集成电路塑料封装的热建模及热应力分析

摘要

为了提高电子器件的性能，降低器件价格，增加器件的可靠性，需要将芯片封装在一个尽可能小的空间，而芯片功率不断增加，导致发热量越来越大，使得热学设计不得不面临既要维持高的热产生率又要保持相对低的器件温度这样一个矛盾中。而热分析是对一个具体设计方案的热场行为进行分析和计算，获取温度场分布，再通过分析温度分布场中极值点的情况，反馈到布局布线和热设计过程中，提供具体的改进方案，形成一种设计、分析、再设计、再分析的设计流程。由于器件内部，温度对器件的性能和可靠性有严重的影响，所以热场分析是设计中的重要环节。另外，我们还需要在封装中研究某些关键部位热应力的分布情况，建立封装的热模型，并分析掌握它的热特性，有利于指导集成电路热设计方案的选择，尤其对提高大功率集成电路的可靠性具有重要意义。 本论文利用AutoThcrm软件，通过建立起来的模型仿真，分析了集成电路封装中引线框架的形状、厚度、材料等参数对集成电路热性能的影响，提出了设计具有良好导热性能引线框架的方案。对于多芯片组件，以6个芯片组成的MCM为研究对象，根据建立起来的热模型，利用AutoThcrm软件进行了热分析和模拟，得出了MCM的温度场分布，分析了影响MCM热性能的各种因素，对多芯片组件提出了改善散热状况的措施以及提高可靠性的对策。 本文还对CSP结构，建立起了三维有限元模型，利用ansys软件通过仿真得到了在稳态情况下及非稳态情况下的CSP结构热场分布。在此基础上，把稳态情况下的热场分布作为温度载荷施加到模型上，得到了CSP结构二维和三维两种不同模型的的热应力分布。并把仿真得到的结果与用前人推导出来的近似公式计算所得到的结果相比较，发现热场分布是完全相同，这充分说明了所建立起来的模型是正确的。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1课题研究的背景

1.2本论文研究的方法及意义

1.3本论文的研究内容

第二章热传导、热弹性理论和有限元方法

2.1热传导理论

2.2热弹性力学理论

2.3热传导问题的有限元法

第三章集成电路引线框架的热性能分析

3.1概述

3.2引线框架物理结构对热传导的影响

3.3结论

第四章多芯片组件(MCM)的热分析

4.1多芯片组件(MCM)的分类

4.2多芯片组件(MCM)热分析的意义

4.3利用AutoTHERM进行MCM热建模

4.4六芯片MCM热分析

第五章CSP结构的热分析

5.1概述

5.2利用ansys软件对CSP结构进行稳态热分析

5.3利用ansys软件对CSP结构进行非稳态热分析

5.4 CSP结构的热应力分析

第六章总结

致谢

参考文献

本人在研究生期间完成的工作