集成電路（IC）封裝的案例
集成電路（IC）封裝工藝簡介，值得學習和收藏
精華，去糟粕，重基礎，促創新
集成電路封裝知識
電子封裝是一個富于挑戰、引人入勝的領域。它是集成電路芯片生產完成后不可缺少的一道工序，是器件到系統的橋梁。封裝這一生產環節對微電子產品的質量和競爭力都有極大的影響。按目前國際上流行的看法認為，在微電子器件的總體成本中，設計占了三分之一，芯片生產占了三分之一，而封裝和測試也占了三分之一，真可謂三分天下有其一。封裝研究在全球范圍的發展是如此迅猛，而它所面臨的挑戰和機遇也是自電子產品問世以來所從未遇到過的；封裝所涉及的問題之多之廣，也是其它許多領域中少見的，它需要從材料到工藝、從無機到聚合物、從大型生產設備到計算力學等等許許多多似乎毫不關連的專家的協同努力，是一門綜合性非常強的新型高科技學科。
什么是電子封裝 (electronic packaging)? 封裝最初的定義是：保護電路芯片免受周圍環境的影響（包括物理、化學的影響）。所以，在最初的微電子封裝中，是用金屬罐 (metal can) 作為外殼，用與外界完全隔離的、氣密的方法，來保護脆弱的電子元件。
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詳見附件。
集成電路封裝知識.pdf
展開 新封裝、新材料、新架構驅動后摩爾時代集成電路發展
新封裝、新材料、新架構驅動后摩爾時代集成電路發展
從演進路線來看，未來集成電路的長期演進有三種主流的路線：More Moore（使用創新半導體制造工藝縮小數字集成電路的特征尺寸）、More than Moore（在系統集成方式上創新，系統性能提升不再靠單純的晶體管特征尺寸縮小，而是更多地靠電路設計以及系統算法優化）、Beyond CMOS（使用 CMOS 以外的新器件提升集成電路性能）。
從后摩爾時代創新的方式看，主要圍繞新封裝、新材料和新架構三方面展開。
1.新封裝領域，3D 封裝、SiP（System In a Package，系統級封裝）已實現規模商用，以 SiP等先進封裝為基礎的 Chiplet 模式未來市場規模有望快速增長，目前臺積電、AMD、Intel 等廠商已紛紛推出基于 Chiplet 的解決方案。
2.新材料領域，隨著 5G、新能源汽車等產業的發展，硅難以滿足對高頻、高功率、高壓的需求以 GaAs、GaN、SiC 為代表的第二代和第三代半導體迎來發展契機。
3.新架構領域，以 RISC-V 為代表的開放指令集將取代傳統芯片設計模式，更高效應對快速迭代、定制化與碎片化的芯片需求。為應對大數據、人工智能等高算力的應用要求，AI NPU 興起。存內計算架構將數據存儲單元和計算單元融合為一體，能顯著減少數據搬運，極大地提高計算并行度和能效。長期來看，量子、光子、類腦計算也有望取得突破。
新封裝：提高效率、降低成本，先進封裝前景廣闊
隨著節點縮小，工藝變得越來越復雜且昂貴，在經典平面縮放耗盡了現有技術資源、應用又要求集成更加靈活和多樣化的今天，若在芯片中還想“塞進更多元件”，就必須擴展到立體三維，從異構集成(HI)中找出路。
展開 AMCC使用Flotherm和Flopack減少集成電路封裝開發成本
AMCC利用Flotherm和Flopack對倒裝芯片/線債券
熱性能比較減少集成電路封裝開發成本
應用微電路公司（納斯達克：AMCC）的封裝工程組使用Flotherm熱仿真軟件極大的降低了一個IC新產品的封裝成本和項目資源成本。AMCC通過在設計前期對倒裝芯片/線債券熱性能比較而取得這些突出成果。
