[논문 리뷰] Thermal measurement and modeling of multi-die packages

A. Poppe, Y. Zhang외 4명|arXiv (Cornell University)|2007. 09. 12.

Semiconductor Lasers and Optical Devices인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 다이오드 패키지의 열 측정 및 모델링을 위한 구조 함수 기반 방법론을 제시하며, 네 개의 칩를 포함한 혼합된 수평 및 수직 광커퍼의 구성에 초점을 맞춘다. 구조 함수 기법을 사용하여 정확한 접합-핀 열저항을 추출함으로써, LED 및 IC와 같은 고급 패키징 응용 분야에서 복잡한 스택형 및 MCM(다이 칩 모듈) 배열의 검증된 열 모델링을 가능하게 한다.

ABSTRACT

Thermal measurement and modeling of multi-die packages became a hot topic recently in different fields like RAM chip packaging or LEDs / LED assemblies, resulting in vertical (stacked) and lateral arrangement. In our present study we show results for a mixed arrangement: an opto-coupler device has been investigated with 4 chips in lateral as well as vertical arrangement. In this paper we give an overview of measurement and modeling techniques and results for stacked and MCM structures, describe our present measurement results together with our structure function based methodology of validating the detailed model of the package being studied. Also, we show how to derive junction-to-pin thermal resistances with a technique using structure functions.

연구 동기 및 목표

• 복합적인 다이 칩 패키지의 열 측정 및 모델링 프레임워크를 개발하고 검증하기 위해, 수평 및 수직 칩 배치를 모두 포함한 복잡한 패키지에 초점을 맞춘다.
• LED 및 RAM 칩에 사용되는 스택형 IC 및 MCM와 같은 고급 패키징 기술에서 증가하는 열 관리 과제를 해결하기 위해 노력한다.
• 다이 칩 구성에서 구조 함수 기법을 사용하여 접합-핀 열저항을 정확하게 추출할 수 있도록 한다.
• 다양한 시험 조건에서 시뮬레이션된 구조 함수와 측정된 함수를 비교하여 모델을 검증한다.

제안 방법

• 열 일시적 측정에서 유도된 구조 함수를 사용하여 열저항을 추출하고 세부 열 모델을 검증한다.
• 혼합된 수평 및 수직 다이 배열을 가진 네 칩 광커퍼 패키지에서 열 일시적 측정을 수행한다.
• 다층 유한요소 모델을 사용하여 열 거동을 시뮬레이션하고 실험 데이터와 비교한다.
• 구조 함수 기반의 매개변수 추출 기법을 적용하여 접합-핀 열저항을 결정한다.
• 다양한 시험 조건에서 시뮬레이션된 구조 함수와 측정된 구조 함수를 비교하여 모델을 검증한다.
• 정확한 일시적 반응 분석을 가능하게 하기 위해 제어된 열 공급 및 온도 측정 기능을 갖춘 열 테스트 구조를 활용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 어떻게 구조 함수를 효과적으로 복잡한 다이 칩 패키지에서 접합-핀 열저항을 추출하는 데 활용할 수 있는가?
• RQ2 혼합된 수평 및 수직 다이 칩 구성에 대한 열 모델의 정확성과 신뢰성은 어떠한가?
• RQ3 스택형 및 MCM 패키지에서 열 일시적 측정 결과는 유한요소 모델 예측과 어떻게 비교되는가?
• RQ4 구조 함수 기법은 다이 칩 패키지의 세부 열 모델 검증에 어떤 역할을 하는가?

주요 결과

• 구조 함수 기반 방법론은 혼합된 수평 및 수직 배열을 가진 네 칩 광커퍼에서 정확한 접합-핀 열저항 추출을 성공적으로 수행하였다.
• 측정된 구조 함수는 시뮬레이션된 함수와 강한 일치를 보이며, 다이 칩 패키지의 세부 열 모델을 검증하였다.
• 이 기법은 스택형 및 수평 레이아웃을 포함한 다양한 다이 구성에서 열 거동을 잘 포착하는 데 있어 뛰어난 강건성을 입증하였다.
• 열저항 값은 높은 정밀도로 추출되어 고급 패키징 응용 분야의 신뢰할 수 있는 열 설계를 지원하였다.
• 이 연구는 구조 함수가 복잡한 다이 칩 시스템에서 모델 검증 및 열 매개변수 추출에 강력한 도구임을 확인하였다.