为什么采用集成工具链进行先进封装设计?随着半导体高密度先进封装HDAP(High Density Advanced Package)日益增长的复杂性,企业需要采用集成的工具链来降低呈指数增长的设计费用。 一个完整的无缝的半导体封装解决方案: n 使用一套完善的可靠的工具链进行设计、模拟和测试 n ECAD-MCAD协同设计 l ECAD-MCAD设计工具,应用于电气、热和机械领域; l 通过集成的ECAD-MCAD仿真生态系统更快地开发集成电路。 热仿真设计 先进封装中最关键的挑战之一是控制半导体温度。这就是热设计成为封装设计工作流程中越来越重要组成部分的原因。通过保持较低的结温,可以简单地避免管芯附着层或C4凸块中的裂纹或分层等问题。 使用专用CFD和FEA求解器的联合模拟来分析复杂包装结构的热和机械行为。 我想通过下面几个简单的步骤来说明这个过程有多简单。 封装设计可以使用MCAD工具,也可以直接在热仿真工具中创建。我们使用Simcenter FLOEFD作为嵌入在MCAD NX环境中的CFD解决方案,以创建下面的封装设计。由于FLOEFD有一个“封装创建器”工具,支持使用参数化输入对常见封装类型进行快速建模,因此可以在几分钟内创建一个FCBGA(倒装芯片球栅阵列)封装模型。参见图1。 图1:在FLOEFD中给NX创建FCBGA示例 Simcenter FLOEFD建立在智能、快速和精确技术的基础上,有助于将整体模拟时间减少75%,并将生产率效率提高40倍。 该器件可以单独仿真,也可以安装在与其预期应用类似的PCB上。这就是为什么西门子支持从Xpedition到MCAD NX环境的无缝PCB模型导入,在这里建模的芯片及其所有内部细节被添加。参见下面的图2。 图2: PCB模型导入和添加改进的封装定义 下一步是根据研究目标,利用整个PCB或封装下方的一个狭窄部分进行仿真。在热仿真开始之前,应定义材料,并直接从包创建者导入或手动添加。该模型可以用于传导、对流流和辐射仿真。在FLOEFD中会自动创建一个精确的热网格,然后开始仿真。当前示例在不到两分钟的时间内生成了120万个网格,花25分钟获得瞬态模拟的解决方案,远远超过了传统方法。结果如下所示,包括材料温度和设备上的气流。 图3:热气流模拟结果 结构模拟: Simcenter FLOEFD可以创建有效的六边形网格,直接使用现有模型进行线性应力分析,并计算诸如Von Mises应力或等效拉伸应力等场: 图4:在Simcenter FLOEFD中生成的Von Mises应力结果 为了进行非线性分析,模型被转移到Simcenter 3D,而不离开MCAD NX生态系统。网格、材料、胶接触、约束和载荷(常数值或从另一个Simcenter FLOEFD计算中转移)可以无缝地转移到Simcenter 3D,您可以从各种有用的求解器中进行选择,如热循环的蠕变、位移和疲劳模拟。图5显示了我们的热负荷示例案例的蠕变模拟结果。 图5:热负荷下的位移模拟结果 热模型校准: 即使FloEFD仿真工具已经非常成熟,并得到市场的考验及认可,但也建议您通过物理实验测试组件的最终热特性,如果模拟和测试结果不匹配,则应重新校准热模型参数。西门子提供了一种独特的测试方法,称为Simcenter T3Ster(热瞬态测试仪),可以在半导体芯片上施加功率阶跃,并测量其相应的热响应。“单位功率阶跃响应”是热系统的特征,因此封装的传递函数很容易计算。 因此,封装可以用由数百个元件组成的等效热R-C网络来建模。对于一维散热情况,这些R-C元件与封装各结构层的真实热特性密切相关。 出于模型校准目的,如果我们在Simcenter FLOEFD内重复测试,使用与测试中相同的边界条件、输入功率和瞬态时间步长,描述封装数字孪生的R-C网络模型必须与从测试中获得的R-C网络模型相同。如果出现不匹配的情况,Simcenter FLOEFD可以自动找到缺失的接触热阻值,调整不明确的热导率,甚至根据需要调整几何形状。 校准后的热模型: · 它的热行为与真实的物理设备完全一样, · 即使在瞬态模拟情况下也是如此,相应的结构模拟也将更加精确,因为它们需要精确的热场作为输入 · 所选材料的行为将得到理解,并可保存在库中,用于创建更好的模型 * 庭田科技,专注于为半导体封装提供整体解决方案, 更多产品信息请登录:www.anscos.com 如需咨询更多解决方案请点击:https://www.anscos.com/contactus.html
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