集成电路陶瓷封装热阻的测试方法

封装热阻是集成电路、电子器件总热阻的一部分。测试封装热阻是评估电子器件热性能的重要手段。本文提出用热试验塑封功率管作加热元件,并用热敏参数法来测量功率管的芯片温度。采用扣除法来测定封装热阻。通过对不锈钢试样的实验测试和理论计算,验证了该测试方法的可靠性。在各种工作条件下测试了多种高密度封装的热阻,得到了满意的结果。     

集成电路封装热阻分析

集成电路热阻是集成电路特别是功率型电路的主要可靠性参数。在一定功率下,它决定了电路工作时的结温,在进行系统热设计、可靠性预计时都要考虑电路的热阻。集成电路热阻测试方法是我国微电子工业尚待解决的问题,也是当前研究重点之一。本文介绍采用统一热分布的标准芯片测试电路热阻的方法,并分析不同封装形式、不同粘片工艺、不同芯片面积以及不同生产厂对电路热阻的影响。     

多芯片陶瓷封装的结-壳热阻分析方法

随着半导体行业对系统高集成度、小尺寸、低成本等方面的要求,系统级封装(Si P)受到了越来越多的关注。由于多芯片的存在,Si P的散热问题更为关键,单一的热阻值不足以完整表征多芯片封装的散热特性。介绍了多芯片陶瓷封装的结-壳热阻分析方法,通过热阻矩阵来描述多芯片封装的散热特性。采用不同尺寸的专用热测试芯片制作多芯片封装样品,并分别采用有限元仿真和瞬态热阻测试方法分析此款样品的散热特性,最终获得封装的热阻矩阵。     

混合集成电路常见装配结构热阻分析

从常规电子产品热设计基础理论的理解分析入手,结合实际应用,阐述了混合集成电路典型装配结构热阻的简便分析方法;绘制了多种典型结构的内热阻与发热芯片面积的关系曲线和外热阻与封装表面积的关系曲线;提出了通过典型结构热阻曲线分析产品芯片结温的方法,及相应问题的处理办法;对一般混合集成电路的非精确热设计有一定的参考意义。     

二维和三维集成电路的热阻计算

聚焦芯片功耗密度、水平互连焦耳热和垂直互连焦耳热三种温升因素，构造二维和三维集成电路的热阻分析模型，基于2003年国际半导体技术发展路线图（2003-ITRS），计算二维和三维集成电路的热阻和温升参数，给出热阻二维图和温升三维图。分析结论为热阻参数是严重影响二维和三维集成电路发展的瓶颈。     

基于有限元模型的三维集成电路热分析

基于有限元理论,对三维集成电路(3D-IC)进行了建模和仿真,研究了不同模型的热分布和计算复杂度.通过Gmsh软件创建3D-IC模型并生成网格化文件.利用Matlab软件提取有限元参数,获到模型的刚度矩阵.用层次矩阵(Hierarchical matrix,H-matrix)表示刚度矩阵,得到了不同模型刚度矩阵的求逆所消耗的存储空间和运算时间.结果表明:随着模型刚度矩阵行列数目的增加,所需要的运算时间和存储空间呈现线性变化关系.     

热仿真设计在陶瓷封装中的应用研究

热仿真设计可以对封装产品进行散热性能评估,对缩短产品设计周期、提高产品热可靠性有着重要的意义。采用有限元方法对陶瓷封装器件进行了结壳热阻(θJC)的仿真分析。仿真结果显示,当采用两种不同方法进行边界条件处理时,所得仿真结果产生一定的差异。分析认为,陶瓷基板散热条件的变化会对最终的热阻值造成一定的影响。热电测试法被用来进行实物封装的热阻测量,测试时采用的导热胶会对最终的测试结果产生影响。仿真与测试结果对比显示,仿真方法可以获得较精确的结果。     

混合集成电路有限元热分析技术的研究（上）──方法与模型

讨论了混合集成电路热分析的方法，提出用微机进行有限元热分析的实用方法，即模型／子模型方法。并构造了相应的热模型，在此基础上开发了微机有限元ＨＩＣ热分析专用软件，给出了用于ＨＩＣ热分析的各种模型，如半导体集成电路及晶体管模型、膜电阻模型等。     

基于接触位置的扩散热阻研究

本文利用热瞬态分析仪T3ster测试了大功率LED封装阵列中不同阵列点热阻的变化,得到结论：在散热基板中心点处热阻最小,距中心点越远热阻越大,并且热阻与距离呈线性关系。通过分析得到热阻增加的部分为扩散热阻,所以扩散热阻应作为大功率LED封装阵列设计的考虑因素之一。     

面向引线框架封装的热阻建模与分析

针对通用的QFP48引线框架封装,首先探讨了封装中的热传输机制,给出了热阻的理论计算结果;接着利用Ansys Icepak软件建立起QFP48的有限元模型,热阻仿真结果较好地验证了热传输机制的理论分析;最后讨论了减小封装热阻、提高热可靠性的方法。结果表明:适当提高塑封材料的热传导率、增加PCB面积和施加一定风速的强迫对流均可降低QFP48封装的热阻,提高散热效果。     

