基板內埋晶片構裝之設計、製程與散熱分析

Abstract

封裝是為了提供晶片（Chip）保護及支承。也因為如此，晶片被封裝的材料包覆而使得熱量不容易散去，使封裝體中的各種材料產生熱應力的不匹配而造成多種破壞模式。因此，解決封裝體的散熱問題是刻不容緩的。 本文主旨在於討論一種新式構裝結構的散熱問題－基板內埋晶片封裝（Chip in Substrate, CiSP）。首先以有限元素法模擬分析現有的有機基板內埋晶片封裝在自然對流條件下的散熱能力，從中理出一些可以增進散熱效能的想法，包括使用較高熱傳導係數的材料，縮短熱傳導的距離與增加熱傳導的途徑。利用這些想法，我們設計出另一種新式金屬基板內埋晶片封裝的結構。透過金屬的強大熱傳導係數可以將熱量從晶片快速的帶至基板中再散至外界，並且將線路直接由晶片的銲墊往外延伸以降低封裝的整體厚度，使得熱傳導的距離降低，以達到有效散熱的目的。 透過簡單的製程本文將設計的金屬基板內埋晶片構裝實現出來，並且利用標準的實驗規範與設備實際量測其晶片接面溫度與熱阻。同時驗證各種不同數值模擬的邊界條件與實驗值之間的差異，結果發現同時考慮水平及垂直面的邊界條件，且配合Ellison的對流以及Ridsdale的輻射公式所得到的結果與實驗值最為接近。因此在透過這套方法繼續模擬且討論一些參數的變化，包括錫球數目的多寡以及不同發射係數對於散熱造成的影響。 最後整理我們一連串的分析，我們知道邊界條件對於數值模擬的影響最大。除此之外，我們也建立了簡化與原始線路的模型並且互相比較發現，模型的準確性也會影響模擬的結果，因此建立正確且精準的模型對於熱傳分析也是必要的。