深圳电子展
2024年11月6-8日
深圳国际会展中心(宝安)

半导体封装测试展|电子元器件封装与散热的优化设计

随着科技的快速发展,电子元器件在通信系统、医疗设备、工业自动化等扮演着重要的角色。人们对于电子元器件的性能要求越来越高,封装和散热是影响电子元器件性能的重要因素。封装是指将电子元器件封装在外部材料中的过程,以保护器件免受环境因素的影响,如湿气、灰尘和化学物质,并提供机械支撑以及实现电气连接。电子元器件在封装过程中也面临着散热问题的挑战,散热性能的不足会显著影响电子器件的可靠性。为解决这一问题,本文从电子元器件的封装和散热两方面进行了优化设计,通过对封装的外部结构和内部材料以及散热结构的优化,确保电子器件在满足高性能和可靠性要求的同时,能够在各种环境和工作条件下稳定运行。

 

半导体封装测试展了解到,划片是表面贴片工艺的第一步,这是半导体晶圆的分离过程。在此步骤中,使用切割设备将由多个相同的电子器件组成的半导体晶圆进行切割或分离,形成一个个独立的芯片。然后,利用装架工艺将芯片封装基板,并使用导热胶将芯片粘贴在基板上,从而确保芯片与基板之间的电性连接。其次,将金属线焊接到芯片和基板上,以建立电气连接,完成引线键合。这个步骤确保信号和电力传输的顺畅,是电子器件正常运行的重要环节。最后,将通过键合技术连接的封装载体与盖板组合,以确保气密性封焊,从而保护电子元器件免受外部环境的干扰,确保其长期可靠性。在整个封装过程中,焊料在封装结构中主要起到导电、导热和粘接等作用,焊料层的材料和厚度会影响电子元器件的散热效果和可靠性。

半导体封装测试展了解到,热导率表示单位时间内通过单位面积的物质传导热量的量度,热导率越大表明物体的导热性能越好,由表1可知,纳米银焊膏热导率为240,远大于其他两种材料,导热性最好,但是目前烧结工艺不成熟。SnAg焊料热导率比SnPb焊料稍高,SnPb焊料含有有毒物质且高温下容易出现焊料空洞。综合成本和散热考虑,选用SnAg焊料作为电子元器件的封装材料。

半导体封装测试展了解到,增大焊料层厚度将会导致热阻的增大,进而引起芯片最高温度的增高,但是焊料层厚度增大与芯片结温升高不是成比例的。当厚度一致时,纳米银焊膏对应的芯片最高温度是最低的,SnAg焊料和SnPb焊料对应的芯片最高温度相差不大,这是由材料本身的热导率决定的,当厚度为0.1mm时,纳米银焊膏焊料对应的芯片最高温度为85.87℃,其值比SnPb焊料低0.53℃,比SnAg焊料低0.27℃。当焊料层厚度大于0.18mm时,三种焊料对芯片结温影响基本稳定且芯片最高温度相差不大。从散热角度考虑,焊料层厚度越小越好,但是焊料层厚度太薄会影响器件的导电和芯片粘接能力,所以焊料层材料确定为0.1mm的SnAg。

选择好封装形式和材料后,为优化封装内部改造,应根据封装形式和材料重建引脚布局。引脚布局优化的具体步骤如下。(1)将相关信号的引脚靠近安排,以减小信号传输路径的长度,降低信号失真。(2)将电源引脚与地引脚安排得近似对称,以确保稳定的电源供应和地连接,从而有助于降低电源噪声和提高信号完整性。(3)将差分信号的正负引脚对放置在相对靠近的位置,并使差分信号的两个引脚在信号路径长度上保持平衡,避免差分信号的引脚交叉或交叉路径,从而减小差分信号之间的物理距离,防止信号互相干扰。(4)将时钟信号、数据信号和控制信号分别放置在不同的引脚组中,使相似功能或相互关联的信号引脚分组在一起。将电源引脚和地引脚分开布局,从而降低电源噪声对信号的影响。将时钟信号、复位信号和时序控制信号分组在一起,以确保可以同步操作与时序相关的信号。

 

 

文章来源:智驾产业汇