微系统热阻模型研究及其应用

系统级封装(SIP)实现了高密度、高集成度封装技术,同时散热问题备受关注,热设计中芯片结温预测十分重要.本文采用有限元仿真方法,建立了一种自然对流环境下微系统热阻模型,并通过模型中热阻矩阵预测多芯片总功耗相同条件下的各芯片结温,同时利用热阻测试试验和有限元仿真方法对预测结温进行验证,结果表明热阻矩阵模型预测芯片结温与热阻测试试验和有限元仿真结果误差分别小于2%和5%.但同时发现该热阻矩阵模型的不通用性,对于总功耗变化的多芯片结温,预测结果偏差较大.通过不同总功耗下各热阻矩阵的函数关系建立拟合曲线并修正热阻矩阵模型,修正后的结环境热阻矩阵适用于不同总功率条件、各芯片不同功率条件下的芯片结温预测,预测结果与热阻测试试验中芯片结温和有限元仿真结果误差均小于5%.因此,提出的修正结环境热阻矩阵的方法可以快速且便捷地预测不同功率芯片的结温,并对器件的散热性能进行较为准确的预估.     

热界面材料对高功率LED热阻的影响

散热不良是制约大功率LED发展的主要瓶颈之一, 直接影响着大高功率LED器件的寿 命、出光效率和可靠性等。本文采用T3ster热阻测试仪和 ANSYS热学模拟的方法对LED器件进行热学分析,以三种热界面材料(金锡,锡膏,银胶)对LE D热阻及芯片结温的影响为例,分析了热界面材料的热导率、厚度对LED器件热学性能的影响 ,实验结果表明界面热阻在LED器件总热阻中所占比重较大,是影响LED结温高低的主要因素 之一;热学模拟结果表明,界面材料的热导率、厚度及界面材料的有效接触率均会影响到LE D器件结温的变化,所以在LED器件界面互连的设计中,需要综合考虑以上三个关键参数的控 制,以实现散热性能最佳化。     

有关QFN72和CQFN72的热阻计算

文章介绍了QFN72和CQFN72结到外壳的等效热路分析及结到外壳热阻θJC的简化计算方法,结果表明原设计下CQFN72的热阻约为1.25 K·W-1,几乎是QFN72的一倍。优化CQFN热设计的主要途径是适当减薄陶瓷基板厚度、在陶瓷基板中嵌入钨柱阵列、芯片减薄和采用金基焊料焊接等。从CQFN热设计考虑,不应在主散热区热沉下采用4J29或4J42焊接垫片,否则会使热阻θJC增大10%以上。     

基于板上封装技术的大功率LED热分析

根据大功率LED板上封装(COB)技术的结构特点,提出三种COB方法.第一种方法是把芯片直接键合在铝制散热器k(COB-III型),另外两种方法是分别把芯片键合在铝基板上和铝基板的印刷线路板上(COB-II和COB-I型),并对三种COB的热特性进行有限元模拟、实验测量和对照分析.结果表明:在环境温度为30℃时,采用第...     

基于有限元分析的集成电路瞬态热模拟

结合EDA软件Cadence及目前常用的有限元分析软件ANSYS模拟了芯片的瞬态热效应.将从电路仿真软件中得到的电学参数作为ANSYS软件的载荷,加载到从ANSYS中建立的热模型上,对芯片的瞬态工作状态进行了热仿真,模拟芯片工作时的瞬态温度分布.针对一个简单集成电路进行芯片级的瞬态热分析,通过调整热载荷脉冲时间得到了此电路的热时间常数;模拟了同一频率不同占空比下电路的热响应情况;模拟了相同时间、相同占空比、不同频率下电路的热响应情况.     

功率混合集成电路的封装应力分析

文章对贮能焊封装过程中管壳的受力状态进行了分析，给出了各结合层残余应力的计算结果，结果表明，管壳的翘曲度对电路内部各结合层受力装态的影响很大。     

基于结构函数的大功率整流管封装内部热阻分析

在对大功率整流管(以下简称器件)进行瞬态热阻抗测试的基础上,基于结构函数分析技术建立器件由热阻、热容组成的RC热模型,并结合器件的封装结构对其内部热阻进行分析,得到了器件各层材料的内部热阻分别为:芯片0.12℃/W、焊接层0.18℃/W、绝缘层0.21℃/W、管座0.67℃/W。研究表明,利用结构函数分析大功率整流管内部热阻是一种可靠、有效的方法,对于器件封装结构的热设计具有重要意义。     

多芯片组件（MCM）的热模拟研究

介绍了MCM的封装热阻及相应的几种热阻计算方法。利用有限元分析软件ANSYS对多芯片组件(MCM)进行了热模拟。在常用两种MCM结构的热流模型基础上，分析并比较了这两种热模型差异及对散热的影响。根据ANSYS模拟结果，讨论了空气流速、基板热导率及其厚度、芯片粘结层热导率及其厚度对MCM封装热特性的影响，分析了控制MCM封装内、外散热的主要因素。     

功率型倒装结构LED系统热模拟及热阻分析

为了了解功率型倒装结构LED系统各部分热阻,找出LED系统散热关键,对功率型倒装结构LED系统进行了有限元热模拟,同时结合传热学基本原理分析了各部分的热阻.结果表明,LED系统中凸点,Si-submount管壳和散热体的自身热阻较小,而芯片、粘结剂、散热体-环境的热阻较大,占系统热阻主要部分.因此优化设计芯片与散热体,选取导热率高的粘结剂,可以有效降低LED系统的热阻,成为LED系统散热设计的关键.