熱功率信號下芯片溫度動(dòng)態(tài)響應及熱特性分析

第40卷第1期微電子學(xué)Vol 40, No. 12010年2月MicroelectronicsFeb.2010熱功率信號下芯片溫度動(dòng)態(tài)響應及熱特性分析郭春雨,崔國民上海理工大學(xué)熱工程研究所,上海200093)摘要:,針對電子元件在瞬態(tài)傳熱中的熱慣性問(wèn)題,對芯片在熱功率信號作用下的溫度動(dòng)態(tài)響應特性進(jìn)行識別。根據芯片溫度對芯片發(fā)熱功率的階躍響應曲線(xiàn)求得芯片上關(guān)鍵點(diǎn)的傳遞函數;根據芯片溫度的方波響應曲線(xiàn)和正弦響應曲線(xiàn),重點(diǎn)對熱功率信號給芯片造成的溫度沖擊與信號周期之間的關(guān)系進(jìn)行分析。該研究對提高電子元件抵抗熱沖擊和熱疲勞的能力具有指導意義。關(guān)鍵詞:熱功率信號;芯片;動(dòng)態(tài)響應;熱特性;溫度沖擊中圖分類(lèi)號:TN452文獻標識碼:A文章編號:1004-3365(2010)01-0157-08Analysis on Temperature Dynamic Response and Thermal Characteristicsof Chips based on Thermal Power Signal(Institute of Thermal Engineering, University of shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, P. R. China)Abstract: In order to explore thermal inertia of electronic components, dynamic temperature response character-of chips based on thermal power signals were identified. According to step function response curves of chipstemperature, transfer functions of temperature at chip's key points were established. Relationship between tempera-ture shock to chips induced by thermal power signals and signal period was analyzed in detail, based on square wavesignal and sine signal response curves of chips temperature. This work is helpful in improving the capability of elec-tronic components to resist thermal shock and thermal fatigue.Key words: Thermal power signal; Chip: Dynamic response; Thermal characteristics; Temperature shockEEACC: 2250@2GHz芯片消耗的功率高達75W。由此帶來(lái)的1引言過(guò)高溫度將降低芯片的工作穩定性,增加出錯率;同時(shí),模塊內部與其外部環(huán)境間所形成的熱應力會(huì )直如今,微電子芯片的發(fā)展呈現三大趨勢:進(jìn)一步接影響到芯片的電性能、工作頻率及機械強度提高集成度減小芯片尺寸及增大時(shí)鐘頻率。同時(shí),此外,由于各種電子元件材料的熱膨脹系數不同,以高集成度計算機芯片引發(fā)的熱障問(wèn)題成了制約其持及在變化的溫度場(chǎng)中材料本身的粘性彈性塑性會(huì )續發(fā)展的技術(shù)瓶頸之一。一枚英特爾 Pentium4發(fā)生非線(xiàn)性變化等原因,材料本身溫度分布的不均芯片集成的晶體管有4200萬(wàn)個(gè),根據“摩爾定律”勻也將會(huì )導致結構內部的應力和能量的積累。這種推算:芯片上的晶體管數目每18個(gè)月翻一番,那么累積會(huì )誘發(fā)產(chǎn)生輕微的裂紋,隨著(zhù)電子元件自身工到2010年芯片上的晶體管數量將超過(guò)10億2。