IC封装设计与仿真

《IC封装设计与仿真》封装内部结构：IC封装设计塑封金线基板芯片RLC元件晶体Pin脚封装发展趋势：IC封装设计趋势：高集成度，高速，低功耗，小型化。芯片封装发展四阶段：第一阶段，20世纪80年代前，以插装型为主；第二阶段，20世纪80年代后，以表面安装类型的四边引线封装为主；第三阶段，20世纪90年代后，以面阵列封装形式为主；第四阶段，21世纪，3D封装为主。封装工艺(sip)：SMT，DA，WB，MoldIC封装设计加工工艺：HDI，BuidingupIC封装设计介电层绿油铜层埋孔盲孔通孔金层镍层内层线路Substrate结构加工工艺：IC封装设计：板材IC封装设计介电系数，正切损耗角，导热系数，热膨胀系数，绿色材料，价格因素。加工工艺：SurfaceFinishIC封装设计：SMT，DA，WB，Mold。IC封装设计：Tracewidth，SpacingIC封装设计封装设计：规则驱动设计IC封装设计能为您提供的设计：BGA，LGA，Sip…IC封装设计设计实例：LGA（SMT+FC）IC封装设计WIFI设计实例：LGA（SMT+WB）IC封装设计BlueTooth设计实例：BGA（SMT+Stacked3WBdie)IC封装设计CMMBsip分析:1.直流压降–仿真直流压降，电流密度分布，功率密度分布，电阻网络2.电源完整性–分析电源分配系统的性能，评估不同的叠层，电容容值选择和放置方法，最佳性价比优化去耦电容3.信号完整性–分析信号回流路径的不连续性，分析串扰和SSN/SSO，分析信号延迟，畸变，抖动和眼图4.电磁兼容–分析电磁干扰和辐射5.宽带模型抽取–提取电源分配网络的精确宽带模型，信号和电源/地模型片内电路信息（需要IC设计者提供RTL级信息以及相应的测试向量）2.片内去耦电容信息（IC设计者提供信息）3.片上电源地网格信息（IC设计者提供GDS格式信息）4.封装电源地信息和去耦电容信息5.PCB上core电源地结构信息以及去耦电容信息6.VRMPDS模型:封装级的有效去耦范围:封装级的有效去耦范围:封装电磁仿真1.确保较低的点对点的电阻：对于特定的电流负载，较低的电阻意味着较低的直流压降2.电流的指标：平面电流密度，保证可靠的热稳定性；过孔电流，避免连接失败；3.布局布线、平面分割优化：电压压降分布、平面电流密度、平面功率密度：频域仿真封装电磁仿真提取正封装结构，仿真真个频域的电源阻抗，优化电容数量和组合，提供最优的去耦最低成本的电源完整性方案，并可结合die与PCB做die-Package-PCB真个PDN的仿真。1.模型提取（Modelextraction）,可提取IC封装或PCB整板信号和电源的频域阻抗参数和S参数，观测PDS的谐振特性;2.谐振点检测（Hotspotdetection）,可分析PDS随频域变化的空间噪声分布和谐振点分布;3.EMC/EMI辐射仿真（EMC/EMIsimulation）,可分析整板的远场和近场辐射.PKGPCB：时域仿真封装电磁仿真PI时域的仿真，对电源波动更加直观，我们可以提取正封装结构的S参，或die-Package-PCB整个PDN的S参数到仿真器，加载上电流源电压源，仿真时域内电源的波动，并测量是否超限。的S参数EMC/EMI：封装电磁仿真2.时域仿真器里加入S参数模型和IObuffer，仿真4.FFT结果作频变源输入，运行EMI仿真3.从时域仿真提取激励5.仿真结果辐射远场图以及与EMC规范对比…：RF封装电磁仿真直接从APD/Sip设计文件提取封装的结构，包括bondwire，trace，bump,solderball等，用3D电磁场仿真软件仿真RF端口的传输参数并从结构上进行传输特性的优化。并可将封装与PCB结合，提取优化整个射频通道。PKGPCB：SParameter，TDR，Eye封装电磁仿真PKGPCB：CrossTalk，SSN/SSO封装电磁仿真CrosstalkSSN，P/GBouncePKGPCB封装电磁仿真封装3D建模，提取S参数，阻抗特性,TDR，EMI电磁场辐射模型，波形有震荡和延迟（100ps）。