熱回路網法によるマイクロプロセッサのシリコンダイの非定常温度予測

摘要

近年，電子機器の製品開発は，開発サイクルが短くなるとともに，コスト削減が求められている．このような状況で，シミュレーションは製品開発の初期段階において実機を必要とせずに設計試行を行うことができるため，熱設計においても広く使用されるようになった．しかし，その大半は定常解析による「最大値」設計であり，ファン制御を含む動的な熱制御の検証は，実試作機の完成を待って，製品開発後期に行われるのが現状である．著者は，既報にて，ノートブック型PC（Personal Computer）向けのマイクロプロセッサに関して，消費電力推定式を導入し，その式により算出した消費電力を用いて非定常熱伝導シミュレーションを行った．しかし，非定常シミュレーションは定常のものと比較して計算負荷が高く，開発現場における通常の計算機環境では，実試作機を用いたテストよりもはるかに長い計算時間を必要とするため，多くの試行を行うことは現実的ではない．一方，非定常解析の手法の一つとして，熱回路網法を用いる方法があり，半導体パッケージへの適用事例が報告されている．熱回路網法は，領域を細かく分割するシミュレーションと比較して，はるかに短い時間で計算を行うことができる反面，節点の取り方，個数によっては，各節点間のエネルギーバランスを的確に表現できず，結果，予測温度に大きな誤差を与えてしまう場合がある．本報では，領域側面が断熱で熱の流れが1 方向であると仮定できる場合について，領域を層状に分割することでエネルギーバランスを保ちつつ，節点数を抑えた熱回路網を用いて，マイクロプロセッサのシリコンダイ温度予測を試みる．