[发明专利]一种用于过孔结构的等效热建模方法

说明书

本发明涉及一种用于过孔结构的等效热建模方法，包括：1、构建带有缓冲块结构的单个过孔结构的原始模型；2、在原始模型上施加边界条件和热源，得到热源所在平面的平均温度；3、使用与过孔区域体积相等的方柱代替原有的过孔区域，构建等效模型；4、在等效模型上施加与原始模型相同的边界条件和热源，对方柱的热导率进行参数扫描，确定方柱的等效热导率；5、针对过孔区域中过孔铜层厚度与过孔半径的不同比值，重复步骤1～4，提取相应的方柱等效热导率；6、利用参数拟合法获得方柱的等效热导率模型；7、根据方柱的等效热导率模型，实现多过孔阵列结构的等效热建模。与现有技术相比，本发明具有实施过程简便、模型准确度高、适用面广等优点。

技术领域

本发明涉及微电子封装技术领域，尤其是涉及一种用于过孔结构的等效热建模方法。

背景技术

随着电子封装技术的发展，电子系统的功率密度不断升高，散热问题日益严重。过高的温度会影响电子元器件的可靠性，甚至导致整个电子系统的失效。因此热管理是电子系统面临的重要的问题。过孔被广泛应用于电子封装结构和印制电路板中，用于垂直方向上的电气互连以及热量的传递扩散等目的。因此，作为电子系统的重要组成部分，有必要对其传热特性进行准确评估。

评估过孔传热性能的方法主要有等效热阻网络法以及基于有限元的数值方法等。等效热阻网络法在提取过孔结构的热阻时，基于电-热对偶关系，推导近似公式来计算过孔的热阻大小，从而构建热阻网络。该方法的主要针对实心过孔结构进行处理，但模型的准确度不高，并且对常见的金属化过孔情形并不适用。基于有限元的数值方法对真实过孔的结构进行详细建模，准确度高，但在过孔数目较多并且分布不均匀的情况下需要划分大量网格，消耗计算资源较高，总体计算效率低。因此，需要开发一种建模过程简便，并且准确高效的过孔结构等效热建模方法，用于快速评估过孔结构的传热特性。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于过孔结构的等效热建模方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于过孔结构的等效热建模方法，包括以下步骤：

S1、根据过孔的几何参数和材料热导率，构建带有缓冲块结构的单个过孔结构的原始模型；

S2、在原始模型上施加边界条件和热源，得到热源所在平面的平均温度；

S3、使用与原始模型中过孔区域体积相等的方柱代替原有的过孔区域，构建等效模型；

S4、在等效模型上施加与原始模型相同的边界条件和热源，并对方柱的热导率进行参数扫描，确定方柱的等效热导率；

S5、针对过孔区域中过孔铜层厚度与过孔半径的不同比值，重复步骤S1～S4，提取相应的方柱的等效热导率；

S6、根据步骤S5所得数据，利用参数拟合法获得方柱的等效热导率模型；

S7、根据S6得到的方柱的等效热导率模型，实现多过孔阵列结构的等效热建模。

优选的，所述原始模型包括介质区域，所述介质区域的内部设有过孔区域，所述介质区域的外侧设有缓冲块结构，所述过孔区域的内壁覆有过孔铜层，所述过孔铜层内部为过孔填充物。

优选的，所述缓冲块结构为具有较高热导率的矩形块材料，当提取方柱水平方向的等效热导率时，所述缓冲块结构设于介质区域水平方向的侧面，当提取方柱垂直方向的等效热导率时，所述缓冲块结构设于介质区域垂直方向的侧面。

优选的，所述S2中，在原始模型上施加边界条件和热源的过程包括：

在所述缓冲块结构的一个侧面施加均匀热源，与该平面平行的介质区域的另一个侧面施加恒温边界条件，其他边界设置为绝热边界条件。