仿真助力碳化硅器件封裝研發.pdf

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1、仿真助力碳化硅器件封裝研發意法半導體|功率半導體封裝研發中心梁一鳴，馮清茗10.29.2024議程21功率器件封裝設計2仿真方法3設計驗證功率器件封裝設計 DFX設計 封裝設計考量 封裝設計流程功率器件封裝設計Design for X面向產品生命周期設計可靠性可測性成本性能可裝配性可制造性質量可持續性4功率器件封裝設計客戶需求市場需求性能成本交付物料設備人力研發期、原型期、試生產期、.低損耗、高頻率、高導熱、耐熱、.直接材料、間接材料、人力資源、設備、運輸、倉儲、.原材料交付、供應鏈儲備、材料性能、.設備排期、設備兼容性、設備能力、.操作員、設備工程師、測試工程師、工藝工程師.封裝設計考量5功

2、率器件封裝設計6設計需求封裝設計(電路和幾何）電學分析 電路均流 雜散參數 電磁兼容熱學分析 結溫計算 熱阻標定 熱管理力學分析 芯片/鍵合線/焊錫應力 封裝翹曲 工藝/裝配/材料生命周期預測 引線疲勞 焊接/燒結疲勞 TCT、PCT、IOL 模擬設計規則檢查和驗證 封裝寄生參數提取 標定芯片SPICE模型 驅動控制功能系統性能評估通過不通過設計修改原型制作不通過通過封裝設計流程仿真方法 仿真原理 仿真的優勢 應用場景仿真方法8目標網格數據結果邊界條件2模型邊界條件1實際情況模型構建網格剖分結果分析仿真原理材料描述邊界條件求解器設置仿真方法問題分析模型構建網格剖分前處理運算過程仿真結果數據分析

3、模型優化后處理軟件MATLAB 和 Simulink電路設計與仿真多物理場仿真軟件工程仿真軟件客戶認可的仿真平臺，在行業內廣泛使用，有充分的參考價值。有限元分析，包括機械、電氣、熱模擬和多物理場耦合。SPICE 仿真工具，用于評估特定條件下的電氣性能。用于數據分析和算法開發的編程工具。9仿真原理仿真方法工程問題有限元分析（仿真模擬）實驗分析模型構建運算仿真結果試樣制備實驗實驗結果結果對比所需時間結果精度有限元分析（仿真模擬）實驗分析更短周期網格數量和階次構成模型的復雜性（多物理場和非線性）材料非線性和幾何非線性更長周期試樣制備重復實驗實驗設計取決于：網格質量求解器的收斂精度材料和幾何精度取決于

4、：重復實驗次數（統計擬合）設備精度實驗的一致性仿真的優勢10仿真方法11仿真模擬總體目標 支持技術的開發和優化 減少開發的時間和成本功率模塊行業建模與仿真的基本映射電-熱-機械建模與方法有限元分析工具材料參數和失效標準物理模型CAD界面產品設計封裝研發集成流程可靠性客戶應用場景設計驗證 概述 電學仿真 熱學仿真 熱-流體力學仿真設計驗證13概述雜散電感電流密度分布脈沖和諧振分析過載分析/EMC/EMI熱阻計算結溫計算溫度分布云圖瞬態熱分析結構形變應力狀態疲勞斷裂和分層流體壓降流速分布模流仿真空洞缺陷端子過流能力功率損耗焦耳熱電熱耦合仿真熱-機械耦合仿真翹曲變形殘余應力壽命預測熱-流體耦合仿真電

5、學仿真熱學仿真流體仿真機械仿真傳熱系數提取流體溫度分布瞬態熱分析設計驗證14電學仿真PCB驅動器+封裝負載芯片模型單個芯片上的分布式電流對于單獨的封裝：主要使用雙脈沖測試進行封裝級別的測試驗證主要側重于第一次關斷和第二次導通對于集成系統：諧波和動態負載都可以用于系統級測試系統級電磁兼容性和具體功率損耗均可以評估結果系統級封裝電氣評估的SPICE模型結構導通過程中電流與電壓的變化導通過程中的 變化 設計驗證15熱學仿真熱學仿真結果示例目標識別結構中的潛在高溫位置評估封裝的散熱性能評估熱阻和熱分布定義封裝堆疊和布局聯系現實與溫度相關的材料屬性動態散熱表現潛在缺陷的引入基于標準的模型設置結果封裝的幾

6、何形狀和相應網格示例散熱性能驗證設計對比材料選型設計驗證16熱-流體耦合仿真為什么使用CFD（計算流體力學）？更好地模擬對流換熱性能評估液體的相關屬性優化熱源排列改進流道設計應用系統級熱性能評估冷卻系統設計的水平對比熱CFD仿真過程示意圖網格流體發熱溫度不同冷卻板設計的熱性能對比系統級空冷仿真示例意法半導體的功率器件封裝開發需要經過嚴格而詳細的設計和驗證程序，其中包括對全生命周期要求和實際制造的全面考慮。Takeaways事實證明，仿真是一種高效的方法，不僅可以簡化工作流程，還可以作為一種強大的工具，提高設計準確性并加快研發周期。仿真分析貫穿于整個封裝設計迭代和優化過程，是一種包括電學、熱學和多物理場分析在內的快速性能評估手段。1718工業峰會資料下載中心能以致勵子網站 STMicroelectronics-保留所有權利。ST徽標是STMicroelectronics International NV或其附屬公司在歐盟和/或其他國家的商標或注冊商標。若需意法半導體商標的更多信息，請參考