ANSYS多物理场仿真分析在SIP系统级封装中的应用.pptxVIP

ANSYS多物理场仿真分析;一、SIP发展及其散热问题; 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-chip Package；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)。;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（Land Grid Array；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。 ; 一些存储器封装目前也开始朝芯片堆叠或是封装堆叠的形式发展，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。; 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。;散热解决策略 ;ANSYS热分析实例;二、SIP中的电磁兼容问题;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特性。如何处理复杂的三维电磁寄生效应，已经成为设计师和仿真工具关注的重点问题;电磁场仿真得到的结果可以自动传递到ANSYS多物理场仿真工具中计算器件的热性能。GaAS放大器封装的多物理场仿真，HFSS用于电磁场仿真（上），ANSYS Mechanical?用于热仿真（下）。;ANSYS提供业界独有的集成化芯片-封装-系统仿真平台，利用高保真的多物理仿真改善工程设计的精度，将多个工具紧密地集成在一个统一的仿真平台下，显著提高工程效率。;图10 HDMI串行通道信号完整性分析;硅插入器、通过硅过孔连接的堆叠芯片（2.5D和3D集成电路）等新技术的使用越来越广泛，使得芯片的直流功耗管理和散热设计和电迁移可靠性分析预测成为制约产品设计周期的关键因素，ANSYS仿真解决方案能够覆盖从芯片到封装和PCB直到系统设计的全过程，精确预测电源完整性、热完整性、电迁移和应力，仿真电源平面的阻抗特性并进行优化设计，在减少电容数量的同时满足供电阻抗要求。;电磁兼容/电磁干扰; 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。 ANSYS的射频、微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。;三、结构力学分析在SIP的应用;焊接产品失效的一个主要原因就是应力疲劳，有时会造成重大的损失和伤害。当承受反复循环荷载时，大多数产品最终将破坏。应力疲劳是由反复的交变载荷作用下引起的，随着时间的推移，应力重复变化，微观组织变化并演变成裂纹，由此导致故障发生，产生疲劳破坏。任何产品或零件的破坏，即使不是灾难性的，也会导致巨额费用支出。使用仿真手段优化产品的形状、尺