“仿真模擬幫助我們在成本預算之內提高主流雙端口10Gps 以太網PHY家族QT2225和QT2235性能，這使得我們在設計前期就優化了熱性能與封裝成本之間的平衡。”AMCC封裝工程師Mark Patterson說：“一小時之內建立芯片熱模型的仿真能力解決了我們設計前期仿真復雜的瓶頸問題和時間與資源的限制。我們使用Flotherm做熱仿真因為它簡化與方便不同封裝樣式和類型的模擬?！?Flomerics帶給顧客的一個重要便利在于通過極大地縮短了封裝設計建模時間和能夠對Flopack站點的利用。僅需要簡單定義芯片的關鍵參數包括包裝尺寸、裸片尺寸、球數量、封裝金屬層數和功率消耗，數分鐘Flopack網站就能生成原本需要通過封裝材料或其他方案建模的各種封裝類型的詳細熱阻模型。
幾乎每個新產品，AMCC都使用熱仿真作為設計指導，為顧客提供特定環境下詳細的熱性能信息。一個典型的設計指導相當于一份詳細的工程文件，能使客戶們清楚在多種條件下需要保證芯片散熱的是什么。AMCC還為其大多數產品制作簡潔模型。這些簡潔模型能提供部件對于氣流、溫度、壓力變化的快速和簡單的預測。AMCC還將這些模型提供給能夠導入到Flotherm模型庫的客戶，以方便客戶預測整個系統的熱性能。
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一則問答：211集成電路專業，轉互聯網還是IC設計還是PCB？
集成電路確定一級學科地位，國內高校紛紛跟進
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數碼管驅動IC-VK1640B SSOP24內部集成有數據鎖存器、LED驅動等電路
產品品牌：永嘉微電/VINKA
產品型號：VK1640B
封裝形式：SSOP24
概述
VK1640B是一種數碼管或點陣LED驅動控制專用芯片，內部集成有數據鎖存器、LED 驅動等電路。SEG腳接LED陽極，GRID腳接LED陰極，可支持8SEGx12GRID的LED顯示屏。適用于小型LED顯示屏驅動。采用SSOP24的封裝形式。
數顯驅動電路/數碼管驅動IC-VK1S38A SSOP24內部集成有數據鎖存器、LED驅動
產品品牌：永嘉微電/VINKA
產品型號：VK1S38A
封裝形式：SSOP24
概述
VK1S38A是一種帶鍵盤掃描接口的數碼管或點陣LED驅動控制專用芯片，內部集成有3線串行接口、數據鎖存器、LED 驅動、鍵盤掃描等電路。SEG腳接LED陽極，GRID腳接LED陰極，可支持8SEGx8GRID的點陣LED顯示面板，最大支持8x3按鍵矩陣。適用于家電設備（智能熱水器、微波爐、洗衣機、空調、電磁爐）、機頂盒、電子秤、智能電表等產品的顯示屏驅動。采用SSOP24L的封裝形式。
ANSYS，能做哪些仿真 附Ansys各版本安裝包下載
（PCB）和集成電路（IC）封裝，有助于在設計早期發現布局前和布局后的功率和信號完整性問題，驗證輸電網絡的DC電力損耗，提早檢測熱點位置，并防止故障發生；
射頻與微波：使用ANSYS HFSS將高級電磁場仿真器與強大的諧波平衡和瞬態電路仿真進行動態結合，擺脫重復設計迭代和冗長的物理原型設計；
信號完整性：對高速電子設備中的高速串行通道、并行總線和完整輸電系統進行仿真；
多物理場
流固耦合：流場和應力場同時進行仿真，在Workbench中可方便地進行仿真；
電機：電機設計是一個復雜的多物理場問題，它涉及到電磁、結構、流體、溫度場等多個領域；
FSI熱分析：流固耦合問題中涉及傳熱及熱應力；
熱結構分析：溫度場和應力場同時仿真；
下載地址：Ansys各版本安裝包
展開 觸手可得系統級電磁仿真
數字革命給工程團隊帶來了巨大壓力，因為現在需要他們迅速開發出新的高性能印刷電路板（PCB）和芯片封裝。然而，隨著數據速率持續呈指數級增長，設計尺寸不斷變小、輸出越來越大，不連續性和多余信號耦合導致信號性能下降的概率增加。因此，盡管面臨重重市場壓力，但設計驗證絕不可松懈。
采用Ansys HFSS，只需34小時就能生成并求解這個復雜PCB封裝的3D模型
通常驗證端到端的系統級性能會涉及一系列組件級電磁（EM）仿真。例如，工程師開展仿真以確認單個球柵陣列（BGA）封裝（從焊接凸點到焊球）的信號完整性，或確認從集成電路（IC）封裝到走線，再到連接器封裝的信號完整性。
