芯片與封裝之間，封裝內(nèi)各芯片之間，以區(qū)封裝與印制電路板(PCB)之間存在交互作用，采用芯片-封裝-PCB 協(xié)同設(shè)計可以優(yōu)化芯片、封裝乃至整個系統(tǒng)的性能，減少設(shè)計迭代，縮短設(shè)計周期，降低設(shè)計成本。

芯片-封裝-PCB 電氣協(xié)同設(shè)計

首先分析產(chǎn)品特性 (如產(chǎn)品功能、使用環(huán)境、技術(shù)指標(biāo)等)，據(jù)此進(jìn)行芯片設(shè)計，對其I/O引腳排布進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)合芯片的功能、性能和成本，選用合適的互連方式(如引1線鍵合、倒裝芯片等)，降低基板布線復(fù)雜度，提高傳輸特性;利用芯片的網(wǎng)表、引腳引出方式等信息進(jìn)行封裝設(shè)計，結(jié)合芯片和產(chǎn)品特性，選用相應(yīng)的封裝形式(如 BGA、LCA、QFN 等)，保障將芯片的信息信號和功率合理地輸人與輸出，實現(xiàn)芯片之間的互連;對芯片實現(xiàn)良好的物理保護(hù)綜合考慮 PCB 的布線難度和功能，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的設(shè)計。然后分別進(jìn)行芯片、封裝和 PCB 的仿真，提取芯片模型和 PCB 模型，并將其導(dǎo)人到封裝的仿真模型中，進(jìn)行信號完整傳輸路徑的仿真，建立系統(tǒng)級仿真鏈路，實現(xiàn)芯片一封裝PCB 的協(xié)同設(shè)計和仿真，然后基于仿真結(jié)果，分析芯片、封裝和 PCB 的設(shè)計對整個系統(tǒng)的影響，并對其進(jìn)行優(yōu)化，最終完成設(shè)計。芯片-封裝-PCB 的電學(xué)協(xié)同設(shè)計流程如圖所示。在協(xié)同設(shè)計仿真過程中，應(yīng)結(jié)合芯片、封裝和PCB 各自的特點，進(jìn)行電源完整性設(shè)計，為芯片提供干凈、穩(wěn)定的電源，為信號提供低阻抗、低噪聲的參考回路，并抑制電磁干擾?；谛酒?SPICE(Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis) 或 IBIS (Input/ Output BufferIntormation Specification) 等模型、封裝的參數(shù)模型(如 RLCG、S 參數(shù)或 SPICE模型等)，以及PCB 的 RLCG 或S參數(shù)等模型，進(jìn)行整個系統(tǒng)的電性能設(shè)計與仿真。通過軟件建模工具 與硬件測試儀器，結(jié)合高速接口電路的電氣特性，完成芯片與封裝軟硬件協(xié)同建模 與參數(shù)提取，依據(jù)仿真得到的滿足系統(tǒng)指標(biāo)的設(shè)計參數(shù)和文件，得到安全、優(yōu)化的完整設(shè)計方案。

2.芯片-封裝-PCB 散熱協(xié)同設(shè)計

芯片熱功耗的大小對封裝結(jié)構(gòu)、材料選取、散熱設(shè)計 等提出了不同的需求，應(yīng)根據(jù)不同的產(chǎn)品特性選取合適的散熱方式(如風(fēng)冷、水冷和自然對流)、封裝結(jié)構(gòu)(如內(nèi)部熱沉、加散熱過孔、基板結(jié)構(gòu)等)和封裝材料(如貼片膠、塑封料和基板材料等)，將芯片產(chǎn)生的熱量有效地傳導(dǎo)給PCB 或散熱器。散熱協(xié)同設(shè)計的主要目的是，針對產(chǎn)品性能及可靠性需求，實現(xiàn)芯片、封裝和 PCB 的合理布局，控制局部熱點，提高整體散熱性能。將模擬仿真結(jié)果與可測性實驗相結(jié)合，對單個芯片或多芯片集成的封裝體逐級開展溫度分布分析，研究芯片、熱界面材料與整個散熱結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，并對設(shè)計方案進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，提高系統(tǒng)的整體散熱性能。協(xié)同設(shè)計通過采用不同的材料、結(jié)構(gòu)和散熱方式，優(yōu)化系統(tǒng)的散熱方案和連接機(jī)制，如利用銅基及散熱通孔、新型熱界面材料、輔助散熱裝置等技術(shù)來提高系統(tǒng)的散熱性。

3.芯片-封裝-PCB 熱機(jī)械可靠性協(xié)同設(shè)計

芯片-封裝-PCB 的熱機(jī)械可靠性協(xié)同設(shè)計主要對芯片、封裝及系統(tǒng)之間的力學(xué)相互作用進(jìn)行分析，并對芯片、封裝及PCB 的結(jié)構(gòu)設(shè)計和材料選取進(jìn)行設(shè)計和優(yōu)化。熱機(jī)械可靠性分析通過仿真不同封裝結(jié)構(gòu)和材料的應(yīng)力梯度分布得到合適的結(jié)構(gòu)和材料，使其滿足芯片的參數(shù)性能，將應(yīng)力分布控制在芯片的線性、增益、電壓偏移及其他特性隨應(yīng) 力變化的范圍內(nèi);也可分析芯片、封裝和 PCB 間因材料的不同導(dǎo)致的 CTE 不匹配，以及工藝過程累計的殘余應(yīng)力隨溫度變化引起的熱應(yīng)力應(yīng)變和翹曲問題，通過采用熱機(jī)械模擬方法逐層進(jìn)行分析，提出有針對性的、實用的、完整的可靠性方案。

審核編輯：湯梓紅