РАДИОЭЛЕКТРОНИКА

Моделирование и анализ распределений температуры и термомеханических напряжений в многокристальном электронном модуле

1Ходаков А.М., 1,2Смирнов В.И., 1Сергеев В.А., 3Тарасов Р.Г., 1Гавриков А.А.
1Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН, Ульяновский филиал, http://www.ulireran.ru/
Ульяновск 432071, Российская Федерация
2Ульяновский государственный технический университет, https://www.ulstu.ru/
Ульяновск 432027, Российская Федерация
3Научно-производственное предприятие "Завод Искра", https://www.zavod-iskra.ru/
Ульяновск 432030, Российская Федерация
E-mail: ln23al@yandex.ru, smirnov-vi@mail.ru, sva@ulstu.ru, rgtarasov@mail.ru, a.gavrikoff@gmail.com

Поступила 21.02.2024, рецензирована 25.02.2024, принята 29.02.2024, опубликована 25.04.2024

Аннотация: Рассмотрена математическая термомеханическая модель многокристального электронного модуля (МЭМ), содержащего три кремниевых кристалла мощных транзисторов, закрепленных токопроводящим адгезивом на медной пластине, размещенной на радиаторе, в виде системы уравнений теплопроводности и термоупругости с заданными граничными условиями. В результате расчетных исследований модели в программной среде COMSOL Multiphysics получены распределения температуры и термомеханических напряжений в элементах конструкции МЭМ в зависимости от греющей мощности, толщины адгезива и размера модельного дефекта контактного соединения одного из кристаллов МЭМ с медной пластиной в виде пустот в слое адгезива. Показано, что пустоты в слое адгезива приводят к резко неоднородному распределению температуры по площади кристалла и термомеханическим напряжениям сдвига в контактном слое, превышающим предельно допустимые значения для адгезива. Установлено, что термомеханические напряжения уменьшаются с увеличением толщины слоя адгезива и возрастают с увеличением размера дефекта (пустот) в этом слое. Результаты моделирования хорошо согласуются с результатами измерения теплового импеданса кристаллов мощных транзисторов модуляционным методом, что говорит о корректности и адекватности разработанной модели.

Ключевые слова: многокристальный электронный модуль, термомеханическая модель, контактное соединение, дефект, распределение температуры, термомеханические напряжения, тепловое сопротивление, модуляционный метод

УДК 621.382.32

РЭНСИТ, 2024, 16(2):215-222 DOI: 10.17725/rensit.2024.16.215

Полнотекстовая электронная версия статьи – на вебсайтах http://elibrary.ru и http://rensit.ru/vypuski/article/552/16(2)215-222.pdf