Thermal characterisation of IMB technology

Abstract

Tämän työn tarkoituksena oli määritellä IMB ("integrated module board") -teknologian lämpöominaisuudet. Niin elektroniikan miniatyrisoituminen kuin transistoritiheyksien kasvaminen integroiduissa piireissä on johtanut siihen, että elektroniikan luotettavuusriskit ovat lisääntyneet. Piirien sähköisten toimintojen tuottamat hukkatehotiheydet ovat kasvaneet tasolle, joka pahimmillaan johtaa tuotteen ylikuumenemiseen ja on sitä kautta merkittävä luotettavuusriski ilman asianmukaista lämmönhallintaa.

Työn kirjallisuusosuudessa perehdyttiin termodynamiikan ja lämmönsiirron teorioihin elektroniikan lämpökarakterisointiin ja lämmönhallintamenetelmiin Kokeellisessa osassa suunniteltiin, valmistettiin, mitattiin ja mallinnettiin kaksi erilaista rakennetta - 8 mm x 8 mm -kokoinen yhden sirun sisältävä komponenttipaketti ja moduuli, jossa siru oli haudattu suoraan emolevyyn. Lisäksi suunniteltiin erilaisia lämmönhallintarakenteita kumpaankin testirakenteeseen. JEDEC-standardin mukaiset termiset resistanssit mitattiin käyttäen kannettavassa kulutuselektroniikassa tyypillisiä tehotasoja. Testirakenteiden lämpömallinnukseen käytettiin FloTherm© -ohjelmistoa. Saadut tulokset analysoitiin rakenteiden lämpökäyttäytymisen ymmärtämiseksi.

IMB-testirakenteiden vahvuudet, heikkoudet ja optimaaliset lämmönhallintatavat määritettiin onnistuneesti. Standardinmukaisilla termisen resistanssin mittauksilla taattiin mahdollisuus vertailla IMB-teknologian kyvykkyyttä perinteisiin teknologioihin. IMB-teknologia osoittautui lämpöominaisuuksiltaan käyttökelpoiseksi paketointiteknologiaksi tutkitulla tehoalueella. Lisäksi voitiin osoittaa, että lämpöominaisuuksia voidaan edelleen parantaa hyvällä lämpösuunnittelulla.