?隨著半導(dǎo)體高密度先進(jìn)封裝HDAP（High Density Advanced Package）日益增長(zhǎng)的復(fù)雜性，企業(yè)需要采用集成的工具鏈來降低呈指數(shù)增長(zhǎng)的設(shè)計(jì)費(fèi)用。

一個(gè)完整的無縫的半導(dǎo)體封裝解決方案：

• 使用一套完善的可靠的工具鏈進(jìn)行設(shè)計(jì)、模擬和測(cè)試
• 實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)格式，實(shí)現(xiàn)各工具間的無縫轉(zhuǎn)換

ECAD-MCAD協(xié)同

• ECAD-MCAD設(shè)計(jì)工具，應(yīng)用于電氣、熱和機(jī)械領(lǐng)域；
• 通過集成的ECAD-MCAD仿真生態(tài)系統(tǒng)更快地開發(fā)集成電路。

熱仿真設(shè)計(jì)

先進(jìn)封裝中最關(guān)鍵的挑戰(zhàn)之一是控制半導(dǎo)體溫度。這就是熱設(shè)計(jì)成為封裝設(shè)計(jì)工作流程中越來越重要組成部分的原因。通過保持較低的結(jié)溫，可以簡(jiǎn)單地避免管芯附著層或C4凸塊中的裂紋或分層等問題。

? ? ? ? ? ? ? ? ?使用專用CFD和FEA求解器的聯(lián)合模擬來分析復(fù)雜包裝結(jié)構(gòu)的熱和機(jī)械行為。

? ? ? ? ? ? ? ? ?我想通過下面幾個(gè)簡(jiǎn)單的步驟來說明這個(gè)過程有多簡(jiǎn)單。

封裝設(shè)計(jì)可以使用MCAD工具，也可以直接在熱仿真工具中創(chuàng)建。我們使用Simcenter FLOEFD作為嵌入在MCAD NX環(huán)境中的CFD解決方案，以創(chuàng)建下面的封裝設(shè)計(jì)。由于FLOEFD有一個(gè)“封裝創(chuàng)建器”工具，支持使用參數(shù)化輸入對(duì)常見封裝類型進(jìn)行快速建模，因此可以在幾分鐘內(nèi)創(chuàng)建一個(gè)FCBGA(倒裝芯片球柵陣列)封裝模型。參見圖1。

? ? ? ? ? ? ? ??圖1:在FLOEFD中給NX創(chuàng)建FCBGA示例

?Simcenter FLOEFD建立在智能、快速和精確技術(shù)的基礎(chǔ)上，有助于將整體模擬時(shí)間減少75%,并將生產(chǎn)率效率提高40倍。

該器件可以單獨(dú)仿真，也可以安裝在與其預(yù)期應(yīng)用類似的PCB上。這就是為什么西門子支持從Xpedition到MCAD NX環(huán)境的無縫PCB模型導(dǎo)入，在這里建模的芯片及其所有內(nèi)部細(xì)節(jié)被添加。參見下面的圖2。

圖2: PCB模型導(dǎo)入和添加改進(jìn)的封裝定義

?下一步是根據(jù)研究目標(biāo)，利用整個(gè)PCB或封裝下方的一個(gè)狹窄部分進(jìn)行仿真。在熱仿真開始之前，應(yīng)定義材料，并直接從包創(chuàng)建者導(dǎo)入或手動(dòng)添加。該模型可以用于傳導(dǎo)、對(duì)流流和輻射仿真。在FLOEFD中會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建一個(gè)精確的熱網(wǎng)格，然后開始仿真。當(dāng)前示例在不到兩分鐘的時(shí)間內(nèi)生成了120萬個(gè)網(wǎng)格，花25分鐘獲得瞬態(tài)模擬的解決方案，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了傳統(tǒng)方法。結(jié)果如下所示，包括材料溫度和設(shè)備上的氣流。

圖3:熱氣流模擬結(jié)果

?結(jié)構(gòu)模擬:

Simcenter FLOEFD可以創(chuàng)建有效的六邊形網(wǎng)格，直接使用現(xiàn)有模型進(jìn)行線性應(yīng)力分析，并計(jì)算諸如Von Mises應(yīng)力或等效拉伸應(yīng)力等場(chǎng):

圖4:在Simcenter FLOEFD中生成的Von Mises應(yīng)力結(jié)果

?為了進(jìn)行非線性分析，模型被轉(zhuǎn)移到Simcenter 3D，而不離開MCAD NX生態(tài)系統(tǒng)。網(wǎng)格、材料、膠接觸、約束和載荷(常數(shù)值或從另一個(gè)Simcenter FLOEFD計(jì)算中轉(zhuǎn)移)可以無縫地轉(zhuǎn)移到Simcenter 3D，您可以從各種有用的求解器中進(jìn)行選擇，如熱循環(huán)的蠕變、位移和疲勞模擬。圖5顯示了我們的熱負(fù)荷示例案例的蠕變模擬結(jié)果。

圖5:熱負(fù)荷下的位移模擬結(jié)果

?熱模型校準(zhǔn):

即使FloEFD仿真工具已經(jīng)非常成熟，并得到市場(chǎng)的考驗(yàn)及認(rèn)可，但也建議您通過物理實(shí)驗(yàn)測(cè)試組件的最終熱特性，如果模擬和測(cè)試結(jié)果不匹配，則應(yīng)重新校準(zhǔn)熱模型參數(shù)。西門子提供了一種獨(dú)特的測(cè)試方法，稱為Simcenter T3Ster(熱瞬態(tài)測(cè)試儀)，可以在半導(dǎo)體芯片上施加功率階躍，并測(cè)量其相應(yīng)的熱響應(yīng)。“單位功率階躍響應(yīng)”是熱系統(tǒng)的特征，因此封裝的傳遞函數(shù)很容易計(jì)算。

?圖6: T3Ster熱瞬態(tài)測(cè)試方法

因此，封裝可以用由數(shù)百個(gè)元件組成的等效熱R-C網(wǎng)絡(luò)來建模。對(duì)于一維散熱情況，這些R-C元件與封裝各結(jié)構(gòu)層的真實(shí)熱特性密切相關(guān)。

出于模型校準(zhǔn)目的，如果我們?cè)赟imcenter FLOEFD內(nèi)重復(fù)測(cè)試，使用與測(cè)試中相同的邊界條件、輸入功率和瞬態(tài)時(shí)間步長(zhǎng)，描述封裝數(shù)字孿生的R-C網(wǎng)絡(luò)模型必須與從測(cè)試中獲得的R-C網(wǎng)絡(luò)模型相同。如果出現(xiàn)不匹配的情況，Simcenter FLOEFD可以自動(dòng)找到缺失的接觸熱阻值，調(diào)整不明確的熱導(dǎo)率，甚至根據(jù)需要調(diào)整幾何形狀。

?

校準(zhǔn)后的熱模型:

• 它的熱行為與真實(shí)的物理設(shè)備完全一樣，
• 即使在瞬態(tài)模擬情況下也是如此，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)模擬也將更加精確，因?yàn)樗鼈冃枰_的熱場(chǎng)作為輸入
• 所選材料的行為將得到理解，并可保存在庫中，用于創(chuàng)建更好的模型

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的半导体封装整体解决方案的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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