作時(shí)間的延續,裂紋會(huì )不斷擴展,以致最后造成分層伴隨著(zhù)晶體管集成度的迅速提高,芯片功率與功率或斷裂,從而影響整個(gè)系統的可靠性。密度也在急劇增加?，F有AMD處理器 Athlon中國煤化工求穩態(tài)設計時(shí)器120H產(chǎn)生的熱量已達66W,一枚 Pentium44件單位HCNMH文認為要確保收稿日期:20090909;定稿日期:20091026基金項目:教育部博士點(diǎn)基金資助項目(20080252000;國家自然科學(xué)基金資助項目(20406011);上海市教育委員會(huì )發(fā)展基金資助項目(07285);上海市重點(diǎn)學(xué)科建設項目資助(S30503)158郭春雨等:熱功率信號下芯片溫度動(dòng)態(tài)響應及熱特性分析2010年電子元件的壽命、提高其可靠性特別需要對電子元表1所選風(fēng)機的主要技術(shù)參數件在熱信號作用下的抗沖擊、抗疲勞能力進(jìn)行研究Table 1 Technical specification of the wind generator進(jìn)行此項研究的一個(gè)前提是了解電子元件的熱慣參數數值性而了解其熱慣性就需要對電子元件在熱信號作幀尺寸/m70×70×15用下的溫度動(dòng)態(tài)響應特性進(jìn)行識別。另一方面,由速度于實(shí)際中很多隨機的熱功率信號是由基本信號疊加電壓/V而成的,故對基本熱信號作用下芯片溫度的動(dòng)態(tài)響應特性進(jìn)行研究,可以為防止電子元件的偶然性損電流/A0.22壞,以及改變計算機的運行方式提供指導。轉速/RPM鑒于此,本文對球狀柵格陣列封裝的芯片及其空氣流量/CFM29.50散熱系統進(jìn)行詳細建模,并基于 Flotherm的瞬態(tài)計氣壓/mmH2O算功能,對階躍信號、方波信號和正弦信號作用下芯片的溫度動(dòng)態(tài)響應特性及熱特性進(jìn)行研究重量/g2物理模型及數學(xué)建模仿真對象由芯片(chip)、風(fēng)機( wind generaMonitor itor)熱沉( heat sink)和電路板(PCB)組成,如圖1Monitor 2TIM所示。風(fēng)機選用BD7015軸流風(fēng)機,技術(shù)參數如表1所示。熱沉材料為鋁,總體尺寸為68mm×82mmontosubstrate4.5mm;熱沉的底部平板(從翅片根部到熱沉底面的部分)厚度為9.5mm;熱沉翅片數量25;翅片厚度1mm。芯片為一枚英特爾 Pentium4,采用倒圖2布置于芯片上表面的三個(gè)測溫點(diǎn)裝焊方式置于有機基板( substrate)上。如將熱沉拿2 Three temperature monitors on the top of the chip掉在圖2中就可看到芯片及芯片上表面布置的三個(gè)測溫點(diǎn)(進(jìn)行實(shí)驗研究、布置熱電偶時(shí),可在集成熱擴展面,即IHS的表面,加工出較淺的凹槽,將熱MonitorI電偶的感溫探頭埋入凹槽)。其中, Monitor1布置在芯片的中心; Monitor2布置在 Monitor1正下方的芯片邊緣處; Monitor3布置在芯片邊角處,如圖3所示。PCB的尺寸為:120mm×120mmMonitor Monitor1.6mm。圖4所示為截取芯片的四分之一部分。wind generator圖3芯片及印制電路板的俯視圖Fig. 3 Vertical view of chip and PCBheatsink中國煤化工CNMH Golder bal圖1被仿真的對象系統圖4芯片的四分之一部分Fig. 1 System under simulationFig. 4 A quarter of the chip第1期郭春雨等:熱功率信號下芯片溫度動(dòng)態(tài)響應及熱特性分析芯片封裝內部裸片(die的尺寸為10mm×10mm劃分的時(shí)間網(wǎng)格數為100個(gè),故總計算網(wǎng)格數為空0.7mm;基板尺寸為35mm×35mm×1mm;間網(wǎng)格數與時(shí)間網(wǎng)格數的乘積芯片插座( socket)的尺寸為36mm×36mm×4mm;在裸片的背面加一個(gè)集成熱擴散面(IHS:Integrated Heat Spreader),以增加其散熱面積。為了減小接觸熱阻,在裸片與熱擴散面之間涂一層05mm厚的熱界面材料(TM: Thermal InterfaceMaterials),在熱擴散面與熱沉底部之間也必須涂層熱界面材料,其厚度為1mm。