?隨著半導體高密度先進封裝HDAP（High Density Advanced Package）日益增長的復雜性，企業需要采用集成的工具鏈來降低呈指數增長的設計費用。

一個完整的無縫的半導體封裝解決方案：

• 使用一套完善的可靠的工具鏈進行設計、模擬和測試
• 實施標準化的數據格式，實現各工具間的無縫轉換

ECAD-MCAD協同

• ECAD-MCAD設計工具，應用于電氣、熱和機械領域；
• 通過集成的ECAD-MCAD仿真生態系統更快地開發集成電路。

熱仿真設計

先進封裝中最關鍵的挑戰之一是控制半導體溫度。這就是熱設計成為封裝設計工作流程中越來越重要組成部分的原因。通過保持較低的結溫，可以簡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求解器的聯合模擬來分析復雜包裝結構的熱和機械行為。

? ? ? ? ? ? ? ? ?我想通過下面幾個簡單的步驟來說明這個過程有多簡單。

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

? ? ? ? ? ? ? ??圖1:在FLOEFD中給NX創建FCBGA示例

?Simcenter FLOEFD建立在智能、快速和精確技術的基礎上，有助于將整體模擬時間減少75%,并將生產率效率提高40倍。

該器件可以單獨仿真，也可以安裝在與其預期應用類似的PCB上。這就是為什么西門子支持從Xpedition到MCAD NX環境的無縫PCB模型導入，在這里建模的芯片及其所有內部細節被添加。參見下面的圖2。

圖2: PCB模型導入和添加改進的封裝定義

?下一步是根據研究目標，利用整個PCB或封裝下方的一個狹窄部分進行仿真。在熱仿真開始之前，應定義材料，并直接從包創建者導入或手動添加。該模型可以用于傳導、對流流和輻射仿真。在FLOEFD中會自動創建一個精確的熱網格，然后開始仿真。當前示例在不到兩分鐘的時間內生成了120萬個網格，花25分鐘獲得瞬態模擬的解決方案，遠遠超過了傳統方法。結果如下所示，包括材料溫度和設備上的氣流。

圖3:熱氣流模擬結果

?結構模擬:

Simcenter FLOEFD可以創建有效的六邊形網格，直接使用現有模型進行線性應力分析，并計算諸如Von Mises應力或等效拉伸應力等場:

圖4:在Simcenter FLOEFD中生成的Von Mises應力結果

?為了進行非線性分析，模型被轉移到Simcenter 3D，而不離開MCAD NX生態系統。網格、材料、膠接觸、約束和載荷(常數值或從另一個Simcenter FLOEFD計算中轉移)可以無縫地轉移到Simcenter 3D，您可以從各種有用的求解器中進行選擇，如熱循環的蠕變、位移和疲勞模擬。圖5顯示了我們的熱負荷示例案例的蠕變模擬結果。

圖5:熱負荷下的位移模擬結果

?熱模型校準:

即使FloEFD仿真工具已經非常成熟，并得到市場的考驗及認可，但也建議您通過物理實驗測試組件的最終熱特性，如果模擬和測試結果不匹配，則應重新校準熱模型參數。西門子提供了一種獨特的測試方法，稱為Simcenter T3Ster(熱瞬態測試儀)，可以在半導體芯片上施加功率階躍，并測量其相應的熱響應。“單位功率階躍響應”是熱系統的特征，因此封裝的傳遞函數很容易計算。

?圖6: T3Ster熱瞬態測試方法

因此，封裝可以用由數百個元件組成的等效熱R-C網絡來建模。對于一維散熱情況，這些R-C元件與封裝各結構層的真實熱特性密切相關。

出于模型校準目的，如果我們在Simcenter FLOEFD內重復測試，使用與測試中相同的邊界條件、輸入功率和瞬態時間步長，描述封裝數字孿生的R-C網絡模型必須與從測試中獲得的R-C網絡模型相同。如果出現不匹配的情況，Simcenter FLOEFD可以自動找到缺失的接觸熱阻值，調整不明確的熱導率，甚至根據需要調整幾何形狀。

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校準后的熱模型:

• 它的熱行為與真實的物理設備完全一樣，
• 即使在瞬態模擬情況下也是如此，相應的結構模擬也將更加精確，因為它們需要精確的熱場作為輸入
• 所選材料的行為將得到理解，并可保存在庫中，用于創建更好的模型

總結

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內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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