基于响应面-遗传算法的MCM-BGA芯片散热优化设计

为了解决芯片结温过高而导致的热失效问题,以某通信用的多芯片组件MCM-BGA为例,对MCM-BGA芯片温度场热分布和热量传递路径进行分析,确定了芯片的主要热传递路径,发现影响芯片结温的主要因素有环境对流换热系数、基板厚度、基板导热系数、焊料层厚度、封装外壳等;并基于响应面法试验设计,采用CCD(中心复合设计)选取并构建了自然对流系数、基板导热系数、基板厚度、焊料层厚度与多芯片组件的最高结温之间的数学模型,通过仿真验证了该模型的准确性和有效性;然后采用遗传算法对该数学模型进行优化设计,获得了芯片各参数优化的最佳组合。当自然对流换热系数为60 W/m^(2)·k、基板导热系数为320W/m·k、基板厚度为1.4 mm、焊料厚度为0.16 mm时,MCM-BGA最高结温具有最小值,使多芯片组件MCM-BGA最高结温降低了7.375%。

微波多芯片组件失效模式及质量保证研究

微波多芯片组件是空间应用必不可少的核心技术装备,其可靠性是目前研究的重点和热点。介绍了微波多芯片组件过电应力损伤、自激振荡引起的组件功能异常、氢效应导致工作电流和增益下降,以及银迁移引起绝缘电阻下降这4种主要的失效模式,对每一种失效模式的机理进行分析并提出针对性质量保证措施,例如:进行电源容限和功率过激励试验分析微波组件实际最大额定工作条件防止过电应力损伤、进行不同工作条件下的稳定性测试提前识别是否存在自激振荡风险、对管壳进行除氢处理并选用耐氢能力高的芯片降低氢效应风险、在设计阶段合理地布线并对生产过程进行控制避免银迁移的发生,旨在提高微波组件的可靠性。

星载微波组件GaAs放大芯片的失效分析

针对某星载微波组件老练试验中GaAs放大芯片失效问题,从内部目检、Ⅰ-Ⅴ特性测试、电致发光检测以及密封管壳内部气体成分检测方面进行了综合分析。问题定位于GaAs放大芯片“氢中毒”。通过试验,将微波组件金属管壳进行高温真空烘烤除氢,同时在组件中增加吸氢材料,能有效避免GaAs放大芯片“氢中毒”问题。

一种4 GHz瞬时带宽的6~18 GHz超宽带T/R组件设计

针对现代电子对抗设备的大瞬时带宽要求,文中设计了一种瞬时带宽4 GHz的6~18 GHz超宽带T/R组件。采用砖块式多芯片组件(Multi-Chip Module,MCM)和超宽带信号传输等技术实现了T/R组件高集成、小型化和模块化的要求。对T/R组件组成构架、收发通道指标预算、宽带信号传输特性仿真和电磁兼容性设计进行了详细描述。测试结果显示,T/R组件在12 GHz工作带宽内具有良好的性能,发射功率大于35 dBm,接收增益大于20 dB,噪声系数小于5 dB,延时总量达762 ps。

大尺寸微波多芯片组件微组装过程变形研究

文中针对大尺寸多通道高集成微波多芯片组件在微组装过程中的变形情况开展研究。结果表明:壳体焊接基板后,壳体底面向组件腔体方向内凹,最大变形量相当于底面厚度的6.9%;组件密封后,壳体底面向腔体内凹的程度减小,最大变形量相当于底面厚度的3.0%;精铣底面后,壳体平面度趋好,最大变形量不超过底面厚度的1.2%,满足组件安装和高效散热需求;组件机械开盖二次封盖后,壳体底面变形从向腔体内凹转变为向底面外凸,最大变形量小于底面厚度的1.5%。组件二次封盖后不再采取措施,组件安装和高效散热要求仍能得到保障。

基于正交试验的微波多芯片组件金丝键合技术

本文对金丝键合技术进行研究,从键合样品处理方法与键合工艺两方面分析了影响金丝键合质量的关键工艺参数,对金丝键合工艺进行优化,优化后的金丝键合可靠性大幅提升。微波多芯片组件是雷达等军用电子装备的核心部件,金丝键合工艺是实现微波多芯片组件电气互联的核心技术环节。微波组件中包含金丝数量庞大,金丝键合技术对于微波组件性能与可靠性有至关重要影响。

两级串并驱动有源相控阵T/R组件

从实际应用出发,介绍了一种有源相控阵发射/接收(T/R)组件的两级串并驱动设计方案。该设计方案中移相/衰减数据的控制包含两级串并驱动,第一级串并驱动将数据锁存后送给第二级串并驱动,第二级串并驱动再将数据锁存后用于控制组件通道收发待机和移相衰减。和传统的一级串并驱动控制方式相比,该控制方式可以有效降低T/R组件对串并驱动芯片的依赖程度,缩短T/R组件研制周期,降低研制成本。经测试验证,设计的两级串并驱动T/R组件具有较低的驻波系数、较高的移相精度,且各通道的增益平坦度及通道间的增益一致性均较好。