從圖4可以看View: 2 2D.2View:3 2D+x到裸片與基板是通過(guò)焊料球( solder balls)連接的。 Flotherm所基于的數值求解方法是有限容積法,求解流動(dòng)與傳熱問(wèn)題的數學(xué)模型可用質(zhì)量守恒方程、動(dòng)量守恒方程以及能量守恒方程3來(lái)描述。質(zhì)量守恒:+m)+(m)8y+-2=0(1)圖5求解域的網(wǎng)格劃分動(dòng)量守恒:Fig. 5 Grid situation of the solution regiona(m2+ divdauU))=d(gadn)+S.-2模型中各組件的材料及導熱系數如表2所示其中,PCB的導熱性能為各向異性,故三個(gè)方向上(2-a)的導熱系數是不完全相同的。芯片的熱功耗是整個(gè)a(p)+dv(∞U)=dv(, grad v)+Sy條統的熱源各模型組件之間通過(guò)熱傳導的方式進(jìn)(2-b)行傳熱、且服從傅里葉導熱定律a()+dival)=div(n grad w)+S.-ap表2各模型組件的材料及導熱系數Table 2 Materials and thermal conductivity of modules模型組件材料導熱系數W/(m·K)能量守恒:棵片(die)純硅117.5ar+ div(pU.h)=diva grad b)+cps.集成熱擴散面(IHS)銅398.0焊料球( solder bal)Pb9o/Sn1025.基板( substrate聚酰亞胺流體的速度矢量U在三個(gè)坐標軸的分量分別芯片插座( (socket)復合材料2.0為a、U、,流體壓力為p、密度為p、動(dòng)力粘度為n。粘結劑粘結劑1.1為一般化起見(jiàn)這里,、、、p、P均為空間坐標及熱界面材料(TMD導熱脂10時(shí)間的函數;表示溫度:r表示時(shí)間;對于不可壓縮印制電路板( PCB) FR48.37,8.37,0.32流體,其密度p為常數;S、Sn、S。為三個(gè)動(dòng)量方程的廣義源項。對于粘性為常數的不可壓縮流體,S3典型熱功率信號下芯片溫度的動(dòng)態(tài)=S=S=0。在(3)式中,λ為流體的導熱系數,S=S+@,S4為流體的內熱源項,φ為由于粘性作響應特性識別用機械能轉化為熱能的部分;h為比焓,對理想氣以下計算模型均在 Flotherm軟件中設定:1)模體液體及固體可取h=ctc為比熱。對以上數型組件處于一個(gè)大氣壓和35℃的環(huán)境條件下(即模學(xué)模型,可用Fohm軟件進(jìn)行求解,圖5為在擬機中國煤化工時(shí)考慮流動(dòng)與傳Flotherm建模環(huán)境下的網(wǎng)格劃分熱;3CNMHG型整個(gè)求解域的網(wǎng)格數為185115個(gè)即空間網(wǎng)3.1階躍信號下芯片溫度的動(dòng)態(tài)響應格數。由于要進(jìn)行瞬態(tài)計算還必須劃分時(shí)間網(wǎng)格,Flotherm中,芯片的實(shí)際熱功率等于總功率與若整個(gè)瞬態(tài)計算時(shí)間為100.每個(gè)時(shí)間步為1s,則 Multiplier(因子)的乘積,且芯片設定為均勻的體熱郭春雨等:熱功率信號下芯片溫度動(dòng)態(tài)響應及熱特性分析2010年源,在此設定其總功率為100W, Multiplier隨時(shí)間ar與發(fā)熱功率階躍量△Q之比,即:的變化如圖6所示。芯片的實(shí)際熱功率變化過(guò)程對KI(從圖7可得到溫度值)應:在OA段,計算機處于穩定運行階段;在A(yíng)B段,由于計算量的增大,故芯片發(fā)熱功率有一個(gè)突增,之∴K1=(40.450-39.952)℃=0.083℃/W后計算機穩定運行到C點(diǎn);在BC段,芯片的發(fā)熱功率穩定在66W(100W×0.66=66W)。處的表示時(shí)間常數)1M圖8計算動(dòng)態(tài)特性參數的分析過(guò)程Fig.8 Analysis process to calculate dynamic parameters計算時(shí)間常數T可參見(jiàn)圖8,以O點(diǎn)為原點(diǎn)建立坐標系橫軸為時(shí)間軸,縱軸為溫度軸。O點(diǎn)為階06.0.6)A(70.0,0.6)B(7.1,0.66c130.0,0.6)躍響應發(fā)生的起始點(diǎn),其坐標為(70.0,39.952)。