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Chip-in-Board 패키지의 열전달 해석
Numerical Simulation of Heat Transfer in Chip-in-Board Package 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. B. B, v.37 no.1 = no.328, 2013년, pp.75 - 79  

박준형 (서울과학기술대학교 나노 IT 융합프로그램) ,  심희수 (서울과학기술대학교대학교 기계시스템디자인공학과) ,  김선경 (서울과학기술대학교대학교 기계시스템디자인공학과)

초록
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반도체 수요의 폭발적인 증가와 기술의 진보로 단위면적당 소자수가 늘어나고 있다. 그에 따라 단위면적당 발열량이 더욱 높아져서 반도체의 수명과 신뢰성 보장을 위한 냉각문제의 해결이 점점 중요해지고 있다. 특히, 집적도를 높이기 위해 소자를 기판에 매립하는 chip-in-board (CIB) 패키지에서는 방열이 더욱 심각한 문제가 된다. 본 논문에서는 각기 다른 재질의 층으로 구성된 열 전달모형을 설정하고, 3 차원 열 전달 해석으로 적절한 경계 조건에 맞추어 계산하였다. 이를 토대로 발열량을 정량적으로 예측하여 실제모델에 적용 될 수 있는 설계자료로 이용하고자 한다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Demands for semiconductor devices are dramatically increasing, and advancements in fabrication technology are allowing a step-up in the number of devices per unit area. As a result, semiconductor devices require higher heat dissipation, and thus, cooling solutions have become important for guarantee...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구는 CIB 패키지부분의 고체전도와 공기로 채워져 있는 해석영역에서 소자의 구동으로 발생된 열로 인해 가벼워진 공기가 상승하여 발생되는 자연대류를 연계하여 해석하였다.
  • 본 연구에서는 국부적으로 온도상승을 일으키는 조건을 파악하고 실제형상의 가까운 모형을 만들어 유한요소해석에 의한 온도분포를 관찰하였다. 일반적으로 열전도 해석에 있어서 정확도 높은 결과를 얻기 위해서는 완벽한 형상모델링과 각 재질에 따른 물성 값 및 열 전달계수 등을 바탕으로 수치해석을 수행해야 한다.

가설 설정

  • 해석영역을 채우는 기체는 공기이며 온도는 상온인 20℃, 압력은 101325 Pa 이다. Heat source 인 소자는 체적당 균일한 열이 발생하는 체적 발열체 이며, 실제 구동중인 소자의 전력 소모량 전체가 모두 열로 전환 되는 것으로 가정하여 소모전력은 0.218W 로 설정하였으며, 이 소모 전력에 의한 발열은 소자에서만 집중적으로 일어나는 것으로 가정(5)하였다. 이때 소모 전력은 전압, 전류를 측정한 후 서로 곱하여 구하고 발열량은 소모전력과 같은 것으로 보았다.
  • 고체전도는 열 유속이 전달방향으로 일정하다고 가정하여 다음과 같은 방정식을 사용하였다.
  • 실제 CIB 패키지는 각 면에 대해 본딩 접촉이 되어 있으므로 각 면의 접촉 경계조건은 본딩으로 설정하였으며, 하단부는 공기로 채워져 있으므로 대류 열 전달이 일어나는 것으로 설정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
chip-in-board (CIB) 패키지에서의 심각한 문제는? 그에 따라 단위면적당 발열량이 더욱 높아져서 반도체의 수명과 신뢰성 보장을 위한 냉각문제의 해결이 점점 중요해지고 있다. 특히, 집적도를 높이기 위해 소자를 기판에 매립하는 chip-in-board (CIB) 패키지에서는 방열이 더욱 심각한 문제가 된다. 본 논문에서는 각기 다른 재질의 층으로 구성된 열 전달모형을 설정하고, 3 차원 열 전달 해석으로 적절한 경계 조건에 맞추어 계산하였다.
chip-in-board (CIB) 패키지는 무엇인가? 그에 따라 단위면적당 발열량이 더욱 높아져서 반도체의 수명과 신뢰성 보장을 위한 냉각문제의 해결이 점점 중요해지고 있다. 특히, 집적도를 높이기 위해 소자를 기판에 매립하는 chip-in-board (CIB) 패키지에서는 방열이 더욱 심각한 문제가 된다. 본 논문에서는 각기 다른 재질의 층으로 구성된 열 전달모형을 설정하고, 3 차원 열 전달 해석으로 적절한 경계 조건에 맞추어 계산하였다.
반도체 수요의 폭발적인 증가에 따라 중요해지고 있는 것은? 반도체 수요의 폭발적인 증가와 기술의 진보로 단위면적당 소자수가 늘어나고 있다. 그에 따라 단위면적당 발열량이 더욱 높아져서 반도체의 수명과 신뢰성 보장을 위한 냉각문제의 해결이 점점 중요해지고 있다. 특히, 집적도를 높이기 위해 소자를 기판에 매립하는 chip-in-board (CIB) 패키지에서는 방열이 더욱 심각한 문제가 된다.
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참고문헌 (6)

  1. Chang, B.H., 2011, "Natural Convection Heat Transfer in Inclined Rectangular Enclosures," Journal of Energy Engineering, Vol. 20, No. 1, pp. 44-53. 

  2. Kim, Y.S., Lee, J.G., Chung, D.H. and Ko, H.S., 2003, "Analysis of Thermal Distribution for LCD-TV Using Numerical Simulation and Experiment," Proceedings of the KSME 2003 Fall Annual Meeting, pp. 302-307. 

  3. Kwak, H.S., Lee, S.E., Park, K.S. and Kim, K., 2009, "A Computational Study on Free Convection for Thermal Performance Evaluation of a SWNT Thin- Film Heater," Korean Society of Computational Fluids Engineering, pp. 315-320. 

  4. Lee, G.H., Yoo, D.W. and An, S.B., 2009, "Simulation by Utilize," GI JEON, Seoul, pp. 185-380. 

  5. Kim, S.K., Lee, J.K. and Cha, D.H,. 2011, "Heat Transfer Deformation Analysis of Flip Chip Bonder," 2011 Trans. Korean Soc. Mech. Eng. A, pp. 461-462. 

  6. Kim, H.K. and Oh, S.I., 1996, "Evaluation of Heat Transfer Coefficient Distribution by Inverse Analysis," Trans. Korean Soc. Mech. Eng., Vol.20, No.12, pp. 3856-3870. 

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