在完成系統各個部分的仿真和驗證后，再將其裝配成一個物理原型。但是這種級連方法存在一些問題。首先，該方法非常耗時，通常會拖延產品發布日期；其次，由部件集成和其他系統級問題引起的信號不連續性，只有在原型階段才能發現，從而導致由于返工所造成的高昂成本和不必要的延時。
在過去，這種順序方法對半導體制造商而言，是產品研發的一個重大障礙。然而，過時的仿真方法、計算資源、處理速度和工程方法使工程師只能使用這種級連的組件級方法。
利用現有工具充分發揮快速系統級
電磁仿真的作用
好消息是，Ansys HFSS仿真軟件已能夠支持PCB和芯片封裝的快速系統級虛擬原型設計。與當今彈性云計算資源、更快的處理核心、快速數據傳輸速度等創新技術相結合，HFSS正在加快電磁（EM）仿真的速度。
然而一些客戶暫時還不了解HFSS中的系統級仿真功能，但半導體行業的領導者已利用HFSS將復雜產品的電磁仿真運行速度提高10-12倍。
展開 觸手可得系統級電磁仿真
本文原刊登于Ansys Blog：《System-Level Electromagnetic Simulation: It’s Within Your Reach》
作者：Aaron Edwards | Ansys應用工程總監
編輯整理：褚正浩 | Ansys中國高級應用工程師
數字革命給工程團隊帶來了巨大壓力，因為現在需要他們迅速開發出新的高性能印刷電路板（PCB）和芯片封裝。然而，隨著數據速率持續呈指數級增長，設計尺寸不斷變小、輸出越來越大，不連續性和多余信號耦合導致信號性能下降的概率增加。因此，盡管面臨重重市場壓力，但設計驗證絕不可松懈。
采用Ansys HFSS，只需34小時就能生成并求解這個復雜PCB封裝的3D模型
通常驗證端到端的系統級性能會涉及一系列組件級電磁（EM）仿真。例如，工程師開展仿真以確認單個球柵陣列（BGA）封裝（從焊接凸點到焊球）的信號完整性，或確認從集成電路（IC）封裝到走線，再到連接器封裝的信號完整性。
在完成系統各個部分的仿真和驗證后，再將其裝配成一個物理原型。但是這種級連方法存在一些問題。首先，該方法非常耗時，通常會拖延產品發布日期；其次，由部件集成和其他系統級問題引起的信號不連續性，只有在原型階段才能發現，從而導致由于返工所造成的高昂成本和不必要的延時。
在過去，這種順序方法對半導體制造商而言，是產品研發的一個重大障礙。然而，過時的仿真方法、計算資源、處理速度和工程方法使工程師只能使用這種級連的組件級方法。
展開 ANSYS Workbench精選案例｜對電源模塊進行多物理場模擬計算
電力工程師可以考慮到由于導體的焦耳加熱造成的材料電阻率的變化，可以在CAE軟件中看到電路板內的電壓損失、熱流分布。
通過ANSYS Workbench，可以將結構、熱、流體和電磁場解算器結合在一起以實現真正的多物理模擬，可以在這些解算器之間自動共享幾何圖元，以考慮場與場之間的耦合影響。
使用共享幾何圖形，ANSYS Workbench平臺可以建立不同的物理場，專家可以為他們的特定學科進行單一物理模擬，在Workbench下拖動場與場之間的數據鏈，可以實現對多個物理場之間的系統級耦合分析。這種協作設計模式意味著所有的專業都可以在模擬的初始階段進行處理，而不是在昂貴的原型制造階段或最終生產階段再進行測試實驗。
某電力輸送裝置，在其設計過程中必須考慮多物理場之間的影響，它必須符合特定的標準才能上架。美國聯邦通信委員會規定其必須滿足有關電氣排放的任務（FCC）法規以及公共辦公環境中的聲噪聲標準以及產品可靠性的熱考慮。在三維有限元電磁場求解器Ansys HFSS中可以模擬電發射測試，以確定設計是否通過fcc電磁干擾(Emi)。在這種情況下，HFSS可以幫助設計者看到，將通風配置為較大的槽和更改為較小的圓孔對EMI的影響。
雖然較小的孔有助于控制EMI，但如果通風口狹小，限制了冷卻所需的空氣流量，則可能會給熱管理工程師帶來問題，導致設備過熱。