在曲線(xiàn)M1變化速度最快處(A點(diǎn))做一切線(xiàn),此切圖6芯片熱功率信號的階躍變化Fig. 6 Step function of chips thermal power signal線(xiàn)與時(shí)間軸的交點(diǎn)為N點(diǎn)。階躍后, Monitor1處的溫度趨于穩定(即曲線(xiàn)M1接近水平),沿曲線(xiàn)M1做一條虛線(xiàn),與切線(xiàn)交于B點(diǎn);過(guò)B點(diǎn)作垂線(xiàn),交時(shí)間軸于E點(diǎn)。由自動(dòng)控制中飛升曲線(xiàn)法部分的內容可知:線(xiàn)段NE所表示的時(shí)間即時(shí)間常數T。de(4)yA二yNA點(diǎn)和N點(diǎn)的坐標分別為A(xA,yA)、N(xN,y)。帶入這兩點(diǎn)的坐標,可得:T1=3.38。對80859095100105于芯片上 Monitor2和 Monitor3處,同理可得:圖7階躍信號下芯片溫度的動(dòng)態(tài)響應曲線(xiàn)K37W=0.042℃/WFig. 7 Dynamic response curves of chip's temperaturebased on step function thermal power signalK3=94=36,866536:693=0.029℃/w仿真結果如圖7所示,曲線(xiàn)M1即芯片中心T2=2.537s,T3=2.51ls。Monitor1處的溫度隨時(shí)間的變化情況。三條溫度飛升曲線(xiàn)法是通過(guò)對被測對象施加階躍擾動(dòng)作響應曲線(xiàn)M1、M2、M3均表明:芯片溫度對自身用得到被測參數隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)以此來(lái)識別對發(fā)熱功率的階躍響應是一個(gè)慣性環(huán)節,故其傳遞函象動(dòng)態(tài)特性的一種方法。采用飛升曲線(xiàn)法確定對象數為:((3)-+1,K表示放大系數,T為時(shí)間的輸入輸出關(guān)系時(shí)階躍量不能太大因為在線(xiàn)測試常數。時(shí),這中國煤化工而且,階躍擾動(dòng)計算響應曲線(xiàn)M1、M2M3的動(dòng)態(tài)特性參厘在稱(chēng)CNMH G中心、芯片溫度數,以芯片中心 Monitor1處為例,其放大系數為從個(gè)穩態(tài)工況過(guò)渡到下一個(gè)穩態(tài)工況時(shí)溫度階躍量階躍響應曲線(xiàn)的放大系數逐漸增大。這表明在芯片熱功率發(fā)生階躍變化時(shí),越靠近芯片中心的部位,第1期郭春雨等:熱功率信號下芯片溫度動(dòng)態(tài)響應及熱特性分析161其升溫幅度越大(相對于該點(diǎn)溫度的前一個(gè)穩態(tài)值片的熱功率突增時(shí), Monitor2和 Monitor3處的瞬而言)。另一方面,IHS表面的這三個(gè)測溫點(diǎn)從垂態(tài)響應時(shí)間更短即其溫度能從一個(gè)穩態(tài)更快地過(guò)直方向的導熱狀況來(lái)看其差別并不大,但是越靠近渡到下一個(gè)穩態(tài)。從動(dòng)態(tài)特性參數看,即其時(shí)間常芯片邊緣對流換熱對芯片的影響越大。綜合而論,數T表現得更小。因此,研究熱功率信號作用下芯Monitor2和 Monitor3處的散熱條件比 Monitor1片不同點(diǎn)處的溫度沖擊對芯片造成的危險性影響,處的好。因此,與芯片中心 Monitor1處相比,當芯最終要有所區別。表3曲線(xiàn)M3M2、M1的動(dòng)態(tài)特性參數及傳遞函數Table 3 Dynamic characteristic parameters and transfer functions of response curves M-3, M-2 and Ml動(dòng)態(tài)特性及傳遞函數M-32M-1放大系數:K/(℃·wK3=0.029K2=0.04時(shí)間常數:T/s(s:秒T3=2.511T2=2.537T1=3.338傳遞函數:G=仍十(此處的是復數變量)G()=2.51+G2()=0.0420.0297+1G1()=3.338+13.2方波信號下芯片溫度的動(dòng)態(tài)響應12可見(jiàn),芯片中心 Monitor1處的響應溫度從穩態(tài)設定總功率為100W,熱功率因子( Multiplier)值(-5s到0s時(shí)的溫度值)到達穩定振蕩階段的這隨時(shí)間的方波變化如圖9所示。