PackageModel对信号的影响PackageIBISModel:基本理论：热传递三种方式封装热仿真dTTkAQajk为材料导热系数（W/m-℃）A为热传导面积Tj为高温面的温度Ta为低温面的温度ｄ为材料厚度传导)(aSTThAQh为对流换热系数A为换热面面积Ts为固体表面的温度Ta为流体温度对流)(44jiijiTTFAQ为辐射率（黑度）为斯蒂芬－波尔兹曼常数，约为5.67×10-8W/m2.K4Ai为辐射面i的面积Fij为由辐射面i到辐射面j的形状系数Ti为辐射面i的绝对温度Tj为辐射面j的绝对温度辐射封装热仿真步骤：封装热仿真建模FlothermIcepak软件：Cadence;Autocad;ProE，UG…文件格式：Idf,igs,sat,step，dxf…在热分析软件中直接建实体模型，或通过其他软件导入封装结构；定义材料热性能参数…后处理图形显示温度场；节点温度hotpoint；计算热阻；列表各面的热流率，换热系数…求解定义求解域，求解类型；施加热载荷，定义边界条件；划分网格，定义收敛标准；求解…封装热阻的定义：封装热仿真IC封装而言，最重要的参数是由芯片接面到固定位置的热阻，其定义如右：热阻值θ或是R表示，Tj=Die发热部位的温度值die(“junction”)，Tx=某参考点的温度值，P=芯片的功耗。常用的定义：θja，θjb,θjc,ψjb，ψjtQTTXjjX封装热阻模型：θjx使用的局限性封装热仿真•qjx试图采用简单的热阻表示复杂的芯片传热现象•芯片内部的热传现象非常复杂，无法使用热阻来完美表示；•热阻qjx无法用于准确预测芯片的温度，只能提供定性的热性能对比；•如需准确预测特定工况下芯片的温度，我们需要其它的方法Convection/RadiationConvection/RadiationConductionConvectionConductionRadiationConductionJunctionXθjx封装热阻模型：芯片的详细模型封装热仿真BTDielectricThermalViasSolderBalls(37Pb/63Sn)Epoxy-basedEncapsulantSiliconDieDieAttach&SolderMaskGoldBondWiresCuTracesPower&GroundPlanesBottomSpreaderDieFlagSignalVias模型包含几乎所有的详细特征,如金丝,锡球,芯片(die),底层等.用于封装层次的建模,描述以及测量确认等.–精度高–边界条件无关,与网络模型不同–计算时间比简化的模型多–仅仅用于非常重要的封装封装热阻模型：DELPHI模型封装热仿真热阻模型的提取：DELPHI模型封装热仿真：PackageSize封装热阻影响因子1：PackageSize封装热阻影响因子1：PackageSize封装热阻影响因子3：HeatSpreaderAndHeatSlug封装热阻影响因子2：PackagingMaterial封装热阻影响因子3：HeatSpreaderAndHeatSlug封装热阻影响因子4：DieSize封装热阻影响因子5：DevicePowerDissipation封装热阻影响因子6：DevicePowerDissipation封装热阻影响因子7：AirFlowRate封装热阻影响因子8：MountingParameters封装热阻影响因子9：PCBoardTemperature封装热管理优化：材料选择封装热仿真封装热管理优化：材料选择，结构优化封装热仿真原设计优化2优化1封装失效模式：封装结构仿真封装失效的来由：封装结构仿真封装体是由不同的材料堆叠而成，当在生产或使用过程中有热产生时，由于材料的CTE不匹配，会在封装结构中产生热应力，导致一系列的可靠性问题，如warpage，delamination，crack等等。操作步骤：封装结构仿真StartCreatProject1.Aim2.ModelType1D，2D，3D3.ReadyMPandBCPREP7ElementTypeRealConstantMaterialProperties1.CreatSolidModel2.MeshFEMModelDirectly?1.CreatFEMDirectlyOtherSetting:CreateComponents,Coupling,RigidArea…SolutionAnalysisTypeBoundaryC