利用Ansys Icepak進行熱分析可以建立多種設計變化的模型，以驗證熱可靠性的需要。Icepak是一種用于建模系統的電子熱管理仿真工具，如集成電路(IC)封裝和印刷電路板(PCB)等等。
這個軟件使用穩健的計算流體動力學(CFD)技術計算熱流分布，使工程師能夠在冷卻風扇運行的同時預測設備的內部溫度；改變通風配置可能需要增加風扇速度，以防止過熱。
展開 
使用 ANSYS Workbench對電源模塊進行多物理場模擬計算
電力工程師可以考慮到由于導體的焦耳加熱造成的材料電阻率的變化，可以在CAE軟件中看到電路板內的電壓損失、熱流分布。
通過ANSYS Workbench，可以將結構、熱、流體和電磁場解算器結合在一起以實現真正的多物理模擬，可以在這些解算器之間自動共享幾何圖元，以考慮場與場之間的耦合影響。
使用共享幾何圖形，ANSYS Workbench平臺可以建立不同的物理場，專家可以為他們的特定學科進行單一物理模擬，在Workbench下拖動場與場之間的數據鏈，可以實現對多個物理場之間的系統級耦合分析。這種協作設計模式意味著所有的專業都可以在模擬的初始階段進行處理，而不是在昂貴的原型制造階段或最終生產階段再進行測試實驗。
某電力輸送裝置，在其設計過程中必須考慮多物理場之間的影響，它必須符合特定的標準才能上架。美國聯邦通信委員會規定其必須滿足有關電氣排放的任務（FCC）法規以及公共辦公環境中的聲噪聲標準以及產品可靠性的熱考慮。在三維有限元電磁場求解器Ansys HFSS中可以模擬電發射測試，以確定設計是否通過fcc電磁干擾(Emi)。在這種情況下，HFSS可以幫助設計者看到，將通風配置為較大的槽和更改為較小的圓孔對EMI的影響。
雖然較小的孔有助于控制EMI，但如果通風口狹小，限制了冷卻所需的空氣流量，則可能會給熱管理工程師帶來問題，導致設備過熱。
利用Ansys Icepak進行熱分析可以建立多種設計變化的模型，以驗證熱可靠性的需要。Icepak是一種用于建模系統的電子熱管理仿真工具，如集成電路(IC)封裝和印刷電路板(PCB)等等。
這個軟件使用穩健的計算流體動力學(CFD)技術計算熱流分布，使工程師能夠在冷卻風扇運行的同時預測設備的內部溫度；改變通風配置可能需要增加風扇速度，以防止過熱。
展開 HFSS 3D Layout：輕松實現從系統級求解芯片設計
但如今這些限制因素已經不復存在，恰好幫助半導體制造商將最復雜的芯片和電路板設計當作集成系統進行求解，將求解速度提升到了新的水平。
通過幫助工程師為包括集成電路（IC）封裝、連接器和電路板在內的完整信號路徑建模，Ansys HFSS 3D Layout不僅揭示了組件級的設計缺陷，也揭示了組件間信號損耗等任何系統級集成問題或耦合問題。半導體研發商不必采用分而治之的方法，讓不同的工程團隊使用不同的工具順序地設計從IC到IC信號路徑的不同部分，而是可以借助統一的、行業標準的解決方案，一次性裝配完整的信號路徑。
這種方法由于省去了人工操作，不僅能讓生產力和效率更高，還能幫助設計團隊在設計非常早期階段發現系統級的問題，而此時解決問題的成本也較低。此外，HFSS 3D Layout支持設計自動化，便于充分利用現有的PCB產品設計，最大限度地減少返工和迭代。
HFSS 3D Layout能顯著節省時間與成本。如今，工程師僅需34個小時就能為PCB設計進行建模，該設計包含一個安裝在SODIMM板上的8個兩層倒裝芯片的BGA封裝，且該SODIMM板插入安裝在主板上的連接器上，總計64個網絡和128個端口。而如果使用組件級的順序化方法，這個模型則需要數周的時間才能生成。
這種顛覆性的速度與性能，是如何實現的呢？首先，在作為業內標準的網格劃分功能的基礎上，Ansys大幅改進了網格劃分能力，能快速輕松地為幾何模型最復雜的封裝建模。其次，Ansys求解器經過了改進，即便是處理最復雜的電磁問題，用時也僅為過去所需用時的幾分之一。最后，Ansys解決方案現在能訪問云計算資源，包括運行在Microsoft Azure上的Ansys Cloud，增加了求解芯片設計等數值規模巨大的問題可用的RAM和計算節點。