為方便處理數據設定時(shí)間是負值時(shí)為穩態(tài)工作。穩態(tài)時(shí),芯片的熱過(guò)渡階段穩定振蕩階功率值為60W(100W×0.6),方波的峰谷值之差為穩態(tài)時(shí)芯片熱功率值的10%,方波的占空比為50%穩態(tài)時(shí)的溫度值b064圖10方波熱功率信號下芯片中心 Monitor1處的溫度響應曲線(xiàn)(信號周期分別為0.5s2s、68)Fig. 10 Temperature dynamic response curves of Monitor200204060801001 based on square wave thermal power signal圖9芯片熱功率的方波信號(方波周期Tc=6s)9 square wave thermal power signal(Period is 6 s圖10~圖12所示分別是計算得出的九種不同周期方波信號下芯片中心( Monitor1處)的溫度響(應情況。熱功率信號發(fā)生方波變化后:信號周期較小時(shí)(周期為0.5s2s、6s),由圖10可見(jiàn),芯片中心處的溫度呈現鋸齒狀變化,響應溫度在達到穩定j方郎事振蕩前有一個(gè)明顯的爬升過(guò)程,即由低溫向高溫的逐漸過(guò)渡階段。圖11中國煤化工oior1處的溫度說(shuō)明:圖7所示是 Flotherm軟件的仿真結果;CNMHGS26:、42s)為方便處理數據圖10及下文中的圖表所示均是將 Fig. 11 Temperature dymamic response curves of Moni軟件的仿真結果在 Excel中進(jìn)行處理后得到的。隨著(zhù)方波熱功率信號周期的增大由圖11和圖(Periods are 16 s, 26 s and 42 s, respectively)郭春雨等:熱功率信號下芯片溫度動(dòng)態(tài)響應及熱特性分析2010年個(gè)過(guò)渡過(guò)程已經(jīng)很不明顯。這會(huì )在短時(shí)間內使芯片積分平均溫度可用(6)式計算:溫度有一個(gè)突然的攀升,給芯片造成劇烈的溫度沖1∑Tal e0 2C2十t1)·(擊。這對電子元件顯然是不利的,應極力避免(6)44M樂(lè )了f對于九種周期的方波熱功率信號,可計算求得九個(gè)積分平均溫度值如圖14所示。當熱功率信號周期由小增大時(shí),積分平均溫度值雖然也在增加,但其增幅卻始終在0.1℃之內。積分平均溫度反映芯片在熱功率信號作用下的平均溫度水平,而此平均75155235315395475溫度水平又是芯片抵抗熱疲勞能力的重要標志。若r=543+64+t808平均溫度較高,說(shuō)明抵抗種熱沖擊的能力較差,芯片圖12方波信號下芯片中心 Monitor1處的溫度響應曲線(xiàn)較容易在此種沖擊下出現熱疲勞,不利于保證芯片(信號周期分別為54s64s,80s)的工作穩定性。但在圖14中,由于熱功率信號周期Fg12 Temperature dynamic response curves of Monitor的增加沒(méi)有引起積分平均溫度的大幅增加,故此處1 based on square wave thermal power signal熱功率信號周期的增加對芯片在熱沖擊下的抗疲勞Period are 54 s, 64 s and 80 s, respectively)能力已無(wú)明顯影響。0.302399405060708090周期/s周期/s圖13芯片中心 Monitor1處響應溫度的振幅隨熱功圖14積分平均溫度隨熱功率信號周期的變化率信號周期的變化ig. 14 Change of integration average temperatureFig. 13 Amplitude change of response temperature atwith thermal power signals'periodsMonitor 1 with thermal power signals,periods3.3正弦信號下芯片溫度的動(dòng)態(tài)響應如圖13所示,隨著(zhù)方波信號周期Tw的增大,芯片熱功率信號隨時(shí)間的周期性正弦變化如圖芯片中心 Monitor1處響應溫度振幅增加的幅度卻15所示。