[论文解读] Thermal measurement and modeling of multi-die packages

A. Poppe, Y. Zhang+4 more|arXiv (Cornell University)|Sep 12, 2007

Semiconductor Lasers and Optical Devices被引用 5

一句话总结

本文提出了一种基于结构函数的多芯片封装热测量与建模方法，重点针对具有四个芯片的混合横向与垂直光耦合器结构。该方法通过结构函数技术实现了精确的结到管脚热阻提取，从而实现了对先进封装应用中复杂堆叠式与MCM（多芯片模块）结构的验证性热建模，如LED和IC。

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.

研究动机与目标

• 开发并验证一种适用于具有横向与垂直芯片排布的复杂多芯片封装的热测量与建模框架。
• 应对在LED和RAM芯片中使用的堆叠IC与MCM等先进封装技术中日益严峻的热管理挑战。
• 在多芯片配置中，利用基于结构函数的技术实现精确的结到管脚热阻提取。
• 通过实验测量与结构函数分析，验证详细热模型。

提出的方法

• 利用从热瞬态测量中获得的结构函数，提取热阻并验证详细热模型。
• 对具有混合横向与垂直芯片排布的四芯片光耦合器封装进行热瞬态测量。
• 使用多层有限元模型模拟热行为，并与实验数据进行对比。
• 应用基于结构函数的参数提取技术，确定结到管脚热阻。
• 通过在多种测试条件下比较仿真结构函数与实测结构函数，验证模型。
• 采用具有受控热注入与温度感测的热测试结构，以实现精确的瞬态响应分析。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何有效利用结构函数从复杂多芯片封装中提取结到管脚热阻？
• RQ2 混合横向与垂直多芯片配置的热模型在精度与可靠性方面如何？
• RQ3 热瞬态测量结果与有限元模型预测在堆叠式与MCM封装中的表现如何比较？
• RQ4 结构函数方法在验证多芯片封装详细热模型中起到什么作用？

主要发现

• 基于结构函数的方法成功实现了在具有混合横向与垂直排布的四芯片光耦合器中精确提取结到管脚热阻。
• 实测结构函数与仿真结果高度一致，验证了多芯片封装的详细热模型。
• 该技术在捕捉不同芯片排布（包括堆叠式与横向布局）的热行为方面表现出强鲁棒性。
• 热阻值以高精度提取，支持先进封装应用中的可靠热设计。
• 本研究证实，结构函数是复杂多芯片系统中模型验证与热参数提取的强大工具。