一种新型电子产品封装的电、热及力学特性的协同环境的制作方法

专利2022-05-09  3



1.本发明涉及用于电子电路的封装设计、电子电路设计自动化、以及电子电路计算机辅助设计领域。


背景技术:

2.随着电子技术和集成电路技术的不断进步,数字系统的时钟速率越来越高,信号边缘速率越来越快,从电气性能角度看,高速信号间的互联不再是畅通和透明的,高速pcb的导线互联和板层特性对系统的影响已不能被简单忽略。封装互连中有金线,基板的金属线,过孔和转角,桩线,焊球等,在低频信号中,往往将它们视为简单的传输线。系统工作频率很高时,将器件互连的导线不应再看做一根简单的对信号透明的导线,而是一个有时延和瞬间阻抗分布寄生元件,它会产生延时,引起信号波形失真、干扰等。装寄生效应对高频器件性能的影响越来越明显,为了在高频器件设计中充分考虑寄生参数的影响,需对封装的寄生效应进行模拟,以便保持高频电路封装后信号完整性及电源完整性。具体做法是提取出三维封装结构的rlc参数和高频下的s参数,分析管壳在封装前后、不同频率、不同封装环境下寄生参数的变化情况,将仿真结果与实验结果进行对比,为设计人员设计产品提供依据。如何处理由高速信号连线引起的反射、串扰、开关噪声等信号完整性问题,确保信号传输的质量,是一个设计能否成功的关键。一个好的信号完整性设计需要贯穿于整个设计的各个阶段,可以在设计阶段最大化解决潜在的信号完整性问题,在高速系统设计具有指导意义。为了提高电子系统的性能,降低系统价格,增加系统的可靠性,需要将芯片封装在一个尽可能小的空间,而芯片功率不断增加,导致发热量越来越大,使得热学设计不得不面临既要维持高的热产生率又要保持相对低的器件温度这样一个矛盾中。而热分析是对一个具体设计方案的热场行为进行分析和计算,获取温度场分布,再通过分析温度分布场中极值点的情况,反馈到布局布线和热设计过程中,提供具体的改进方案,形成一种设计、分析、再设计、再分析的设计流程。由于引线框架在封装结构中的主要功能是为芯片提供机械支撑载体,并作为导电介质连接ic外部电路,传送电信号,以及与封装材料一起向外散发芯片工作时产生的热量的作用,因此对引线框架选用材料的热传导率、强度、硬度有着特殊的要求,以增强可靠性和散热性能。


技术实现要素:

3.本发明公开了一种新型的包含考虑电子产品封装的电、热及力学特性的协同环境。与传统的电子产品设计,封装方法和流程相比,极大地降低了设计、测试经验对保证成功率的设计的影响。其特征在于在集总的设计平台上提供了对电子产品封装的电、热、力学特性的全面、准确以及可重构的设计参数和性能、功能预测。通过协同考虑封装、热及力学特性对产品性能的作用,在产品的设计阶段,可以根据设计成本、实现的复杂度等方面考虑从产品核心设计优化、封装优化、热优化、及力学设计优化来优化产品性能。这样一方面保证产品性能的低成本的实现,另外提供了多个设计的自由度,降低了实现性能的复杂度,最
重要的是在产品设计阶段能准确评估产品性能的预期,减少了设计迭代。
4.本发明提供了一种电子产品封装电学、热学及力学的仿真环境,包括:
5.对封装物理设计的电学参数提取模块,封装的物理设计优化的设计环境;
6.对封装物理设计的热学参数提取模块,自动生成该热学参数下对应的电学模型,以及进行热学优化的设计环境。
7.对封装物理设计的力学参数提取模块,自动生成该力学参数下对应的电学模型,以及进行热学优化的设计环境。
8.对封装的电、热、力学提取模型以及产品的核心设计进行混合仿真的综合仿真及验证环境。
附图说明
9.图1是一种应用于电子产品封装设计的电学、热学以及力学的集成设计环境示意图。
具体实施方式
10.下面结合附图,用具体实例对本发明一种应用于电子产品封装设计的电学、热学以及力学的集成设计环境进行详细的说明。
11.本实施例提供了一种应用于电子产品封装设计的电学、热学以及力学的集成设计环境,图1是是本发明的实现示意图,包括核心模块设计环境,封装的物理设计环境,封装的热学设计环境,封装的电学设计环境,综合设计的电学仿真及验证环境。
12.核心模块设计环境,根据产品的性能要求,对电子产品的核心电路进行设计、仿真和验证以及三者组成的设计迭代。
13.封装物理设计环境,根据产品的性能及封装设计要求,完成对电子产品封装的物理设计,并提取不考虑热、力学特性情况下封装物理设计电学特性的模型。
14.热学特性设计环境,以产品封装的物理设计为输入,提取其对应的热学特性,根据热学特性的分布及对设计性能的影响提生成对应的电学模型,及其对应的热学条件。
15.力学特性设计环境,以产品封装的物理设计为输入,提取其对应的力学特性,根据力学特性的分布及对设计性能的影响提生成对应的电学模型,及其对应的力学条件。
16.综合设计电学模型仿真及验证环境,以核心电路设计及上述各提取电学模型为输入,在设定的热、力学条件下,完成考虑封装的电、热、力学仿真验证。并根据结果分别提出对核心设计,对封装的热、力学特性的优化反馈。

