基于改进BFO算法的芯片堆叠热布局优化研究

摘要

温度过高是导致电子产品失效的主要原因之一，严重地限制了电子产品性能及可靠性的提高，也降低了设备的工作寿命。采用封装堆叠（堆叠立体组装工艺设计技术）时，由于三维空间散热面积有限，导致芯片的发热量成倍增多，发热密度大幅增大，因此散热问题更为严重。细菌觅食优化算法（BFO）是一种新型的基于群体的仿生学优化工具，具有群体智能算法并行搜索、易跳出局部极小值、良好地取得全局极值的能力等优点，成为生物启发式计算研究领域的又一热点。但是标准BFO算法主要集中于处理连续化问题，并不能良好地处理离散化问题。
　　本文研究了封装芯片堆叠的热布局优化问题，目标是通过降低芯片的最高温度、均匀电路板的温度场来得到芯片堆叠的最优布局。以处于自然对流流场中的芯片堆叠电路板为研究对象，推导建立了三维芯片堆叠布局问题的数学模型；运用微元体热平衡法建立了它在稳态温度场中的温度场分布求解模型；在MATLAB环境下依靠该模型求解了具体算例，得到了算例中芯片堆叠的稳态温度值；同时，使用Flotherm软件仿真了算例，验证了该温度场分布模型。由于BFO算法主要应用于连续问题，因此本文离散化了BFO算法使其可以很好地应用于热布局优化问题。在此基础上采用改进的BFO算法对布局模型进行了热布局优化，得出了最优芯片热布局方案，总结出了可用于指导封装芯片堆叠布局热设计的布局规则；并使用 Flotherm软件，对算法随机生成的初始布局与算法优化的最终布局进行了对比验证。结果表明本文所提出的基于改进BFO算法的优化封装芯片堆叠热布局方法可以较好地实现对芯片堆叠的热布局优化。
　　在后续的研究工作中，将深入考虑三维元件堆叠的各种换热情况，继续研究更精确的芯片堆叠稳态温度场模型；将进一步改进BFO算法，使其在此类问题的应用中获得更好的效果。