cad技术在电子封装中的应用及其发展

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1、CAD技术在电子封装中的应用及其发展

2、第1lunm、通孔安装的DIP远远不能满足需要。四边引脚扁平封装(QFP)、无引脚陶瓷片式载体(LCCC)、塑料有引脚片式载体(PLCC)等可以采用SMT的四周布置引脚的封装形式应运而生。也出现了封装引脚从四周型到面阵型的改变，如针栅阵列(PGA)封装，这是一种可布置很高引脚数的采用THT的封装形式(后来短引脚的PGA也可以采用SMT)。另一方面，结合着芯片技术和基板技术特点的HIC也对封装提出更高的要求。对封装来说，随着IC组装密度增加，导致功率密度相应增大，封装热设计逐渐成为一个至关重要的问题。为此，Hitachi公司开发了HISETS(H

3、itachiSemiconductorThermalStengthDesignSystem)，该系统将五个程序结合在一起，可对6个重要的封装设计特性进行统一分析，即(1)热阻、(2)热变形、(3)热应力、(4)芯片和基板的热阻、(5)键合层的寿命、(6)应力引起电性能的改变。一个合适的封装结构可以通过模拟反复修改，直到计算结果满足设计规范而很快获得。有限元分析软件与封装CAD技术的结合，开发出交互式计算机热模型，可以在材料、几何、温度改变等不同情况下得出可视的三维图形结果。entorGraphics公司用C++语言开发了集封装电、机、热设计为一体的系统，可以通过有限元分析软件对电子

4、封装在强制对流和自然对流情况下进行热分。在这一时期，对PGA封装的CAD软件和专家系统也有不少介绍。通过在已有IC设计或PCB设计软件基础上增添所缺少的HIC专用功能，也开发了很多HIC专用CAD软件，其中包括HIC封装的CAD软件。Kesslerll／／介绍了Rockm的工艺极限，但仍无法解决需要高达数百乃至上千引脚的各类IC芯片的封装问题。经过封装工的努力，研究出焊球阵列(BGA)以及芯片尺寸封装(CSP)解决了长期以来芯片小封装大，封装总是落后芯片发展的问题。另一方面，在HIG基础上研究出多芯片组件(MCM)，它是一种不需要将每个芯片先封装好了再组装到一起，而是将多个LSI、

5、VLSI芯片和其他元器件高密度组装在多层互连基板上，然后封装在同一壳体内的专用电子产品。MCM技术相对于PCB而言有许多优点，比如能从本质上减少互连延迟。但由于组件数量多，各组件和各种性能之间交互作用，也带来了新的问题，使电设计、机械设计、热设计以及模拟仿真等都很复杂，需要把这些问题作为设计过程的一个完整部分对热和信号一起进行分析才能解决。然而，尽管HIC、PCB／MCM和IC的设计规则大体相同，但在不同的设计部门里却往往使用各自的工具工作，这就对CAD工具提出了要一体化版图设计、灵活解决MCM技术问题的要求，也使得芯片、封装与基板CAD在解决问题的过程中更加紧密融合在一起。MCM

6、设计已有不少专著介绍，也有很多专门软件问世，本文不赘述。在这一时期，封装CAD的研究十分活跃，如美国Aluminium公司的Liu等使用边界元法(BEM)对电子封装进行设计，认为比有限元法(FEM)能更快得出结果。McMasterUniversity的Lu等用三维有限差分时域(3D-FDTD)法从电磁场观点对电子封装问题进行仿真。UniversityofArizona的Prince]利用模拟和仿真CAD工具对封装和互连进行电设计。StantordUniversity的Lee等在设计过程的早期阶段使用AVS进行3D可视化处理，可对新的封装技术的可制造性进行分析并可演示产品。CFDRe

7、sarch公司的Przekent)，可以对微电子封装结构进行分析和设计。PDSE提供了某些热点研究领域的工作平台，包括互连和封装形式以及电、热、电-机械方面的仿真，CAD框架的开发和性能、可制造性、可靠性等。PennsylvaniaStateUniversity开发了电子封装的交互式多学科分析、设计和优化(MDAO)软件，可以分析、反向设计和优化二维流体流动、热传导、静电学、磁流体动力学、电流体动力学和弹性力学，同时考虑流体流动、热传导、弹性应力和变形。Intel公司开发了可以在一个CAD工具中对封装进行力学、电学和热学分析的软件——封装设计顾问(PackageDesignAdvi

8、sor)，可以使硅器件设计者把封装的选择作为他的产品设计流程的一部分，模拟芯片设计对封装的影响，以及封装对芯片设计的影响。该软件用户界面不需要输入详细的几何数据，只要有芯片的规范，如芯片尺寸、大概功率、I／0数等就可在otorola公司认为对一个给定的IC，封装的设计要在封装的尺寸、I／0的布局、电性能与热性能、费用之间平衡。一个CSP的设计对某些用途是理想的，但对另一些是不好的，需要早期分析工具给出对任何用途的选择和设计都是最好的封装技术信息，因此开发了芯片尺寸封装