隨著電子芯片向小型化、集成化和低成本化發(fā)展,芯片功耗密度增大,單位面積內(nèi)高熱流密度問題加重,電子芯片的發(fā)熱問題已成為微電子行業(yè)發(fā)展的瓶頸之一,研究表明溫度過高是引起的電子元件的失效的主要原因。芯片的正常運作依賴于電子設(shè)備散熱結(jié)構(gòu)諸如從發(fā)熱區(qū)域熱輸出的導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)、平板熱管和散熱翅片的散熱性能。本文針對電子設(shè)備散熱結(jié)構(gòu)優(yōu)化,利用基于變密度方法拓撲優(yōu)化方法對上述結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化計算:（1）進行了非均勻熱源和不同形狀設(shè)計區(qū)域的平面導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化計算,并將平面導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化推廣到三維發(fā)熱體的結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題上。（2）將平板熱管槽道換熱問題類比成導(dǎo)熱材料布置問題,對平板熱管的內(nèi)部槽道進行輔助設(shè)計,模擬實驗表明優(yōu)化結(jié)構(gòu)溫度場的均勻性優(yōu)于普通縱橫交錯式網(wǎng)狀槽道結(jié)構(gòu)。（3）對流換熱系數(shù)采用Logistic分類模型插值,優(yōu)于通常采用的階躍函數(shù)插值,使目標(biāo)函數(shù)降低了28.7%,并提出了預(yù)設(shè)拓撲優(yōu)化方法,成功應(yīng)用到較長流道自然對流翅片的結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究上,使基板平均溫度降溫5.9K。（4）基于變密度法的拓撲優(yōu)化方法有灰度單元格數(shù)目的過多,造成拓撲優(yōu)化結(jié)構(gòu)邊界模糊的問題,為解決上述問題提出了元胞自動機處理法,預(yù)設(shè)處理法和混合法... 

【文章來源】：上海交通大學(xué)上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：91 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

芯片熱流密度增長趨勢

第一章 緒論然而人們對電子設(shè)備更快的運算速度，更大的處理容量，更小的體積，更久的使用壽命的需求，一方面使電子芯片單位面積熱流密度急劇增加，以電子芯片為例從二十世紀(jì)五十年代 WilliamShockley 等成功地在貝爾實驗室制造出第一個晶體管，到發(fā)達地區(qū)平均人手一部以上電子設(shè)備的二十一世紀(jì)初期，芯片熱流密度呈現(xiàn)接近幾何增長的規(guī)律[5]，預(yù)計到未來的 2020 年高性能微處理器芯片的最大功耗和熱流密度分別會達到 360W 和 190W/m2左右,如圖 1-1 所示，且電子芯片的尺寸也逐年遞減，根據(jù)預(yù)測到 2020 年，晶體管尺寸會減小到 6nm，晶體管密度會上升至約 200 億晶體管/cm2。芯片尺寸也預(yù)計會達到在 100mm2左右，如圖 1-2 所示。

圖 1-3 芯片散熱相關(guān)文獻發(fā)表數(shù)量Fig.1-3 Amount of the published articles relevant to chips’ cooling芯片失效的本質(zhì)是產(chǎn)生了電子碰撞現(xiàn)象，電子碰撞的概率與溫度成正相關(guān)，即溫度越高電子的內(nèi)能越大，從而整個系統(tǒng)越不穩(wěn)定，發(fā)生電子與原子碰電子與電子碰撞事件的可能性增加，導(dǎo)致芯片可靠性的下降[6]，如圖 1-4 所示

【參考文獻】：
期刊論文
[1]結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化變密度法的灰度單元等效轉(zhuǎn)換方法[J]. 吳一帆,鄭百林,何旅洋,楊彪.  計算機輔助設(shè)計與圖形學(xué)學(xué)報. 2017(04)
[2]仿葉脈分形結(jié)構(gòu)在均熱板蒸發(fā)端的實驗研究[J]. 劉旺玉,王力,羅遠強.  華南理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2017(01)
[3]散熱結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)適用性討論[J]. 侯麗園,丁曉紅.  半導(dǎo)體光電. 2016(02)
[4]抑制拓撲優(yōu)化中灰度單元的雙重SIMP方法[J]. 張志飛,徐偉,徐中明,賀巖松.  農(nóng)業(yè)機械學(xué)報. 2015(11)
[5]基于密度-敏度層次更新策略的三維連續(xù)體結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化[J]. 田啟華,王進學(xué),杜義賢,王濤.  工程設(shè)計學(xué)報. 2015(02)
[6](火積)理論及其應(yīng)用的進展[J]. 陳林根.  科學(xué)通報. 2012(30)
[7]A new solution for topology optimization problems with multiple loads:The guide-weight method[J]. LIU XinJun,LI ZhiDong & CHEN Xiang State Key Laboratory of Tribology & Institute of Manufacturing Engineering,Department of Precision Instruments and Mechanology,Tsinghua University,Beijing 100084,China.  Science China（Technological Sciences）. 2011(06)
[8]散熱結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的討論[J]. 喬赫廷,張永存,劉書田.  中國機械工程. 2011(09)
[9]拓撲相關(guān)熱載荷作用下穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化[J]. 張暉,劉書田,張雄.  中國機械工程. 2009(11)
[10]穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)下的連續(xù)體結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化[J]. 龍凱,左正興.  中國機械工程. 2007(24)

博士論文
[1]基于植物葉片結(jié)構(gòu)的仿生均熱板研究[D]. 彭毅.華南理工大學(xué) 2015
[2]結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化設(shè)計若干問題的建模、求解及解讀[D]. 牛飛.大連理工大學(xué) 2013

碩士論文
[1]自然對流條件下一種新型結(jié)構(gòu)散熱器的散熱研究[D]. 劉彥穹.上海交通大學(xué) 2015
[2]連續(xù)體結(jié)構(gòu)及散熱結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化[D]. 蔣良杰.華中科技大學(xué) 2006



本文編號：3561275