塑封球柵陣列之熱系統安排研究

Thermal Management of Plastic Ball Grid Array Assembly

高嘉鴻(Chia-Hung Kao)

指導教授 ： 蘇艾

元智大學/工程學院/機械工程學系/碩士(1997年)

摘要

電子構裝技術的運用對於半導體產業的發展有密不可分的影響，
由於電子產業研發技術日漸提升，塑封球柵陣列(Plastic Ball
Grid Array簡稱PBGA)已逐漸取代過去的電子元件成為目前最新
的構裝技術。本研究將利用CFX模擬軟體針對PBGA熱流場進行數
值模擬分析，主要分成模式驗證與PBGA錫球熱流場分析兩部份。
模式驗證包含模擬國外期刊兩篇，並運用於分析PBGA發熱錫球與
流場分佈情況，探討整個熱系統安排方式。文中選擇具代表性的幾
何排列狀況與錫球數目、固定熱系統溫度、改變流場速度與發熱球
數，探討最佳的流場狀況。研究結果顯示，自然對流部份對於加熱
錫球下半部溫度影響較大，這是造成錫球毀損的原因。對於流場變
化部份，雷諾數改變與錫球發熱數量有關，熱量容易堆積於錫球外
側第二排區域，這是改善熱流場的關鍵。本研究結果可以加強預測
錫球毀損區域，並討論損壞原因與改善方式，做為PBGA設計時的
參考，以降低製作成本。

關鍵字

塑封球柵陣列 ； 電子封裝 ； 熱系統 ； 熱傳導 ； 熱對流 ； 熱擴散 ； 雷諾數 ； 計算流力軟體 ； 錫球 ； 焊球

並列摘要

Thermal management controls junction temperature and temperature
gradients among structural elements. The choice of thermal management
strategy for an electronic product has a large impact on the cost, reliability,
operating environment and performance of the system. Since PBGA offers
significant surface mounting advantages over conventional leaded plastic
package, the study is concentrated on its flow field analysis with CFX
numerical code.
The research is concentrated on two major works. The first part is
model validation with Du and Bhatta numerical and experimental data. Our
model shows a better correlation in most cases. The second part is three-
dimensional numerical simulation of heat transfer from an array of solder
balls model conducted. The analysis of flow field by varying the flow
velocity and ball arrangement. The effect of Reynolds number, Nusselt
number, the total number and arrays of the solder balls on isotherms are
investigated. It is believed that this integrated model will be useful to the
PBGA electronics industry in design and analyszed.

並列關鍵字

PBGA ； Electronic Package ； Thermal Management ； Heat Conduction ； Heat Convection ； Heat Diffusion ； Reynolds Number ； CFX ； Solder Ball