电子构装散热性能分析 tw

   电子构装散热性能分析

国立云林科技大学机械工程系硕士班 硕士论文
电子构装热性能分析
研究生：谢佑宜


电子构装热性能分析
Thermal Analysis of Electronic Packages

摘要
本研究探讨电子构装热性能分析，以CFD软件ANSYS/FLOTRAN仿真热传热对流效应，建立小面积平板(水平与垂直)与周围空气之CFD热分析模型，平板表面空气之网格分割，以边界层厚度为参考，改变网格大小预测热对流系数，并与理论值比较，找出合理的网格分割准则，验证模拟的正确性，示范CFD模型可合理预测热对流系数。
再以合理的平板热对流系数，设定于LQFP208L、PBGA436、及QFN48 三种不同型式构装FEM热传模型表面，仿真热阻值与实验热阻值比较其差异，确认小面积平板之自然及强迫对流系数，适用于电子构装热分析。也执行CFD构装热-流场模拟分析，仿真构装温度分布及撷取自然对流与强迫对流之热对流系数，分别设定于LQFP208L、PBGA436、及QFN48的FEM热传分析模型，比较仿真与实验热阻值差异。合理的热对流系数，运用于FEM热场模拟分析，可预测正确的热阻值，CFD热-流场构装热传分析，不需设定表面热对流系数，惟模型网格数目较多。最后针对LQFP208L附加散热片型式的构装仿真热分析，散热片不同的厚度、面积比，与热传导系数为设计参数，探讨其热传性能，并与QFN48构装热性能比较。
关键词：热阻值、有限元素方法、CFD、热对流系数

目 录
第一章 绪论-1
1.1 前言--1
1.2电子构装技术制程2
1.3技术发展演进历程4
1.4先进高阶封装兴起6
1.5文献探讨7
1.6研究目的8
第二章 研究方法-9
2.1模拟方法9
2.1.1 平板CFD模拟分析步骤--9
2.1.2 FEM热场模拟分析步骤--9
2.1.3 CFD流场分析-假设条件10
2.1.4 FEM热场分析-假设条件10
2.2热阻量测---10
2.3风洞实验环境条件---11
2.3.1 自然对流 (natural convection)---11
2.3.2 强制对流 (forced convection)13
2.4热阻量测实验步骤--14
2.4.1 自然对流(natural convection)之热阻量测--14
2.4.2 强迫对流(forced convection)之热阻量测--14
2.5平板热对流模拟--15
2.6构装热场分析模拟---15
2.6.1 LQFP208L(Low-Profile Quad Flat Pack)构装体分析-15
2.6.2 PBGA436(Plastic Ball Grid Array)构装体分析-16
2.6.3 QFN48(Quad Flat No-lead)构装体分析-16
2.7热场分析流程-17
2.8 CFD热-流场分析流程--17
第三章 理论介绍--18
3.1 热传分析基础理论--18
3.1.1 热传导理论--18
3.1.2 热对流理论--21
3.1.3 平板热传热对流系数--22
3.1.3.1 热传无因素参数---22
3.1.3.2 水平板与垂直板平板对流之边界层厚度-23
3.1.4 平板热对流系数设定--23
3.1.5 辐射热传递理论26
3.2有限元素方法27
3.2.1 热传有限元素分析-27
3.2.2 CFD模型分析理论---29
第四章 电子构装热性能分析---30
4.1平板热对流模拟-30
4.1.1 CFD分析程序---30
4.1.2 CFD元素型态之介绍31
4.1.3 网格设定方式---31
4.1.4 边界条件设定---33
4.1.5 平板热对流模拟结果与讨论-34
4.2电子构装之热性能分析37
4.2.1元素分析型态介绍与仿真方法37
4.2.2 模型简化--39
4.2.3 模型建立与网格分析描述-40
4.3电子构装之热性能仿真分析结果 ---42
4.3.1电子构装体LQFP208L--42
4.3.2 LQFP208L模拟分析结果---44
4.3.3电子构装体PBGA436---47
4.3.4 PBGA436模拟分析结果49
4.3.5电子构装体QFN48---55
4.3.6 QFN48模拟分析与结果57
4.4模拟构装表面热对流系数分析61
4.4.1 LQFP208电子构装热性能分析---61
4.4.2 PBGA436电子构装热性能分析---62
4.4.3 QFN48电子构装热性能分析-63
4.5电子构装体热传分布64
4.5.1 LQFP208L电子构装体热传分布-64
4.5.2 PBGA436电子构装体热传分布--65
4.5.3 QFN48电子构装体热传分布--67
4.6 LQFP208L附加散热片分析69
4.7 LQFP208L附加露面型式散热片(面积比为8.16％)模拟分析---72 v
第五章 结论76
5.1 平板热对流模拟-76
5.2电子构装热性能分析---76
参考文献78

不错的资料。谢谢。