为代表的插入式器件需要分别通过波峰焊接和机械接触实现元器件的机械和电学连接。
由于需要较高的对准精度，因而组装效率很低，同时元器件的封装密度也很低。
20世纪80年代出现了电子组装技术的一场革命——表面贴装技术（SMT）。
器件通过回流技术进行焊接，由于回流焊接过程中焊锡熔化时的表面张力产生自对准效应，降低了对贴片精度的要求，同时回流焊接代替了波峰焊，也提高了组装良品率。
与此相适用的各类表面贴装元器件电子封装如雨后春笋般出现。
诸如无引线陶瓷芯片载体（LCCC，LeadlessCeramicChipCarrier），塑料短引线芯片载体（PLCC，PlasticLeadedChipCarrier）和四方扁平引线封装（QFP，QuadFlatPacking）等，并于80年代初达到标准化，形成批量生产。
由于改性环氧树脂材料的性能不断提高，使封装密度高，引线间距小，成本低，适于大规模生产并适合用于SMT，从而使塑料扁平引线封装（PQFP）迅速成为80年代电子封装的主导产品，I/O也高达208~240个。
这个时期，荷兰飞利浦公司还研发出了俩边引线的先外形封装（SOP,SmallOutlinePackage）的系列产品。
20世纪80年代至90年代，随着集成电路特征尺寸不断减小以及集成度的不断提高，芯片尺寸也不断增大，集成电路发展到了超大规模集成电路（VLSI，VeryLargeScaleIntegration）阶段，可以集成门电路高达数百万以至数千万只芯片，其I/O数也达到数百个，并已超过1000个。
这样一来，原来四边引出的QFP及其他类型的电子封装都无法实现，尽管引线间距一再缩小（例如QFP已缩小到.03mm的工艺技术极限）也不能满足VLSI的要求。
电子封装引线由周边型发展成面阵型，如针栅阵列封装（PGA）。
然而，用PGA封装低I/O数的LSI尚有优势，而当它封装高I/O的VLSI就无能为力了。
一是体积大又重;
二是制作工艺复杂而成本高;
三是不能使用SMT进行表面贴装，难以实现工业化规模生产。
综合了QFP和PGA的优点，新一代微电子封装一球栅阵列封装（BGA）应运而生。
典型的BGA以有机衬底（BT）代替了传统封装内的引线框架，且通过多层板布线技术实现焊点在器件下面的阵列平面分布，既减轻了引脚间距不断下降在贴装表面所遇到的阻力，同时又实现了封装、组装密度的大大增加，因而很快获得了大面积的推广，且在产业中的应用急剧增长。
至此，多年来一直大大滞后芯片发展的微电子封装，由于BGA的开发成功而终于能够适应芯片发展的步伐。
20世纪90年代美国开发了微型球栅阵列（uBGA），日本也开发了芯片尺寸封装（CSP,ChipScalePackage），这俩种封装的实质其实是一样的，其封装面子/芯片面子小于等于1.2，于是CSP解决了芯片小而封装大的根本矛盾，使得微电子封装技术更快地发展。
与此同时，倒装芯片（FlipChip）技术也出现了。
BGA、CSP、FlipChip均为面阵列封装结构，可以沿用SMT生产技术，加上计算机的普及和个人移动产品的普及，使得市场与技术互动向前推进，完成了继SMT之后的又一次新的技术革命。
进入21世纪，电子封装也进入了超高速发展时期，新的封装形式不断涌现并获得应用，除倒装焊接和芯片尺寸封装以外，又出现了多种发展趋势，封装标准化工作已经严重滞后，甚至连封装领域名词的统一都出现了困难，例如：
多芯片封装（MultiChipPackage）；
三维迭层封装（StackPackage）；
单封装系统SIP（SystemInaPackage）；
多芯片模块MCM（MultiChipModule）；
微机电系统MEMS（MicroElectronicMechanicalSystem）；
以及将整个系统集成与单芯片技术SOC（SystemOnAChip）等等。
随着封装、组装的发展，晶片级（WaferLevel）、芯片级（ChipLevel）、组装级（BoardLevel）、系统级（SystemLevel）的界线已经逐渐模糊。
原来一些仅仅用于晶片级的技术已经开始用于封装和组装。
以上就是各个不同时期所对应集成电路及其各类不同的电子封装形式，从以上所述中可以看出：
一代集成电路芯片必有此相适用的一代电子封装形式。
总之，由于集成电路在不断发展，集成电路的封装形式也不断作出相应的调整变化，而封装形式的进步又将反过来促进集成电路技术的向前发展。
1.2电子封装技术发展趋势
电子产品正朝着便携式、小型化、网络化和多媒体化方向发展，这种市场需求对电路组装技术提出了相应的要求，单位体积信息的提高（高密度）和单位时间处理速度的提高（高速化）成为促进微电子封装技术发展的重要因素。
就芯片水平来看，二十一世纪的封装技术发展将呈现以下趋势：
（1）单芯片向多芯片发展。
（2）平面封装（MCMS）向立体封装（三维封装）发展。
（3）独立芯片封装向集成封装发展。
（4）SOC（systemonachip）和圆片规模集成WSI（waferscaleintegration）将是人们致力研究和应用的方向。
1.2.1片式元件—小型化、高性能
随着工业和消费类电子产品市场对电子设备小型化、高性能、高可靠性、安全性和电磁兼容性的需求，对电子电路性能不断地提出新的要求，片式元件进一步向小型化、多层化、大容量化、耐高压、集成化和高性能化方向发展。
