[发明专利]一种微焊点层的等效热参数计算方法

说明书

本发明涉及微系统封装结构中微焊点层的热分析领域，尤其涉及一种微焊点层的等效热参数计算方法，包括以下步骤：S1，选取基本单元；S2，从基本单元中抽取微小层结构作为分析计算对象，并分别计算微小层结构的整体热阻；S3，将微小层结构的整体热阻结合傅里叶定律和几何尺寸关系，计算推到微小层结构的等效导热系数；S4，将S3的结果利用微分方法进行整理和推导，获得微焊点层基本单元的等效导热系数。本发明采取“微分”思想对微焊点层进行等效导热系数的理论解析计算，有效简化了微系统的复杂度，大大降低了仿真计算量，具有极大的工程应用价值，同时基于实际焊球结构的方法也提高了微系统热分析时等效建模的准确性。

技术领域

本发明涉及微系统封装结构中微焊点层的热分析领域，具体为一种微焊点层的等效热参数计算方法。

背景技术

随着微电子沿着超越摩尔定律的方向发展，基于三维立体集成技术的微系统发展进入全新发展阶段，以TSV(硅通孔)为核心的三维集成技术已经被广泛认为是未来高密度封装领域的主导技术，是突破摩尔定律的有效途径。

高度集成微系统封装内部功率密度的提高和堆叠芯片数量的增加，由此带来了一系列的热管理问题，这些散热问题将直接影响产品的寿命可靠性而受到极大关注。数值模拟技术可大大缩短产品研制周期、降低设计成本、提高产品热可靠性，已经成为产品热管理设计和封装热特性评价中不可缺少的手段。

对复杂TSV封装结构的微系统而言，由于内部TSV和微焊点的数目非常多，加之结构尺寸差异大存在跨尺度问题，如果详细建模会造成网格划分困难和计算效率低下的问题，尤其将模块用于系统级的热仿真分析时上述问题会加剧。因此对复杂封装器件进行等效建模可大大简化计算量，具有极大工程应用价值。已经有大量研究通过数值计算或仿真手段等方法开展了TSV结构以及微焊点和下填充层的热等效建模研究。目前这些等效建模方法大多是等效体积法，将焊点简化为方形体，有的研究甚至不作体积等效，通过最大外形等效将直径直接作为方形体边长，而实际微焊点层的焊球形貌为截冠球形，两者相差较大，上述简化方式会导致较大计算误差。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种微焊点层的等效热参数计算方法。针对焊点和下填充胶组成的微焊点层建模问题，提出了基于微分思想的热特性参数等效计算方法以计算出微焊点层各向异性的导热系数。相比于常规的等效建模方法，本发明考虑到微焊点层的实际截冠球形焊球结构，采取“微分”思想对微焊点层进行等效导热系数的理论解析计算，解决了由于微系统内部结构复杂、微焊点数目巨大以及跨尺度差异带来的数值仿真建模困难、计算效率低下问题，有效简化了微系统的复杂度，大大降低了仿真计算量，具有极大的工程应用价值，同时基于实际焊球结构的方法也提高了微系统热分析时等效建模的准确性。

本发明是通过以下技术方案来实现：

1.一种微焊点层的等效热参数计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，基于规则阵列形式排布的微系统微焊点，选取基本单元；

S2，从基本单元中抽取微小层结构作为分析计算对象，并分别计算微小层结构的整体热阻；所述整体热阻包括X向整体热阻、Y向整体热阻和Z向整体热阻，所述X向整体热阻与Y向整体热阻相同；

S3，将微小层结构的整体热阻结合傅里叶定律和几何尺寸关系，计算推导微小层结构的等效导热系数；

S4，将微小层结构的等效导热系数利用微分方法进行整理和推导，获得微焊点层基本单元的等效导热系数。

2.根据权利要求1所述的微焊点层的等效热参数计算方法，其特征在于，所述微小层结构视作规则圆柱体。

优选的，所述基本单元包括焊球和下填充胶，焊球位于下填充胶的上方，焊球阵列设置；基本单元的高度为h，长度为p，p为两个相邻焊球圆心之间的距离，焊球的半径为R。