ANSYS多物理场仿真分析在SIP系统级封装中的应用.ppt

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1、ANSYS多物理场仿真分析在SIP系统级封装中的应用逆风傲雪QQ:276012341一、SIP发展及其散热问题SOC是以IC前端制造技术为基础，而SIP则是以IC后段封装制造技术为基础。在本质上，系统级封装不仅是单芯片或多芯片的封装，同时可含有电容、电阻等无源器件，电子连接器、传感器、天线、电池等各种元件，它强调功能的完整性，具有更高的应用导向性。图1SIP概念图目前，SIP的型式可说是千百万化，就芯片的排列方式而言，SIP可能是2D平面或是利用3D堆叠,如图2(a)；或是多芯片封装（Multi-chipPac

2、kage；MCP）以有效缩减封装面积，如图2(b)；或是前述两者的各种组合,如图2(c)。图2（a）3D堆叠封装型态结构的SIP，（b）多芯片封装结构的SIP（Amkor），（c）组合式封装结构的SIP（Amkor）(b)(c)SIP结构所产生的散热问题大致有以下几点：芯片堆叠后发热量将增加，但散热面积并未相对增加，因此发热密度大幅提高；多芯片封装虽然仍保有原散热面积，但由于热源的相互接近，热耦合增强，从而造成更为严重的热问题；内埋置基板中的无源器件也有一定的发热问题，由于有机基板或陶瓷基板散热不良，也会产生严

3、重的热问题；由于封装体积缩小，组装密度增加，使得散热不易解决，因此需要更高效率的散热设计。对于SIP热传而言，如果使用有机材质的基板，则其热传导性很低，因此热阻很大，基板的散热设计就显得相对重要，可通过增加铜箔层或是散热通孔来增强效果。对于SIP的热传问题，目前的相关研究并不多，例如图6是Amkor公司开发的利用两个芯片SIP封装技术的DC-DC变换器的结构。在散热设计上利用陷入阵列（LandGridArray；LGA）的封装结构，在热通孔里镀上铜（Cu）以加强基底的热传散热效果，进而得到较高的热性能。图2Am

4、kor公司SIP封装技术的DC-DC整流器的结构剖面图图2（a）、（b）所示的分别是Toshiba公司同样针对并列芯片和堆叠两芯片的SIP结构所做的热分析结果。由图中看出，其在自然对流空气中，并列芯片的SIP温度分布比堆叠的SIP有较显著的均匀温度分布；而堆叠的SIP其高温温度值较集中在芯片的附近，越远离芯片处则温度较低。然而就芯片周围的温度分布强度来看，堆叠的SIP所造成的高温强度相对强很多。(a)(b)图3（a）并列芯片SIP的热流模型；（b）堆叠SIP的热流模型一些存储器封装目前也开始朝芯片堆叠或是封装堆

5、叠的形式发展，并可有效的整合不同功能的芯片于同一封装体中，从而大幅度减小了电子组装的尺寸与体积，更能达到SIP的功能。此外，若由散热锡球、散热通孔及外露铜箔层的综合散热设计，则可使3D堆叠构装的散热效能大幅度改善。图4为其结构示意图。图4以锡球形态接合的3D堆叠封装3D堆叠封装结构的热分析如图5所示，分别为单层、双层堆叠及三层堆叠的芯片构装与自然对流状态下的热流模拟，其发热功率设定为1W/Package。(a)(b)(c)图53D堆叠构装在自然对流状态下，发热功率1W/Package的温度场分布，（a）单层芯片

6、；（b）堆叠两层芯片；（c）堆叠三层芯片散热解决策略从芯片到外壳的封装是散热设计中的最重要的部分，但是由于受限于封装结构及尺寸，因此目前的散热设计的重点是如何将芯片的发热均匀化，而高传导性的均热片（HeatSpreader）或是热管等器件就得到很重要的应用。在封装外壳到环境的部分，则是如何有效的将热带走。传统气冷的散热片加风扇的设计在热密度有限的状况下已逐渐发展到极限，目前除了整合热管或是利用高传导材料以增加气冷效率之外，许多更高效率的散热方式也开始研发，例如单相的液冷或喷流冷却等。目前在芯片上也设计了温度传感

7、器以监控温度变化，对于风扇风速也可分段控制，以达成最佳化的热管理。ANSYS热分析实例板级系统、模块电路温度分布PCB板温度分布散热翅片对散热的影响SIP封装的温度分布机箱内温升分布情况二、SIP中的电磁兼容问题ANSYS是电磁仿真软件行业的引领者，供应从电路级到系统级的仿真工具。工程师可依靠我们的系统仿真产品和电磁场求解器来设计通信和网络系统、集成电路（ICs）、印制板（PCBs）及机电系统。ANSYS信号完整性设计软件是设计高速串行通道、并行总线及现代高速电子设备中完整电力分配系统的理想工具。我们的射频、微

8、波和天线设计软件可以帮助工程师设计、仿真和验证通信系统、移动设备、计算机、无线电和雷达中的高频组件和天线。机电、电力电子和机电一体化工具是完成汽车、航空航天和工业自动化市场中组件和系统设计的行业标准。现代高密度射频微波电路既包含了非线性有源器件结合，也有结构紧凑的无源和互连部件，在包含了嵌入式无源部件和射频封装的高密度电路设计中，由于电磁场耦合导致的寄生效应，电路往往不能达到预想的工作