芯片封裝原理及分類課件

qja結-空氣熱阻qja最早也是最常用的標準之一定義標準由文件JESD51-2給出Ta=環(huán)境空氣溫度,取點為JEDEC組織定義的特定空箱中特定點(Still-AirTest)芯片下印制板可為高傳導能力的四層板(2S2P)或低傳導能力的一層板之任一種(1S0P)qjma結-移動空氣熱阻qjma空氣流速范圍為0-1000LFM定義標準由文件JESD51-6給出Ta=空氣溫度，取點為風洞上流溫度印制板朝向為重大影響因素Nqjc從結點到封裝外表面(殼)的熱阻，外表面殼取點盡量靠近Die安裝區(qū)域qjc

結殼熱阻DieSubstratePCBJunctionCase

qjx試圖采用簡單的熱阻表示復雜的芯片傳熱現(xiàn)象芯片內部的熱傳現(xiàn)象非常復雜，無法使用熱阻來完美表示；熱阻qjx無法用于準確預測芯片的溫度，只能提供定性的熱性能對比；如需準確預測特定工況下芯片的溫度，我們需要其它的方法qjx使用的局限性Convection/RadiationConvection/RadiationConductionConvectionConductionRadiationConductionJunctionXθjx芯片的詳細模型

建立所有芯片內部所有影響傳熱的結構Die硅或砷化鎵材料，表面有發(fā)熱集成電路通常為環(huán)氧樹脂，厚為1-2milDieAttach銅制，用于加強傳熱或其它目地DieFlag/DiePadEncapsulant通常為環(huán)氧樹脂材料金或鋁制，數(shù)目等同于外面管腳數(shù)BondWiresSolderBalls通常材料為錫鉛合金95Pb/5Sn或37Pb/63Sn.銅或鋁42合金制LeadframesSubstrate通常由BT\FR4制成(塑料芯片)；或氧化鋁制成(陶瓷芯片)熱阻網(wǎng)絡模型-DELPHI模型DEvelopmentofLibrariesofPHysicalmodelsforanIntegrateddesignenvironmentDELPHI項目：從1993年到1996年，由歐盟資助，F(xiàn)lomerics公司負責協(xié)調，AlcatelBell、AlcatelEspace、PhilipsCFT、ThomsonCSF、Flomerics、NMRC等公司合作，旨在開發(fā)芯片的簡化熱模型的精確表示方法。

PROFIT項目：同樣由歐盟資助，由Philips公司負責協(xié)調，F(xiàn)lomerics、Nokia、Infineon、Philips、ST、Micred、TIMA、等公司合作，旨在開發(fā)芯片熱模型的快速建立方法。項目產生了一系列成果，如芯片的熱阻網(wǎng)絡模型DELPHI標準、JEDEC組織認證的唯一熱模型庫FLOPACK、芯片熱應力分析工具Flo/stress等。PRedictionOFtemperaturegradientsInfluencingThequalityofelectronicproductsPROFIT項目DELPHI項目PBGA封裝模型的建立PBGA封裝特點?有機基片Organicsubstrate使用焊球(Solderballs)作為二級互聯(lián)主要應用:ASIC’s,內存,圖形顯示,芯片組,通訊等.PBGA封裝優(yōu)缺點?I/O密度高；基片材BT具有較好的電性能；加工工藝類似PCB板，成本低廉非氣密封裝,不適合于長時工作的芯片或軍用芯片Die與基片(Substrate)間的CTE不匹配如功耗大于2W，則可能需要加強散熱手段主要類型的PBGA封裝Wire-BondedPBGA(Die-up)BTDielectricThermalViasSolderBalls(37Pb/63Sn)Epoxy-basedEncapsulantSiliconDieDieAttach&SolderMaskGoldBondWiresCuTracesPower&GroundPlanesBottomSpreaderDieFlagSignalVias最主流的PBGA封裝，相對成熟的加工技術，可處理5W以上熱耗。主要類型的PBGA封裝Fine-PitchBGADieAttach&SolderMaskBondWiresSubstrateDie由die-upPBGA變化而來別名:FSBGA,ChipArrayTM焊球間隙較小可歸類為Near-CSP建模也較困難焊球間隙典型值為1mm，0.8mm，0.65mm，0.5mm，0.4mm經(jīng)常缺少明顯可見，比Die尺寸大的DiePad，因為Die大小與封裝大小相近基片(substrate)中每個信號過孔都必須單獨建出；在FLOPACK中，別名ChipArrayTM主要類型的PBGA封裝Flip-ChipPBGA1)因電氣性能良好，應用越來越廣泛

