Modeling and analysis of temperature and thermomechanical stress distributions in a multi-chip electronic module

Abstract

Рассмотрена математическая термомеханическая модель многокристального электронного модуля (МЭМ), содержащего три кремниевых кристалла мощных транзисторов, закрепленных токопроводящим адгезивом на медной пластине, размещенной на радиаторе, в виде системы уравнений теплопроводности и термоупругости с заданными граничными условиями. В результате расчетных исследований модели в программной среде COMSOL Multiphysics получены распределения температуры и термомеханических напряжений в элементах конструкции МЭМ в зависимости от греющей мощности, толщины адгезива и размера модельного дефекта контактного соединения одного из кристаллов МЭМ с медной пластиной в виде пустот в слое адгезива. Показано, что пустоты в слое адгезива приводят к резко неоднородному распределению температуры по площади кристалла и термомеханическим напряжениям сдвига в контактном слое, превышающим предельно допустимые значения для адгезива. Установлено, что термомеханические напряжения уменьшаются с увеличением толщины слоя адгезива и возрастают с увеличением размера дефекта (пустот) в этом слое. Результаты моделирования хорошо согласуются с результатами измерения теплового импеданса кристаллов мощных транзисторов модуляционным методом, что говорит о корректности и адекватности разработанной модели.