Experimentelle und numerische Studie zu thermischen Kopplungen unter Berücksichtigung des Wärmespreizwinkels von Silizium-Flip-Chips auf FR4-Substrat bei natürlicher und forcierter Konvektion

Abstract:
In aktuellen mikro-elektronischen Systemen müssen verschiedene aktive und passive Bauteile auf engstem Raum miteinander auf dem Substrate (bspw. FR4-Leiterplatte) kombiniert werden. Die dabei stetig steigende Leistungsdichte bedarf einer optimierten Kühlstrategie und der Definition von konduktiven und konvektiven Entwärmungspfade, die bereits während der Layout-Designphase der Baugruppe berücksichtigt werden sollten. Strömungsmechanische Simulationen (CFD) können dabei ein erstes Abbild zur Analyse von Kopplungseffekten zwischen den Wärmequellen und der Umgebung liefern. Diese sind jedoch oft zeitaufwendig und es bedarf zumindest ein gewisses Grundverständnis, um die Fluidmechanischen Parameter, das Vernetzen der Geometrien und die gewonnenen Ergebnisse richtig zu interpretieren. Erste analytische Ansätze zur reduzierten Beschreibung von ungehäusten Chips auf Leiterplattensubstrat können durch thermische Widerstandsnetzwerke abgebildet und durch Aufteilung der Wärmeströme in Richtung Substrat (Wärmeleitung) und in Richtung des bewegten Fluides (Konvektion) näher beschrieben werden.