技术特征:
1.一种应用于电子产品封装设计电、热以及力学的设计环境。其特征在于在集总的设计平台上提供了对电子产品封装的电、热、力学特性的全面、准确以及可重构的设计参数和性能、功能预测。通过对封装设计的电、热及力学建模提取相应的电学模型,与产品的核心设计模块进行混合模式的仿真,验证封装设计及核心模块的综合性能是否满足产品要求。并将验证结果分别反馈到电学、热学及力学模型参数设计上,进一步对封装的物理设计提出优化要求。通过协同考虑电、热及力学特性对产品性能的作用,在产品的设计阶段,可以根据设计成本、实现的复杂度等方面考虑从产品核心设计优化、封装优化、热优化、及力学设计优化来优化产品性能。这样一方面保证产品性能的低成本的实现,另外提供了多个设计的自由度,降低了实现性能的复杂度,最重要的是在产品设计阶段能准确评估产品性能的预期,减少了设计迭代。2.如权利要求1所述的封装的物理设计到热学模型的设计接口,其特征在于可以将封装的物理设计生成对应的热学模型。3.如权利要求1所述的热学模型到电学模型提取的设计接口,其特征在于,可以将封装设计的热学模型转换成可识别和仿真的电学模型。4.如权利要求1所述的封装的物理设计到力学模型的设计接口,其特征在于可以将封装的物理设计生成对应的热学模型。5.如权利要求1所述的力学模型到电学模型提取的设计接口,其特征在于,可以将封装设计的力学模型转换成可识别和仿真的电学模型。6.如权利要求1所述的封装的物理设计到电学模型的设计接口,其特征在于可以将封装的物理设计生成对应的电学模型。
技术总结
本发明公开了一种新型的包含考虑电子产品封装的电、热及力学特性的协同环境。与传统的电子产品设计,封装方法和流程相比,极大地降低了设计的复杂度,减小了产品设计周期,提高了一次性设计成功率。其特征在于在集总的设计平台上提供了对电子产品封装的电、热、力学特性的全面、准确以及可重构的设计参数和性能、功能预测。通过协同考虑封装、热及力学特性对产品性能的作用,在产品的设计阶段,可以根据设计成本、实现的复杂度等方面考虑从产品核心设计优化、封装优化、热优化、及力学设计优化来优化产品性能。这样一方面保证产品性能的低成本的实现,另外提供了多个设计的自由度,降低了实现性能的复杂度,最重要的是在产品设计阶段能准确评估产品性能的预期,减少了设计迭代。代。代。


技术研发人员:蒋乐乐 陆宇 马松 沈立
受保护的技术使用者:海安芯润集成电路科技有限公司 上海北京大学微电子研究院
技术研发日:2019.12.30
技术公布日:2021/7/15

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