穩態(tài)時(shí)(0s之前),芯片熱功率為70W,越來(lái)越小。周期64s時(shí)與周期80s時(shí)的溫度振幅相差僅0.002℃可以認為此時(shí)溫度振幅已不隨熱功率信號周期的增加而變化,故可把64s作為一個(gè)臨界周期T。當Tm小于T時(shí),熱功率信號對芯片造成的溫度沖擊與信號周期有關(guān);而當Tw大于等于T時(shí),由于 Monitor1處響應溫度振幅已不隨熱功率信號周期的變化而改變,故此時(shí)熱功率信號對芯片造成的溫度沖擊已與信號周期無(wú)關(guān)。所以,中國煤化工當Tw小于T時(shí),要降低對芯片造成的溫度沖擊,應盡量減小熱功率信號的周期CNMHG將整個(gè)計算時(shí)間c劃分為n個(gè)時(shí)間步對應n圖15芯片熱功率的周期性正弦信號周期T=1s)個(gè)響應溫度值。由于本文將時(shí)間步劃分得很密,故Fig.15 Periodic sine thermal power signal( Period is1s)第1期郭春雨等:熱功率信號下芯片溫度動(dòng)態(tài)響應及熱特性分析正弦信號的振幅為7W(振幅為穩態(tài)熱功率值的相差0.004℃和0.002℃,故可認為周期大于54s10%)。圖16和圖17所示是計算求得的8種周期時(shí),溫度振幅已不隨熱功率信號周期的增加而增加,正弦信號下 Monitor1處的響應溫度情況。故可把54s作為一個(gè)臨界周期T。當T小于T時(shí),熱功率信號對芯片造成的溫度沖擊與信號周過(guò)渡階段—穩定振蕩階段期有關(guān);而當T大于等于T時(shí),因芯片中心Mo41.1nitor1處響應溫度振幅已不隨熱功率信號周期的變化而改變,故此時(shí)熱功率信號對芯片造成的溫度40擊已與信號周期無(wú)關(guān)所以,當T小于r,時(shí)若要降低對芯片造成的溫度沖擊,應盡量減小熱功率信號的周期5051015202530354045505560t/srlst2s·|=4s器04圖16正弦熱功率信號下芯片中心 Monitor1處的溫度0.3響應曲線(xiàn)(周期分別為1s2s4s,8s)16 Temperature dynamic response curves of Moni-tor 1 based on sine thermal power signal (Peri-ods are 1 s, 2s, 4 s and 8 s, respectively)00周期/8414圖18響應溫度的振幅隨熱功率信號周期的變化Fig 18 Amplitude change of response temperature atMonitor 1 with thermal power signals'periods根據(6)式,可求得8種周期的正弦熱功率信號想:￥各自的積分平均溫度值如圖19所示。當正弦熱功1552353354755635率信號的周期由小增大時(shí),雖然其積分平均溫度值r32s·r54-r=66r=76s也在增加,但其增幅卻始終在0.05℃之內。積分平圖17正弦熱功率信號下芯片中心 Monitor1處的溫度響均溫度反映芯片在熱功率信號作用下的平均溫度水應曲線(xiàn)(周期分別為32s548、66s76s)平,此平均溫度水平可作為芯片抵抗熱疲勞能力的Fg17 Temperature dynamic response curves of Monitor1一種重要度量。若平均溫度較高,則芯片較容易在based on sine thermal power signal( Periods are32此種沖擊下出現熱疲勞說(shuō)明其抵抗熱沖擊的能力s, 54 s, 66 s, and 76 s, respectively較差使芯片的工作可靠性降低。但在圖19中,熱功率信號發(fā)生正弦變化后,當信號周期較小時(shí)如圖16所示,芯片中心Moi1處的溫度呈e4os正弦變化響應溫度在達到穩定振蕩前有一個(gè)明顯側408的由高溫向低溫的逐漸過(guò)渡階段。隨著(zhù)熱功率正弦信號周期的增大如圖17所示響應溫度在達到穩定振蕩前的下降過(guò)程已經(jīng)很不明顯,這會(huì )在短時(shí)間內使芯片溫度有一個(gè)突降。顯然,這容易誘發(fā)芯片V山中國煤化工一的偶然性損壞不利于確保芯片的壽命。CNMHG如圖18所示,隨著(zhù)正弦信號周期Tm的增大,圖19積分平均溫度隨熱功率信號周期的變化芯片中心 Monitor處溫度振幅的增加卻越來(lái)越慢Fig. 