2)因布線考慮，很難在Die下方布熱過孔，故信號過孔會對散熱有較大影響

3)基片(substrate)復雜，一般中間層為BT層，兩邊另附有其它層。DieFlip-ChipBumpsUnderfillCoreViasBuild-upMicroviasCoreBuild-up主要類型的PBGA封裝Flip-ChipPBGA的散熱加強手段MetalCapMetalLidLidAttach建模時需特別注意Cap/LidAttach的

厚度與材質，因為該類芯片功耗一般

較大，主要熱阻的組成部分之一

Attach即使有較小的誤差，也會引起

結溫和熱阻值Theta-JC估計較大的

誤差。MetalCap與Lid可能由鋁與銅制主要應用：高功耗處理器，軍事用芯片主要分為：1)Flip-Chip2)BondWireCBGA封裝模型的建立主要類型的CBGA封裝Flip-ChipCBGADieUnderfill(typicallyepoxybased)Ceramicsubstrate(TypicallyAlumina)SolderBalls(typically90Pb/10Sn)Traces(TungstenorMolybdenum)Flip-chiplayerBare-DieMetalCapAdhesiveCapedPlasticQuadFlatPack(thinversioncalledTQFP)常用于邏輯芯片,ASIC芯片,顯示芯片等封裝外管腳(Lead),表面貼裝PlasticEncapsulantExternalleadframe(gull-wingleads)PQFP封裝模型的建立PQFP封裝模型的建立截面結構圖EpoxyovermoldCu/Alloy42leadframeAubondwireCu/Alloy42tiebarsCu/Alloy42dieflagPQFP封裝優(yōu)缺點?成熟的封裝類型，可采用傳統(tǒng)的加工方法；成本低廉；適用于中低功耗且中等數(shù)目I/O(50-300)，熱阻高，不采用Heatslug等附加散熱手段的條件下功耗很難突破2W管腳間距難以做得過小(難于小于0.4mm)，相對于BGA封裝I/O數(shù)目少．SmallOutlinePackageLowproknownasThinSmallOutlinePackage(TSOP)類似于PQFP,只是只有兩邊有管腳廣泛應用于內存芯片常見的類型- 常規(guī)- Lead-on-ChipSOP/TSOP封裝模型的建立SOP/TSOP封裝模型的建立部分芯片建模時可將各邊管腳統(tǒng)一建立；管腳數(shù)較小應將各管腳單獨建出.fusedlead一定要單獨建出Tiebars一般可以忽略.BondWiresDieDieFlagLeadframe常規(guī)DieBondWiresEncapsulantInsulationLeadframeLead-on-ChipQFN封裝模型的建立ThermalViasinPCBThermalLandinPCBDieDieAttachPadExposedPadLeads(Internal)SolderPCBMold主要用于替換引腳數(shù)小于80的引線裝芯片(主要是TSOPandTSSOP)尺寸較小，同時相對于TSOP/TSSOP散熱性能好Theta-JA通常只有TSSOP芯片的一半左右主要傳熱路徑：DieDieAttachPadExposedPadPCB次要傳熱路徑：Lead(最好各個管腳單獨建出)PCB板下(ExposedPad下方)通常添加熱過孔以加強散熱Micro-BGATM封裝模型的建立為早期的一種CSP設計常用于閃存芯片Traces排布于聚酰亞胺的tape層Die與Tape之間有專用的Elastomer采用引腳Lead將電信號由die傳遞至traces焊球可較隨意排布Die可放在中心，也可以偏置主要傳熱路徑：Die-->elastomer-->solderballs-->boardLead傳導熱量較少,很多情況下可忽略Elastomer導熱能力差，為主要的散熱瓶頸焊球要求單獨建出Tape中Trace的傳導較少,但是不能忽略SolderBall也夠成相對較小的熱阻(相對于Elastomer)DieEncapsulantElastomerLeadsTape&TracesSolderBalls其它的CSP芯片F(xiàn)ine-PitchBGA(ChipArrayTM,FSBGA)類擬于PBGA,更焊球間距更小Fan-intraces所有的過孔都必須單獨建出MicroStarTM/FlexBGATM類擬于ChipArray,但基片材料為tape而非BT堆棧封裝(StackedPackages)模型的建立StackedTSOPmZ-BallStac