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摘要在通电过程中，芯片表面的焊线将会发热并将热量传递至芯片表面从而会影响到芯片的工作效率。本文采用电热耦合数值模拟的方法研究了通电时芯片的热量分布。利用SolidWorks建立三文模型，利用ANSYS workbench进行电热耦合的数值模拟分析。在充分考虑了影响模拟结果的各项材料参数，以及在有气体强制对流、水强制对流和空气自然对流条件下得出芯片的热量分布。比较各散热条件下的温度分布后，水强制对流时散热最佳，但风冷也完全能满足散热需求。考虑经济效益后风冷为最佳散热条件。25317
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关键词 热量分布 电热耦合 数值模拟 焊线 硅芯片
毕业论文设计说明书外文摘要
Title Numerical simulation of electric wire coupling surface of the silicon chip
Abstract
Energization process, wire chip surface and the heat will transfer heat to the surface of the chip which will affect the work efficiency of the chip. In this paper, the numerical simulation of electric coupling method to study the distribution of heat when power chip. With SolidWorks 3D model using ANSYS workbench simulate electric coupling. Taking full account of the impact of the simulation results of the material parameters, as well as forced convection gas, water forced convection heat draw of the chip and the distribution of natural air convection conditions. After comparing the temperature distribution of the cooling conditions, when the water forced convection heat best, but also can meet the air-cooling requirements. After considering the economic benefits for the best air-cooling.
Keywords heat distribution electric coupling simulation silicon chip bonding wires
目 次
1 绪论 1
1.1 课题背景 1
1.2 电热耦合简介 1
1.3 研究现状 2
1.4 本文研究内容 2
2 前期准备工作 4
2.1 本文所用软件简介 4
2.2 所用方程及细节 5
2.2.1 瞬态热传导文题研究方法及方程 6
2.2.2 设定温度场的边值条件方法 7
3 建立模型以及数值模拟分析 8
3.1 SolidWorks建模 8
3.2 模型导入ANSYS 9
3.3 运用SNSYS workbench建立电热耦合数值模拟分析 13
3.4 模拟结果 19
结论 24
致谢 25
参考文献 26
1 绪论
1.1 课题背景
在通电过程中，电学元件由于通电产生的热量作为热学网络的热源,而在芯片表面的温度分布则作为参数将会影响到芯片的工作性能[4]；温度对硅芯片正常工作的影响主要有如下几种情况：硅芯片的正常工作温度不能超过１５０℃，最新一代的硅芯片正常工作温度不超过１７５℃，在短时脉冲的工作方式下，即使芯片结温进入相对稳定的状态后，仍有可能在平均温度附近发生剧烈的波动，从而会对芯片的可靠性产生很大的影响[10]。温度波动的反复冲击下导致接合线的强度下降、焊盘被剥离或者发生翘曲、熔断等现象，从而引起芯片的失效，使芯片的寿命缩短和可靠性降低，影响到整个装置的工作性能和长期可靠性[10]。
自热效应对于芯片的性能有着极大的影响[2]，在本装置中，电学系统和热学系统之间存在着耦合效应，本文中称之为为电热偶合效应。