【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于集成电路系统级封装，具体涉及高功率复杂集成电路力学与热学性能数值仿真模型。该模型可以准确的预测集成电路系统级封装结构的力学与热学行为，解决集成电路先进封装结构尺度问题下材料与几何参数的非均匀、异质性难题。
技术介绍
1、随着集成电路技术的不断发展，集成电路系统级封装结构的设计越来越重要。集成电路系统级封装结构包括芯片、封装材料和引脚，其主要功能是将芯片保护在封装材料中，并将其连接到外部电路。值得一提的是，集成电路系统级封装逐渐采用近十年来快速发展的倒装焊互连技术，倒装焊互连比引线键合具有直流压降低、互连密度高、寄生电感小、热特性和电学性能好等优点。系统级封装以其进入市场快、更小、薄、轻和更多的功能竞争力，目前已在工业界得到广泛地应用。主要应用领域为射频/无线应用、移动通信、网络设备、计算机和外设、数码产品、图像、生物和微型传感器等。
2、为了实现高性能、低成本和小型化，集成电路系统级封装结构必须具有高度的可靠性和耐久性。尤其在某些新兴应用场景，如智能汽车领域，集成电路须工作在高振动、高温或低温环境下，对系统级封装结构的可靠性与耐久性提出了新的挑战。目前，集成电路系统级封装结构的设计和优化主要依赖于试验和经验。然而，试验成本高昂，周期长，并且不能全面地考虑设计参数的影响。经验设计则无法保证最优的设计效果。因此，需要一种准确、高效、经济的设计和优化方法来满足集成电路系统级封装结构的需求。
3、同时，集成系统级封装具有材料与几何参数的非均匀、异质性等特点。集成电路芯片可以有效集成逻辑电路、模拟电路
4、集成电路系统级封装具有明显的优点：
5、(1)成本低。系统级封装相对百万级甚至千万级成本的系统级芯片而言，成本只占很小的比例。
6、(2)密度高。系统级封装采用先进的基板与封装技术，产品尺寸小，集成度高。
7、(3)性能高。传统方法设计高速率、高时钟频率方案的余量已经越来越少，系统级封装是显著提高性能的有效方法。
8、(4)功耗低。系统级封装相对传统方法可以有效降低30％-50％功耗。
9、(5)设计周期短。系统级封装可以利用现有裸片、功率器件、无源器件搭建一个功能系统。整个设计、制造周期一般为2.5个月。
10、(6)灵活性高。系统级封装内可以同时包含多种材质与工艺的芯片，也可以灵活集成射频、模拟、数字电路等于一体。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种用于集成电路系统级封装结构的异质有限体积元模型，针对集成电路系统级封装中力学与热学分析中材料与几何参数的非均匀、异质性难题，开发一种异质有限体积元模型。
2、本专利技术提供的用于集成电路系统级封装结构的异质有限体积元模型，具有计算精度高、结果可靠性好、适用性强等优点。避免了传统计算方法与模型在大规模集成电路系统级封装结构热学与力学分析中计算量大、结果不收敛、分析可靠性低等问题。
3、本专利技术基于异质有限体积元方法，以变分原理与插分方法作为数学基础，同时考虑大规模集成电路封装结构中材料与物理特性的非均匀性与异质性。简化系统级封装设计过程中对于材料力学与热学的计算分析过程。在一些实施方式中，异质有限体积元模型有效简化系统级封装结构中的特殊设计，以离散单元特殊参数表征非均匀与异质结构，从而降低计算量，提高计算速度与收敛效果。
4、技术方案包括如下步骤：
5、(1)根据功能需求设计集成电路；
6、(2)确定系统级封装材料与封装方法；
7、(3)根据设计的集成电路，计算等效材料与几何特征参数；
8、(4)建立异质有限体积元模型，将材料与几何特征参数引入模型；
9、(5)运行集成电路系统级封装结构异质有限体积元模型；
10、(6)分析集成电路系统级封装结构的力学、热学性能。
11、步骤(1)根据功能需求设计集成电路，可以集成数字逻辑电路、模拟电路、射频电路、存储器和其它电路模块。
12、步骤(2)根据不同应用场景，分别选择相应的封装材料、封装方法、焊球材料与填充材料。
13、步骤(3)需根据质量、能量守恒等准则计算等效材料与几何特征参数。
14、步骤(4)底板几何模型参考传统方法，通过变分原理与插分方法，分片引入特征参数，以离散单元参数表征非均匀与异质结构，所述的异质有限体积元数量和大小均可以根据材料与几何特性进行调整。
