基于Workbench-Excel平台开发的微电子封装自动化热—结构耦合分析系统

随着微电子技术的迅速发展,封装的密度迅速提高,导致封装体内的热流密度急剧上升。另外,由于温度分布不均匀以及各种封装材料的热膨胀系数不匹配导致封装体内产生较大的热应力。过热和热应力已成为微电子封装失效的主要原因。因此,热—结构耦合分析在开发新一代微电子封装技术起着至关重要的作用。 目前,微电子封装的热—结构耦合分析通常使用商业有限元软件,一般的IC(Integrated Circuit)设计工程师或封装设计工程师难以胜任这一工作,因为他们虽然对封装产品的结构与设计很熟悉但却缺乏热—结构耦合分析以及有限元分析的相关理论知识。为了使IC设计工程师或封装工程师可以快速而准确地完成微电子封装的热—结构耦合分析,本文基于ANSYS Workbench和Excel等工具开发出一个可以自动化完成微电子封装热—结构耦合分析的系统(AutoSim)。 本文首先总结了微电子封装热—结构耦合分析及其仿真软件的研究现状,介绍了传热学和热应力的基本理论,以及芯片热阻的各种定义和热阻测试的工业标准。在总结微电子封装热传导分析和热应力分析特点的基础上,提出应用ANSYS Workbench二次开发工具和Excel等开发微电子封装自动化热—结构耦合分析系统的总体方案。 然后,本文详细介绍了系统的开发环境、功能设计以及整个开发的过程,重点阐述了系统各个模块的功能和实现方法。最后,应用AutoSim分别对元件级封装模型和PCB级封装模型进行热—结构耦合分析,通过与ANSYS中手工操作获得的结果进行比较,验证了该系统的可靠性和高效性。