Материал: Моделирование температурных полей микроэлектронных устройств и приборов методические указания к лабораторным работам

Лабораторная работа № 5

МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО ПОЛЯ И РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ МИКРОСБОРКИ

1.ОБЩЕЕ ОПИСАНИЕ РАБОТЫ

1.1Цель работы - ознакомление с методами моделирования температурных нолей и методами расчета надежности микросборок (МСВ) с использованием специализированного ПМК

МСБ.

1.2 Содержание работы Лабораторная работа состоит из домашнего и лаборатор-

ного заданий. Домашнее задание заключается в изучении математических моделей, используемых для расчета теплового режима микросборки и определения показателей ее надежности. При выполнении лабораторного задания определяется перегрев элементов МСБ и степень ее надежности.

1.3. Используемое оборудование Для выполнения лабораторной работы используется

ПЭВМ типа IBM PC с цветным монитором и принтером.

2. ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ЕГО ВЫПОЛНЕНИЮ

Для выполнения задания необходимо проработать материал, изложенный в [1-5] и в данном разделе.

Основными вопросами, требующими проработки являют-

ся:

теплофизическая модель МСБ; тепловые и математические модели пленочных и навесных

компонентов МСБ; расчет температурного поля элементов МСБ аналитиче-

ским методом;

34

математическая «модель для определения параметров надежности МСБ.

Тепловая модель МСБ приведена на рис. 9. В указанной тепловой модели влиянием корпуса пренебрегаем.

Рис. 9. Тепловая модель МСБ: 1 - подложка; 2 - пленочный элемент;

3 - навесной компонент

Установленные на пластине элементы можно разделить на пленочные элементы и навесные компоненты. К последним относятся бескорпусные транзисторы, микросхемы, диоды и др. Все элементы моделируются плоскими источниками тепла, однако из-за существенной разногабаритности элементов (особенно по толщине) расчет для пленочных и навесных компонентов осуществляется по - разному. В основу расчета положено аналитическое решение уравнения теплопроводности (1) для одного (1- ro) источника тепла, полученное методом конечных интегральных преобразований:

35

x0i,y0i - координаты центра источника тепла; d - толщина подложки МСБ;

Bi=Lxα/λ - критерий Био.

Используя (24) и применяя принцип суперпозиции температурных полей, получим температуру подложки в месте расположения i-гo источника тепла:

где Тi - температура в месте установки i-гo элемента; Тс - температура среды;

(x0i , y0i , d ) - перегрев в центре i-го элемента;

ji - наведенный перегрев i-го элемента, вызванный тепло-

вым делением j-го.

Для пленочных элементов температура определяется как сумма температуры среды и перегрева подложки в центре элемента, а для навесных - по следующей формуле:

36

где RЭ П - тепловое сопротивление элемент-подложка (внутрен-

нее тепловое сопротивление).

Определение коэффициента теплоотдачи с поверхности, корпуса МСБ осуществляется способом, описанным для ИС.

Как и для ИС, температурный режим оказывает существенное влияние на надежность МСВ. Для оценки надежности МСБ определим интенсивность отказов из формулы

где λT , λД, λR, λC - интенсивности отказов транзисторов, диодов, пленочных резисторов и конденсаторов;

λкомп, λсоед - интенсивности отказов пассивных навесных компонен тов и соединений;

NT , NД, NR, NC - количество транзисторов, диодов, пленочных резисторов и конденсаторов соответственно;

Nкомп - количество навесных пассивных компонентов; nкомп - количество выводов навесных пассивных компонен-

тов;

аT , аД, аR, аC - коэффициенты режима работы (температурные коэффициенты).

Типичные интенсивности отказов, рекомендуемые для расчетов, представлены в табл. 4.

37

Интенсивность отказов пассивных навесных компонентов зависит от типа компонентов. Примеры интенсивностей отказов навесных пассивных компонентов представлены в табл. 5.

Таблица 5

Как видно из табл. 6. пленочные конденсаторы имеют пониженную надежность при высокой температуре. Это объясняется ускорением процессов миграции атомов материалов обкладок но микродефектам в диэлектрике, что приводит к повышению токов утечки или пробою.

Расчет 95 %-го ресурса проводится аналогично случаю с

ИС.

38