15、步骤(5)运行异质有限体积元模型，需考虑边界条件等因素。
16、步骤(6)根据应用场景需求，对集成电路系统级封装结构分别进行力学、热学分析与计算。
17、本专利技术的关键点：
18、本专利技术的关键点在于：
19、(1)有效处理大规模集成电路系统级封装结构的非均匀性与异质性难题，简化设计过程中对复杂、大规模电路的数值计算建模与分析过程。
20、(2)异质有限体积元模型与传统有限元模型相比计算精度高、结果可靠性好、适用性强等优点。
21、有益效果
22、本专利技术提供的面向集成电路系统级封装结构的异质有限体积元模型，取代传统的有限元计算方法，针对大规模集成电路系统级封装中物理特性非均匀与异质性难题，简化设计过程中对复杂大规模多样化电路的建模过程和分析方法。进而，人们可以通过计算精度高、结果可靠性好的异质有限体积元模型有效分析系统级封装结构的力学与热学性能。
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1.一种用于集成电路系统级封装结构的异质有限体积元模型构建方法，其特征在于，采用异质体积元模型，解决抗振动高功率复杂集成电路封装种力学、热学性能计算中几何与材料参数的非均匀、异质性难题，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的异质有限体积元模型构建方法，其特征在于，步骤(1)根据逻辑功能需求设计集成电路，具体步骤包括：该集成电路采用模块化设计，包含数字逻辑电路、模拟电路、射频电路、存储器这些模块；集成电路设计完成后，各模块作为一个单独的个体计算力学与热学性能，后继的计算模型不再考虑模块的逻辑功能，同时各模块内部结构也不再考虑；各模块内材料特征参数是同质的，且材料特征参数的分布是均匀的，但集成电路整体是异质的，且材料特征参数的分布可以是非均匀的；确定各模块的三维空间位置与几何形状，在有限元软件中绘制集成电路芯片封装整体与各模块的三维空间位置与几何形状。
3.根据权利要求1所述的异质有限体积元模型构建方法，其特征在于，步骤(2)根据不同应用场景，分别选择相应的封装材料、封装方法、焊球材料与填充材料；
4.根据权利要求1所述的异质有限体积元模型构建方
5.根据权利要求1所述的异质有限体积元模型构建方法，其特征在于，步骤(4)根据得出的几何与材料特征参数，建立异质有限体积元模型以及设定边界条件；具体步骤包括：
6.根据权利要求1所述的异质有限体积元模型构建方法，其特征在于，步骤(5)通过有限元软件运行异质有限体积元模型，所述有限元软件为ANSYS，ABAQUS或COMSOLMultiphysics；使用有限体积元方法求解力学、热学与耦合性能参数。
7.根据权利要求6所述的异质有限体积元模型构建方法，其特征在于，步骤(6)根据应用场景需求，对集成电路系统级封装结构分别进行力学分析、热学分析与耦合分析计算；
...【技术特征摘要】
1.一种用于集成电路系统级封装结构的异质有限体积元模型构建方法，其特征在于，采用异质体积元模型，解决抗振动高功率复杂集成电路封装种力学、热学性能计算中几何与材料参数的非均匀、异质性难题，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的异质有限体积元模型构建方法，其特征在于，步骤(1)根据逻辑功能需求设计集成电路，具体步骤包括：该集成电路采用模块化设计，包含数字逻辑电路、模拟电路、射频电路、存储器这些模块；集成电路设计完成后，各模块作为一个单独的个体计算力学与热学性能，后继的计算模型不再考虑模块的逻辑功能，同时各模块内部结构也不再考虑；各模块内材料特征参数是同质的，且材料特征参数的分布是均匀的，但集成电路整体是异质的，且材料特征参数的分布可以是非均匀的；确定各模块的三维空间位置与几何形状，在有限元软件中绘制集成电路芯片封装整体与各模块的三维空间位置与几何形状。
3.根据权利要求1所述的异质有限体积元模型构建方法，其特征在于，步骤(2)根据不同应用场景，分别选择相应...
【专利技术属性】
技术研发人员：储柳，施佳佳，施佺，许致火，张永伟，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：
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