TSV结构SiP模块的等效建模仿真与热阻测试
发布时间：2020-12-31 09:21
基于硅通孔(TSV)结构的系统级封装(SiP)模块内部存在多个微焊点层,数量众多的微焊点与模块尺寸差异较大,使得建模时网格划分困难和仿真计算效率低。研究了TSV结构微焊点层的均匀化等效建模方法,以TSV结构内的芯片微焊点层作为研究对象,通过仿真和理论计算其等效导热系数、等效密度和等效比热容等热特性参数,建立SiP模块的详细模型和等效模型进行仿真分析,并基于瞬态双界面测量方法测出SiP模块的结壳热阻值,再对比分析详细模型和等效模型的仿真热阻值和测量偏离值。结果表明:围绕微焊点层结构的均匀化等效建模方法具有较高的仿真准确度,且计算效率显著提高,适用于复杂封装结构模块的热仿真分析。
【文章来源】：半导体技术. 2020年12期 北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
焊球等效建模示意图
图3为芯片微焊点层结构模型,图中右上角的局部放大图为焊球等效模型。由于硅基板微焊点采用的是低铅材料(Sn63Pb37),焊接时会出现一定塌陷,而芯片微焊点采用的是高铅材料(Sn10Pb90),在焊接阶段基本无塌陷,因此硅基板微焊点层的焊球高度比焊球直径小。表3为两种焊球的等效模型参数。表3 焊球的等效模型参数Tab.3 Equivalent model parameters of solder balls 焊球位置 r/mm 间距/mm h/mm a/mm 芯片微焊点层 0.09 0.20 0.09 0.065 硅基板微焊点层 0.25 0.50 0.15 0.233
由于微焊点层是不完全均匀结构,其散热特性会表现出各向异性特点,需计算不同方向的等效导热系数。由于其在水平x和y方向的结构完全对称,因此只需建立水平x或y方向、垂直z方向两种等效导热系数仿真模型(图4)。计算z方向导热系数时,仿真模型主要通过上下冷板贴合微焊点层完成热量传导,上端冷板给定功率P,下端冷板为恒温冷板,并设置为25 ℃的热源,图4中L为冷板间距,t1为微焊点层功率输入面的表面温度,t2为微焊点层热源面的表面温度。进行x或y方向导热系数计算时通过左右冷板贴合微焊点层完成热量传导,左端冷板给定功率P,右端冷板为恒温冷板。计算时只考虑热传导方式,微焊点层的热阻(R)为
【参考文献】：
期刊论文
[1]高压大功率芯片封装的散热研究与优化设计[J]. 王德成,杨勋勇,杨发顺,胡锐,王志宽,陈潇. 微电子学. 2018(06)
[2]基于Icepak的小外形封装结构热设计和分析[J]. 胡文华,徐成,徐健,孙鹏. 电子与封装. 2018(11)
[3]基于双热阻模型的典型芯片封装热分析及评估方法[J]. 申海东,张泽,陈科雯,欧永. 装备环境工程. 2018(07)
[4]基于ANSYS的TO-220封装功率器件热特性校准及优化设计[J]. 王剑峰,刘斯扬,孙伟锋. 电子器件. 2015(04)
[5]TSV结构热机械可靠性研究综述[J]. 秦飞,王珺,万里兮,于大全,曹立强,朱文辉. 半导体技术. 2012(11)
硕士论文
[1]基于TSV的三维高功率芯片的散热特性研究[D]. 卫三娟.西安电子科技大学 2015
[2]典型封装芯片的热阻网络模型研究[D]. 何成.西安电子科技大学 2014
本文编号：2949373
【文章来源】：半导体技术. 2020年12期 北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
焊球等效建模示意图
图3为芯片微焊点层结构模型,图中右上角的局部放大图为焊球等效模型。由于硅基板微焊点采用的是低铅材料(Sn63Pb37),焊接时会出现一定塌陷,而芯片微焊点采用的是高铅材料(Sn10Pb90),在焊接阶段基本无塌陷,因此硅基板微焊点层的焊球高度比焊球直径小。表3为两种焊球的等效模型参数。表3 焊球的等效模型参数Tab.3 Equivalent model parameters of solder balls 焊球位置 r/mm 间距/mm h/mm a/mm 芯片微焊点层 0.09 0.20 0.09 0.065 硅基板微焊点层 0.25 0.50 0.15 0.233
由于微焊点层是不完全均匀结构,其散热特性会表现出各向异性特点,需计算不同方向的等效导热系数。由于其在水平x和y方向的结构完全对称,因此只需建立水平x或y方向、垂直z方向两种等效导热系数仿真模型(图4)。计算z方向导热系数时,仿真模型主要通过上下冷板贴合微焊点层完成热量传导,上端冷板给定功率P,下端冷板为恒温冷板,并设置为25 ℃的热源,图4中L为冷板间距,t1为微焊点层功率输入面的表面温度,t2为微焊点层热源面的表面温度。进行x或y方向导热系数计算时通过左右冷板贴合微焊点层完成热量传导,左端冷板给定功率P,右端冷板为恒温冷板。计算时只考虑热传导方式,微焊点层的热阻(R)为
【参考文献】：
期刊论文
[1]高压大功率芯片封装的散热研究与优化设计[J]. 王德成,杨勋勇,杨发顺,胡锐,王志宽,陈潇. 微电子学. 2018(06)
[2]基于Icepak的小外形封装结构热设计和分析[J]. 胡文华,徐成,徐健,孙鹏. 电子与封装. 2018(11)
[3]基于双热阻模型的典型芯片封装热分析及评估方法[J]. 申海东,张泽,陈科雯,欧永. 装备环境工程. 2018(07)
[4]基于ANSYS的TO-220封装功率器件热特性校准及优化设计[J]. 王剑峰,刘斯扬,孙伟锋. 电子器件. 2015(04)
[5]TSV结构热机械可靠性研究综述[J]. 秦飞,王珺,万里兮,于大全,曹立强,朱文辉. 半导体技术. 2012(11)
硕士论文
[1]基于TSV的三维高功率芯片的散热特性研究[D]. 卫三娟.西安电子科技大学 2015
[2]典型封装芯片的热阻网络模型研究[D]. 何成.西安电子科技大学 2014
本文编号：2949373
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