sip封装及散热技术.ppt

SIP封装及其散热技术;一、SIP开展及其散热问题

二、存储器封装的开展趋势及散热问题

三、CPU封装的开展趋势及散热问题

四、结论与展望;一、SIP开展及其散热问题;SIP技术是目前IC封装的开展的必然趋势。SIP是指将具有全部或大局部电子功能，可能是一系统或子系统也可能是组件〔Module〕，封装在同一封装体内。在本质上，系统级封装不仅是单芯片或多芯片的封装，同时可含有电容、电阻等无源器件，电子连接器、传感器、天线、电池等各种元件，它强调功能的完整性，具有更高的应用导向性。;目前，SIP的型式可说是千百万化，就芯片的排列方式而言，SIP可能是2D平面或是利用3D堆叠,如图2(a)；或是多芯片封装〔Multi-chipPackage；MCP〕以有效缩减封装面积，如图2(b)；或是前述两者的各种组合,如图2(c)。;更广义的SIP更包含了内埋置无源器件或有源器件的功能性基板结构，以及包含光电器件集成为一体的设计等，如图3所示。;SIP结构所产生的散热问题大致有以下几点：

芯片堆叠后发热量将增加，但散热面积并未相对增加，因此发热密度大幅提高；

多芯片封装虽然仍保有原散热面积，但由于热源的相互接近，热耦合增强，从而造成更为严重的热问题；

内埋置基板中的无源器件也有一定的发热问题，由于有机基板或陶瓷基板散热不良，也会产生严重的热问题；

由于封装体积缩小，组装密度增加，使得散热不易解决，因此需要更高效率的散热设计。;评估IC封装热传导问题时，一般采用热阻的概念。由芯片外表到环境的热阻定义如下：;分析SIP封装时，两类重要的结构特性分别是3D堆叠芯片封装及多芯片封装，对散热都有显著的影响，在传热分析上和单芯片封装的概念是相同的，都可以用热阻网络来解析。3D芯片堆叠封装或多芯片封装那么较为复杂。

以散热路径来看，封装中芯片产生的热主要分成向上和向下两局部，向上局部的热会透过封装上外表传递到环境空间，向下的热那么是透过PCB或陶瓷基板传递到环境空间。在自然对流条件下可假设封装产生的热大局部都往下传，因此向上的热阻路径可以忽略。;图4〔a〕芯片堆叠结构的热传路径及热阻???络；

〔b〕多芯片并列结构的热传路径及热阻网络;Interposer;对于SIP热传而言，如果使用有机材质的基板，那么其热传导性很低，因此热阻很大，基板的散热设计就显得相对重要，可通过增加铜箔层或是散热通孔来增强效果。

对于SIP的热传问题，目前的相关研究并不多，例如图6是Amkor公司开发的利用两个芯片SIP封装技术的DC-DC变换器的结构。在散热设计上利用陷入阵列〔LandGridArray；LGA〕的封装结构，在热通孔里镀上铜〔Cu〕以加强基底的热传散热效果，进而得到较高的热性能。;由图7的ANYSY热传分析结果显示，其较高温度的地方出现在两个芯片所在的地方，由于采用了合理的散热设计，使得发热问题得到很大的改善。;图8〔a〕及图8〔b〕所示的分别是Toshiba公司同样针对并列芯片和堆叠两芯片的SIP结构所做的热分析结果。由图中看出，其在自然对流空气中，并列芯片的SIP温度分布比堆叠的SIP有较显著的均匀温度分布；而堆叠的SIP其高温温度值较集中在芯片的附近，越远离芯片处那么温度较低。然而就芯片周围的温度分布强度来看，堆叠的SIP所造成的高温强度相对强很多。;二、存储器封装的开展趋势及散热问题;从发热量来看，闪存及SRAM的发热量很小，散热问题不大，但是在高速的DIMM模块中，目前发热量为0.5W/Package，随着时间的推移，到了DDRII规格时的发热量会高达1.0W/Package以上，热传导所造成的问题将逐渐被凸现出来。由于存储器模块体积有限，因此散热设计相对较为困难，加上系统内部风流场常受其他装置阻挡破坏，因此如何利用封装自身结构的特性来提高散热能力，将直接决定存储模块性能的优劣。;目前新一代的存储器封装开始采用WindowBGA的形式，与一般TSOP封装的体积相比足足小了约50%，因此在相同面积的SO-DIMMPCB板上，可多放置一倍的存储器芯片数，进而增加一倍的存储容量，而WindowBGA在电性上也有相当的优势。此外，如图9所示其内部接线也较短。;WLCSP晶圆级芯片封装方式的最大特点是能有效的缩小封装体积，如图10所示。WLCSP封装除了电性优异外，相较于FBGA与TSOP封装，WLCSP少了介于芯片与环境的传统密封塑料或陶瓷衬底，同时也少了介于芯片与PCB间的基板，因此IC芯片运算时的热量能更能有效的散逸，而不致增加封装体的