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关键词：微电子芯片、热仿真模型、节点温度摘 要：微电子芯片普及在生活及生产的各个方面,在现代文明中扮演着极其重要的角色。但是,随着芯片尺寸的减小,体积发热热通量的增大,对于芯片而言工作温度不断升高将造成芯片的不可逆损坏,更有甚者将导致整个微电子系统的崩溃。因此,微电子芯片的热问题已经成为制约其发展的主要因素,对芯片进行热仿真分析就变得至关重要。本文采用数值分析的方法,对芯片建立热仿真模型,并对模型进行校核,保证其准确性和预测性，从而为高密度芯片的热设计提供理论指导和依据。利用ANSYS分析常见因素对芯片节点温度的影响,这七个因素分别为:环境温度;芯片放置方位;芯片封装材料热导率;PCB板沿板面热导率;焊接材料厚度;芯片功率和冷却风。最后,采用正交试验的方法对各因素进行了对比分析,得到影响芯片节点温度的最主要因素为环境温度。

Abstract：The popularization of microelectronic chips plays an extremely important role in all aspects of life and production in modern civilization.However, with the decrease of chip size and the increase of volume heat flux, the increase of working temperature will cause irreversible damage to the chip, and even lead to the collapse of the whole microelectronic system.Therefore, the thermal problem of microelectronic chip has become the main factor restricting its development, and the thermal simulation analysis of chip becomes very important.In this paper, the thermal simulation model of the chip is established by numerical analysis method, and the model is checked to ensure its accuracy and predictability, so as to provide theoretical guidance and basis for the thermal design of high-density chips.ANSYS is used to analyze the influence of common factors on the chip node temperature. The seven factors are: ambient temperature; chip placement orientation; thermal conductivity of chip packaging material; thermal conductivity of PCB along the board surface; thickness of welding material; chip power and cooling air.Finally, the orthogonal test method is used to analyze the factors, and the main factor that affects the chip node temperature is the environment temperature.

正文：

1. 研究背景

随着计算机技术的不断发展，以及信息技术的日新月异，研究MEMS芯片的发展历程及应用显然很有用处。从全球来看，各类芯片在经济休系中也占据着较人的比重。因此，为了能在经济高速发展的当今社会有个好的发展前景，为了能够更好的适应这日新月异的社会,我们应当充实我们的知识面，方能不被时代的潮流踩在脚下，方能拥有更为广阔的天空。

微电子芯片是采用微电子技术制成的集成电路芯片，它已发展到进入千兆（芯片GSI）时代^[1]。^.微芯片上的器件密度已达到人脑中神经元密度水平。这样水平的微芯片将促使计算机及通信产业更新换代，大大改变人们生产、生活的面貌。科学家们已在讨论把微电子芯片记忆线路植入人的大脑以治疗老年性痴呆症，或增加人的记忆能力的可能性。用微电子芯片制做的手提式超级计算机、电子笔记本、微型翻译机和便携式电话等已陆续出现。

MEMS芯片的应用遍及各个领域，在日常生活生产中扮演着重要的角色，对于社会经济的发展及其有推动作用。芯片发展的趋势是进一步提高集成度、减小芯片尺寸及增大时钟频率^[17]。二十世纪七十年代的芯片只含2300个晶体管，根据著名的“摩尔定律”推算：芯片上的晶体管每18个月翻一番，那么到今天，芯片上晶体管的数量已有十几亿多^[2]。

但随着芯片的集成度不断提高，尺寸不断的减小，其发热量也逐步的提高，也成为了限制芯片发展的一大主要因素。首先，对于芯片自身而言，在使用的过程中，温度的不断提高，参数的变化会使性能得到影响，一般最高允许的温度范围使90℃到120℃，超出临界温度，将对芯片造成不可逆转的损害^[3]。其次，对于热负荷敏感度较高的微电子器件及微系统而言，热量在芯片处的积累将导致器件和系统温度迅速提高，严重影响电子器件的工作状态和系统稳定。一旦超出微电子器件或微系统的允许的上限温度，则将烧坏一些关键部位，使整个系统崩溃。

其发展限制主要可以分为：物理规律限制、材料限制、工艺技术限制（光刻设备尺度问题、互连引线问题、可靠性问题、散热问题）。这些约束问题，值得我们去研究解决，以提高整个芯片的应用能力。