在铝电解电容和钽电解电容片式化后，现在高Q值、耐高温、低失真的高性能MLCC已投放市场；
介质厚度为10um的电容器已商品化，层数高达100层之多；
出现了片式多层压敏和热敏电阻，片式多层电感器，片式多层扼流线圈，片式多层变压器和各种片式多层复合元件；
目前最新出现的是0603（长0.6mm，宽0.3mm），体积缩小为原来的0.88%。
集成化是片式元件未来的另一个发展趋势，它能减少组装焊点数目和提高组装密度，集成化的元件可使Si效率（芯片面积/基板面积）达到80%以上，并能有效地提高电路性能。
由于不在电路板上安装大量的分立元件，从而可极大地解决焊点失效引起的问题。
1.2.2芯片封装技术——追随IC的发展而发展
BGA的兴起和发展尽管解决了QFP面临的困难，但它仍然不能满足电子产品向更加小型、更多功能、更高可靠性对电路组件的要求，也不能满足硅集成技术发展对进一步提高封装效率和进一步接近芯片本征传输速率的要求，所以更新的封装CSP（ChipSizePackage）又出现了，它的英文含义是封装尺寸与裸芯片相同或封装尺寸比裸芯片稍大。
日本电子工业协会对CSP规定是芯片面积与封装尺寸面积之比大于80%。
CSP与BGA结构基本一样，只是锡球直径和球中心距缩小了、更薄了，这样在相同封装尺寸时可有更多的I/O数，使组装密度进一步提高，可以说CSP是缩小了的BGA。
CSP之所以受到极大关注，是由于它提供了比BGA更高的组装密度，而比采用倒装片的板极组装密度低。
但是它的组装工艺却不像倒装片那么复杂，没有倒装片的裸芯片处理问题，基本上与SMT的组装工艺相一致，并且可以像SMT那样进行预测和返工。
正是由于这些无法比拟的优点，才使CSP得以迅速发展并进入实用化阶段。
目前日本有多家公司生产CSP，而且正越来越多地应用于移动电话、数码录像机、笔记本电脑等产品上。
从CSP近几年的发展趋势来看，CSP将取代QFP成为高I/O端子IC封装的主流。
为了最终接近IC本征传输速度，满足更高密度、更高功能和高可靠性的电路组装的要求，还必须发展裸芯片（Barechip）技术。
1.2.3微组装：
新一代组装技术
微组装技术是在高密度多层互连基板上，采用微焊接和封装工艺组装各种微型化片式元器件和半导体集成电路芯片，形成高密度、高速度、高可靠的三维立体机构的高级微电子组件的技术。
多芯片组件（MCM）就是当前微组装技术的代表产品。
它将多个集成电路芯片和其他片式元器件组装在一块高密度多层互连基板上，然后封装在外壳内，是电路组件功能实现系统级的基础。
MCM采用DCA（裸芯片直接安装技术）或CSP，使电路图形线宽达到几微米到几十微米的等级。
在MCM的基础上设计与外部电路连接的扁平引线，间距为0.5mm，把几块MCM借助SMT组装在普通的PCB上就实现了系统或系统的功能。
当前MCM已发展到叠装的三维电子封装（3D），即在二维X、Y平面电子封装（2D）MCM基础上，向Z方向，即空间发展的高密度电子封装技术，实现3D，不但使电子产品密度更高，也使其功能更多，传输速度更快，性能更好，可靠性更好，而电子系统相对成本却更低。
图1-1为三维电子封装图。
图1-1三维封装（Source：
AmkorandIntelStackedSCPBGA）
对MCM发展影响最大的莫过于IC芯片。
因为MCM高成品率要求各类IC芯片都是良好的芯片（KGD），而裸芯片无论是生产厂家还是使用者都难以全面测试老化筛选，给组装MCM带来了不确定因素。
CSP的出现解决了KGD问题，CSP不但具有裸芯片的优点，还可像普通芯片一样进行测试老化筛选，使MCM的成品率才有保证，大大促进了MCM的发展和推广应用。
目前MCM已经成功地用于大型通用计算机和超级巨型机中，今后将用于工作站、个人计算机、医用电子设备和汽车电子设备等领域。
1.2.4系统封装（SPI:
Systeminapaekage）
如图1-2所示，它是将多个芯片和可能的无源元件集成在同一封装内，形成具有系统功能的模块，因而可以实现较高的性能密度、更高的集成度、更小的成本和更大的灵活性。
SPI的出现使封装在观念上发生了革命性的变化，从原来的封装元件概念演变成封装系统。
SPI的一种高档模式是将介质、导体、电容器、电阻器、光电子（如波导）等集成在一起，封装效率可提高约80%。
图1-2系统封装（source:
Amkorandchipmos）
1.2.5芯片上系统（SOC：
SystemonaChip）
将整个系统的功能完全集成在同一个半导体芯片上。
但目前由于知识产权、经费和技术等方面的困难，SOC的发展受到了一定的阻碍。
在微电子封装业高速发展的背景下，现在以下几点研究课题尤为引人注目：
无铅焊接，导电胶，底层填料，高密度基板。
（1）无铅焊料：
由于PbSn共晶焊料中含有有害健康和环境的铅元素，因而焊料的无铅化一直是电子工业广泛关注的一个问题。
虽然禁铅几经起落，但随着环境保护意识的不断增强及市场竞争的不断加剧，无铅焊接正离我们越来越近。
目前的无铅焊料体系一般都比共晶锡铅材料的熔点高。
由于现在绝大多数器件为塑料封装器件，焊接温度的提高对器件的抵抗热应力和防潮性能必定提出更高的要求，同时焊接设
升级会员 