展開 案例20-基于模態分析法的印刷電路板組件動態仿真
簡介
便攜式電子設備（如數碼相機、移動電話和PDA）使用印刷電路板（PCB）。由于對便利性和多功能性的需求增加，這些器件的設計重點是小型化，以適應更高密度和更小尺寸的集成電路（IC）封裝。這些設計限制要求更小的焊點和更細的間距，這導致了板級互連的脆弱性。在運輸和客戶使用過程中暴露于惡劣的動態載荷環境是PCB的一個關鍵問題。PSD分析模擬了在這些惡劣條件下遇到未知載荷的隨機激勵。
模態疊加法通過將一個大的線性動態系統轉化為一組使用法向模態系統的非耦合方程，從而有效地解決了該問題。疊加法的第一步是通過模態分析獲得系統的特征頻率和特征模態。然后進行下游的模態瞬態分析、模態諧波分析和頻譜分析。
在模態分析中，通常只提取低頻的一個子集，截斷高頻模態。因此，基于模態子空間的解的精度無法保證，盡管使用殘差向量可以提高精度。計算殘差向量并將其歸一化為提取的模態，然后可用于所有下游分析（模態瞬態、模態諧波和頻譜分析）。
使用應力/應變模式的直接組合方法，提高了模態疊加擴展通道的效率?？梢酝ㄟ^應用單元結果展開選項來激活模態分析中的展開。
問題描述
下面的模型是由三塊PCB堆疊在一起的PCB組件。利用加速度響應譜對該模型進行了基礎激勵下的PSD分析。目的是確定1-位移解，并比較有殘差向量和無殘差向量的結果的準確性。通過模態疊加展開（MXPAND）驗證了計算效率的提高。
建模
本節描述PCB組件的詳細建模。包括以下建模主題：
建模PCB結構
該組件由三塊堆疊在一起的PCB組成。每個PCB由一塊電路板組成，電路板頂部有IC封裝。該板為0.20m×0.28m矩形表面體，厚度為1mm。IC封裝為三維結構，每個厚度為5 mm。電路板采用SHELL181建模，適合分析薄到中等厚度的外殼結構。
展開 HFSS 3D Layout：輕松實現從系統級求解芯片設計
但如今這些限制因素已經不復存在，恰好幫助半導體制造商將最復雜的芯片和電路板設計當作集成系統進行求解，將求解速度提升到了新的水平。
通過幫助工程師為包括集成電路（IC）封裝、連接器和電路板在內的完整信號路徑建模，Ansys HFSS 3D Layout不僅揭示了組件級的設計缺陷，也揭示了組件間信號損耗等任何系統級集成問題或耦合問題。半導體研發商不必采用分而治之的方法，讓不同的工程團隊使用不同的工具順序地設計從IC到IC信號路徑的不同部分，而是可以借助統一的、行業標準的解決方案，一次性裝配完整的信號路徑。
這種方法由于省去了人工操作，不僅能讓生產力和效率更高，還能幫助設計團隊在設計非常早期階段發現系統級的問題，而此時解決問題的成本也較低。此外，HFSS 3D Layout支持設計自動化，便于充分利用現有的PCB產品設計，最大限度地減少返工和迭代。
HFSS 3D Layout能顯著節省時間與成本。如今，工程師僅需34個小時就能為PCB設計進行建模，該設計包含一個安裝在SODIMM板上的8個兩層倒裝芯片的BGA封裝，且該SODIMM板插入安裝在主板上的連接器上，總計64個網絡和128個端口。而如果使用組件級的順序化方法，這個模型則需要數周的時間才能生成。
這種顛覆性的速度與性能，是如何實現的呢？首先，在作為業內標準的網格劃分功能的基礎上，Ansys大幅改進了網格劃分能力，能快速輕松地為幾何模型最復雜的封裝建模。其次，Ansys求解器經過了改進，即便是處理最復雜的電磁問題，用時也僅為過去所需用時的幾分之一。最后，Ansys解決方案現在能訪問云計算資源，包括運行在Microsoft Azure上的Ansys Cloud，增加了求解芯片設計等數值規模巨大的問題可用的RAM和計算節點。
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