一种考虑芯片封装材料的热仿真分析方法与系统与流程

本发明涉及芯片封装技术领域，特别是一种考虑芯片封装材料的热仿真分析方法与系统。

背景技术：

自从intel公司1971年设计制造出4位微处理器芯片以来，20多年里，cpu从intel4004、80286、80386、80486发展到pentium、pⅱ、pⅲ、p4，从4位、8位、16位、32位发展到64位。主频从mhz发展到今天的ghz；cpu芯片里集成的晶体管数由2000多个跃升到千万以上；半导体制造技术的规模由ssi、msi、lsi、vlsi(超大规模集成电路)达到ulsi。封装的输入/输出(i/o)引脚从几十根，逐渐增加到几百根，甚至可能达到2000根。

封装材料一般是陶瓷或工程塑料，芯片的耐热程度取决于硅半导体的材质、制造工艺以及封装的散热能力，一般核心极限温度在168度，当然外壳温度不可能有那么高，否则核心就该融化了。

在不同材料中，有2-resistorctm，material+theta-ic，delphi等材料；外壳的温度取决与芯片的封装形式、热阻、散热设计、工作频率、芯片的面积和工作状态，一般不会超过100度。

而现有技术缺少对不同材料的电热仿真，不同材料的电热特性没法获得，仅仅是通过经验进行判断。由于对ic供应商提供的芯片信息仅仅关注在功能阶段，对在实际使用时产生的热量反过来对芯片的影响没法估测，容易导致热量多大，损伤芯片。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种考虑芯片封装材料的热仿真分析方法与系统，旨在解决现有技术中对于封装材料选取依靠经验进行判断的问题，实现获取不同材料的电热特性，从而选择合适的封装材料，保证芯片的稳定性。

为达到上述技术目的，本发明提供了一种考虑芯片封装材料的热仿真分析方法，包括以下步骤：

s1、获取芯片的布线信息文件；

s2、分别选择2-resistorctm材料、material+theta-jc材料、delphi材料作为封装材料；

s3、结合芯片的布线信息文件进行封装，并进行热仿真；

s4、根据热仿真结果选择最优的封装材料。

优选地，所述布线信息文件包括信号层的层数、内电层的层数、pcb走线信息、pin脚数量信息以及封装面积信息。

优选地，所述信号层的层数通过信号线的数量和种类来确定。

优选地，所述内电层的层数通过电源的种类、隔离和抗干扰的要求来确定。

本发明还提供了一种考虑芯片封装材料的热仿真分析系统，所述系统包括：

布线信息获取模块，用于获取芯片的布线信息文件；

封装材料选取模块，用于分别选择2-resistorctm材料、material+theta-jc材料、delphi材料作为封装材料；

封装模块，用于结合芯片的布线信息文件进行封装，并进行热仿真；

热仿真模块，用于根据热仿真结果选择最优的封装材料。

优选地，所述布线信息文件包括信号层的层数、内电层的层数、pcb走线信息、pin脚数量信息以及封装面积信息。

优选地，所述信号层的层数通过信号线的数量和种类来确定。

优选地，所述内电层的层数通过电源的种类、隔离和抗干扰的要求来确定。

发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：

与现有技术相比，本发明通过确定芯片布线信息文件，选取不同的封装材料进行热仿真，根据热仿真的结果选取最优的封装材料，从而在2-resistorctm材料、material+theta-jc材料、delphi材料中选取最合适的材料进行封装，解决了现有技术中对于封装材料选取依靠经验进行判断的问题，实现获取不同材料的电热特性，从而选择合适的封装材料，保证芯片的稳定性。