19 Change of integration average temperature wi周期54s時(shí)與周期66s、76s時(shí)的溫度振幅分別僅thermal power signals'periods164郭春雨等熱功率信號下芯片溫度動(dòng)態(tài)響應及熱特性分析010年熱功率信號周期的增加沒(méi)有引起積分平均溫度的大液體金屬散熱技術(shù)的提出與發(fā)展[].電子機械工程幅增加,所以,此時(shí)熱功率信號周期的增加對芯片在2006,22(6):9熱沖擊下的抗疲勞能力已沒(méi)有顯著(zhù)的影響。[2]劉靜.熱學(xué)微系統技術(shù)[M]北京:科學(xué)出版社美國學(xué)者 Matthew Sweetland46對在瞬態(tài)條2008:131件下測試集成電路裝置的一種綜合空氣射流冷卻和[3]陶文銓,數值傳熱學(xué)[M第二版西安:西安交通大學(xué)出版社,2001:1-18.高功率激光加熱的溫控系統的設計與測試進(jìn)行了深[4] SWEETLAND M, LIENHARD J. Active thermal control人研究。其目的是確保高功率微處理器在產(chǎn)品測試of distributed parameter systems with application to tes-中準確的性能等級分類(lèi),因此要對芯片級的溫度實(shí)ting of packaged IC devices ] ASME J Heat Transfer施主動(dòng)控制。但是,只有對熱測試中器件的溫度動(dòng)2003,125(1):164-174態(tài)響應特性進(jìn)行準確識別,才能更好地實(shí)施主動(dòng)[5] SWEETLAND M, LIENHARD J, SLOCUMAH. A溫控convection/radiation temperature control system forhigh power density electronic device testing []. J Elec4結論ackag,2008,130(3):1-10.[6] SWEETLAND M Design of thermal control systems本文對熱功率信號下芯片溫度的動(dòng)態(tài)響應特性for testing of electronics [D]. Cambridge Massachusetts Institute of Technology. 2001進(jìn)行了仿真研究,結論如下1)由芯片中心測溫點(diǎn)( Monitor1)的溫度對[7]魏順字,李志國,程堯海,等.多芯片組件的三維溫場(chǎng)有限元模擬與分析[].微電子學(xué),2005,35(4):芯片發(fā)熱功率的階躍響應曲線(xiàn)可見(jiàn),芯片溫度對自身發(fā)熱功率的階躍響應是一個(gè)慣性環(huán)節。從芯片邊[8黃竹,蔣和全,鄙毅之開(kāi)關(guān)電源的熱設計[.微電緣到芯片中心、芯片溫度階躍響應曲線(xiàn)的放大系數子學(xué),2008,38(4):574-577和時(shí)間常數均逐漸增大,這是由于芯片邊緣與芯片[9]程迎軍,羅樂(lè ),蔣玉齊等.多芯片組件散熱的三維有中心的散熱條件不同所致。限元分析[J,電子元件與材料,2004,23(5):43452)芯片溫度的方波和正弦響應曲線(xiàn)表明,方波[0]王健石,朱東霞電子設備熱設計速查手冊[ML北和正弦熱功率信號均存在一個(gè)臨界周期T。當信京:電子工業(yè)出版社,2008號的周期Tm小于T時(shí),要降低對芯片造成的溫度沖擊應盡量減小信號的周期;若T大于或等作者簡(jiǎn)介于T。時(shí),則熱功率信號對芯片造成的溫度沖擊已經(jīng)郭春雨(1983-一),男(漢族),內蒙古包與信號周期無(wú)關(guān)頭人,碩士研究生,主要從事微電子器件和3)對于不同周期的方波和正弦信號,根據溫度集成電路的可靠性熱設計與研究。響應曲線(xiàn)求得的積分平均溫度的變化范圍在01℃崔國民(1969-),男(漢族),吉林雙遼以?xún)?此時(shí)熱功率信號周期的變化對芯片在熱沖擊人,博士,教授,博士生導師研究方向為高下的抗疲勞能力已無(wú)明顯影響。效換熱器與強化傳熱、電子設備可靠性熱設計、能量系統綜合與優(yōu)化等。參考文獻:[1劉靜,周一欣.芯片強化散熱研究新領(lǐng)域一低熔點(diǎn)中國煤化工CNMHG