基于硅通孔(TSV)結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)級封裝(SiP)模塊內(nèi)部存在多個微焊點層,數(shù)量眾多的微焊點與模塊尺寸差異較大,使得建模時網(wǎng)格劃分困難和仿真計算效率低。研究了TSV結(jié)構(gòu)微焊點層的均勻化等效建模方法,以TSV結(jié)構(gòu)內(nèi)的芯片微焊點層作為研究對象,通過仿真和理論計算其等效導(dǎo)熱系數(shù)、等效密度和等效比熱容等熱特性參數(shù),建立SiP模塊的詳細(xì)模型和等效模型進(jìn)行仿真分析,并基于瞬態(tài)雙界面測量方法測出SiP模塊的結(jié)殼熱阻值,再對比分析詳細(xì)模型和等效模型的仿真熱阻值和測量偏離值。結(jié)果表明:圍繞微焊點層結(jié)構(gòu)的均勻化等效建模方法具有較高的仿真準(zhǔn)確度,且計算效率顯著提高,適用于復(fù)雜封裝結(jié)構(gòu)模塊的熱仿真分析。 

【文章來源】：半導(dǎo)體技術(shù). 2020年12期 北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

焊球等效建模示意圖

圖3為芯片微焊點層結(jié)構(gòu)模型,圖中右上角的局部放大圖為焊球等效模型。由于硅基板微焊點采用的是低鉛材料(Sn63Pb37),焊接時會出現(xiàn)一定塌陷,而芯片微焊點采用的是高鉛材料(Sn10Pb90),在焊接階段基本無塌陷,因此硅基板微焊點層的焊球高度比焊球直徑小。表3為兩種焊球的等效模型參數(shù)。表3 焊球的等效模型參數(shù)Tab.3 Equivalent model parameters of solder balls 焊球位置 r/mm 間距/mm h/mm a/mm 芯片微焊點層 0.09 0.20 0.09 0.065 硅基板微焊點層 0.25 0.50 0.15 0.233

由于微焊點層是不完全均勻結(jié)構(gòu),其散熱特性會表現(xiàn)出各向異性特點,需計算不同方向的等效導(dǎo)熱系數(shù)。由于其在水平x和y方向的結(jié)構(gòu)完全對稱,因此只需建立水平x或y方向、垂直z方向兩種等效導(dǎo)熱系數(shù)仿真模型(圖4)。計算z方向?qū)嵯禂?shù)時,仿真模型主要通過上下冷板貼合微焊點層完成熱量傳導(dǎo),上端冷板給定功率P,下端冷板為恒溫冷板,并設(shè)置為25 ℃的熱源,圖4中L為冷板間距,t1為微焊點層功率輸入面的表面溫度,t2為微焊點層熱源面的表面溫度。進(jìn)行x或y方向?qū)嵯禂?shù)計算時通過左右冷板貼合微焊點層完成熱量傳導(dǎo),左端冷板給定功率P,右端冷板為恒溫冷板。計算時只考慮熱傳導(dǎo)方式,微焊點層的熱阻(R)為

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]高壓大功率芯片封裝的散熱研究與優(yōu)化設(shè)計[J]. 王德成,楊勛勇,楊發(fā)順,胡銳,王志寬,陳瀟.  微電子學(xué). 2018(06)
[2]基于Icepak的小外形封裝結(jié)構(gòu)熱設(shè)計和分析[J]. 胡文華,徐成,徐健,孫鵬.  電子與封裝. 2018(11)
[3]基于雙熱阻模型的典型芯片封裝熱分析及評估方法[J]. 申海東,張澤,陳科雯,歐永.  裝備環(huán)境工程. 2018(07)
[4]基于ANSYS的TO-220封裝功率器件熱特性校準(zhǔn)及優(yōu)化設(shè)計[J]. 王劍峰,劉斯揚(yáng),孫偉鋒.  電子器件. 2015(04)
[5]TSV結(jié)構(gòu)熱機(jī)械可靠性研究綜述[J]. 秦飛,王珺,萬里兮,于大全,曹立強(qiáng),朱文輝.  半導(dǎo)體技術(shù). 2012(11)

碩士論文
[1]基于TSV的三維高功率芯片的散熱特性研究[D]. 衛(wèi)三娟.西安電子科技大學(xué) 2015
[2]典型封裝芯片的熱阻網(wǎng)絡(luò)模型研究[D]. 何成.西安電子科技大學(xué) 2014



本文編號：2949373