附图说明

图1为本发明实施例中所提供的一种考虑芯片封装材料的热仿真分析方法流程图；

图2为本发明实施例中所提供的一种考虑芯片封装材料的热仿真分析系统结构框图。

具体实施方式

为了能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。

下面结合附图对本发明实施例所提供的一种考虑芯片封装材料的热仿真分析方法与系统进行详细说明。

如图1所示，本发明实施例公开了一种考虑芯片封装材料的热仿真分析方法，包括以下步骤：

s1、获取芯片的布线信息文件；

s2、分别选择2-resistorctm材料、material+theta-jc材料、delphi材料作为封装材料；

s3、结合芯片的布线信息文件进行封装，并进行热仿真；

s4、根据热仿真结果选择最优的封装材料。

在完成元器件的预布局后，获取芯片的布线信息文件，需要对pcb的布线瓶颈处进行重点分析，结合eda工具分析电路板的布线密度，再综合有特殊布线要求的信号线如差分线、敏感信号线等的数量和种类来确定信号层的层数，然后根据电源的种类、隔离和抗干扰的要求来确定内电层的数目，从而在整个电路板的运行时，能够极大促进系统的整体运转的可靠性。

用于ic封装的引线框架的金属材料一般根据封装的要求在几种材料中选取一种。对于陶瓷封装，一般选择合金42或iconel合金作为引线框架材料，因为这些合金与陶瓷材料基板的热膨胀系数相匹配。因为陶瓷材料的脆性的缘故，cte匹配对于陶瓷材料很重要。但是在表面贴装元件的最后的装配中，根据尺寸的不同，低cte材料会对可靠性产生负面影响，因为低cte材料与大多数的标准pcb基板的cte产生失配。虽然高模量、低cte的金属材料作为引线框架材料时，能够在陶瓷封装和塑料dip封装中表现良好，但是在表面贴装塑料封装时，铜是更好的引线框架材料。铜更加柔软，而且能够保护焊点，且具有电导率更高的优点。

预先准备好信息文件，包括信号层的层数、内电层的层数、pcb走线信息、pin脚数量信息以及封装面积信息等，对于封装材料，选取2-resistorctm材料、material+theta-jc材料、delphi材料，分别进行热仿真。

对于不同材料下，得到不同的热仿真示意图，可以得到分别在常规材料、2-resistorctm材料、material+theta-jc材料、delphi材料下，温度分别为62.3956℃、61.6618℃、61.594℃、61.7108℃。

由于温度对于数字ic芯片阈值电压vt是有影响的，温度升高引起vt下降，阈值电压vt下降使得芯片速度加快，但通常温升导致迁移率下降更快，总的影响是温度升高速度变慢。

无论是nmos还是pmos，vt的绝对值都是随温度升高而下降，温度每升高1℃，vt下降1.5～2mv，温度升高，nmos管的p型衬底中自由电子浓度增大，更小的vgs即可形成反型层，即相应的vt下降。

本发明实施例通过确定芯片布线信息文件，选取不同的封装材料进行热仿真，根据热仿真的结果选取最优的封装材料，从而在2-resistorctm材料、material+theta-jc材料、delphi材料中选取最合适的材料进行封装，解决了现有技术中对于封装材料选取依靠经验进行判断的问题，实现获取不同材料的电热特性，从而选择合适的封装材料，保证芯片的稳定性。

如图2所示，本发明实施例还公开了一种考虑芯片封装材料的热仿真分析系统，所述系统包括：

布线信息获取模块，用于获取芯片的布线信息文件；

封装材料选取模块，用于分别选择2-resistorctm材料、material+theta-jc材料、delphi材料作为封装材料；

封装模块，用于结合芯片的布线信息文件进行封装，并进行热仿真；

热仿真模块，用于根据热仿真结果选择最优的封装材料。

在完成元器件的预布局后，获取芯片的布线信息文件，需要对pcb的布线瓶颈处进行重点分析，结合eda工具分析电路板的布线密度，再综合有特殊布线要求的信号线如差分线、敏感信号线等的数量和种类来确定信号层的层数，然后根据电源的种类、隔离和抗干扰的要求来确定内电层的数目，从而在整个电路板的运行时，能够极大促进系统的整体运转的可靠性。

预先准备好信息文件，包括信号层的层数、内电层的层数、pcb走线信息、pin脚数量信息以及封装面积信息等，对于封装材料，选取2-resistorctm材料、material+theta-jc材料、delphi材料，分别进行热仿真，并根据温度来选择最优的封装材料。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。