硅光子芯片让“量子罗盘”更小更精确

据报道,美国桑迪亚国家实验室研究人员利用硅光子微芯片组件,执行了一种名为原子干涉的量子传感技术。这是一种测量加速度的超高精度方法,也是研发无需全球定位系统(GPS:Global Positioning System)信号也能进行导航的“量子罗盘”最新成果。研究论文发表在最新一期《科学进展》上。

低温共烧陶瓷微波多芯片组件

低温共烧陶瓷 (LTCC)是实现小型化、高可靠微波多芯片组件 (MMCM)的一种理想的组装技术 .本文研究采用了一种三维LTCC微波传输结构 ,并采用叠层通孔实现垂直微波互连 .利用电磁场分析软件对三维微波传输结构和垂直微波互连方式进行了模拟和优化 ,并与试验样品的测试结果进行了对比 ,两者吻合较好 .介绍了单片微波集成电路芯片测试和微波多芯片组件键合互连方法 。

多芯片组件散热的三维有限元分析

基于有限元法的数值模拟技术是多芯片组件(Multichip Module)热设计的重要工具。采用有限元软件ANSYS建立了一种用于某种特殊场合的MCM的三维热模型,对空气自然对流情况下,MCM模型的温度分布和散热状况进行了模拟计算。并定量分析了空气强迫对流和热沉两种热增强手段对MCM模型温度分布和散热状况的影响。研究结果为MCM的热设计提供了重要的理论依据。

三维微波多芯片组件垂直微波互联技术

三维微波多芯片组件是新一代固态有源相控阵共形天线和智能蒙皮的核心部件。文章详细介绍了实现三维微波多芯片组件最关键的小型化、低插入损耗和高可靠的垂直微波互联技术,对采用毛纽扣结构的无焊接垂直微波互联和采用环氧树脂包封的垂直微波互联、微波传输结构进行了仿真和优化,研发出相应的制作工艺,实现了三维微波多芯片组件微小型化、大工作带宽、低插入损耗和高可靠垂直微波互联。

LTCC微波多芯片组件中键合互连的微波特性

键合互连是实现微波多芯片组件电气互连的关键技术 ,键合互连的拱高、跨距和金丝根数对其微波特性具有很大的影响。本文采用商用三维电磁场软件HFSS和微波电路设计软件ADS对低温共烧陶瓷微波多芯片组件中键合互连的微波特性进行建模分析和仿真优化。

利用热阻网络拓朴关系对多芯片组件热分析技术的研究

与单芯片封装相比,对多芯片组件(MCM:Multi-Chip Module)进行热分析时,由于存在多个热源,各个热源之间相互影响,使得热分析变得比较复杂。现通过几种基本的MCM类型,利用一维热阻网络拓朴关系进行了热场的计算和分析,并与有限元仿真结果进行了对比,得到结点温度与有限元仿真结果误差相差不超过10%,说明了利用热阻网络拓朴分析技术可在某种程度上应用于3D MCM组件的热学分析技术中。

多芯片组件的热三维有限元模拟与分析

以ATMEL公司生产的MCM的内部结构、尺寸和材料为基础,在有限元分析软件ANSYS的环境下建立了该MCM的三维模型。对该MCM在典型工作模式下内部和封装表面温度场分布情况进行了模拟,并分析了该MCM工作时各部分散热比例情况和MCM各部分材料的热导率对内部温度的影响。MCM表面温度的模拟结果和用红外热像仪测得的结果基本一致,有限元模型和分析方法能够比较精确地反映MCM温度场分布。

有限元热分析法在大功率多芯片组件中的应用

在大功率多芯片组件 (MCM)中 ,功率芯片是其主要热源 ,它们对 MCM组件的温度分布具有决定性作用。运用有限元法 ,对多热源耦合条件下 MCM组件的温度场进行了模拟和分析。模拟结果与测量值基本一致 ,表明模拟正确反映了 MCM组件的温度情况。使用该方法能快速、简便地获得 MCM组件温度分布情况 ,可缩短热设计。

多芯片组件热分析技术研究

多芯片组件(MCM)是实现电子系统小型化的重要手段之一。由于封装密度大、功耗高,MCM内部热场对器件的性能和可靠性的影响日益严重。文章讨论了MCM内部热场影响器件可靠性的机理,比较了MCM热场计算的方法和特点,研究了有限元分析的方法和求解过程,进行了实际计算,并提出了几种有效的降低MCM结温的方法。

多芯片组件互连的功耗分析

使用RLC传输线模型对多芯片组件的互连进行表征,通过对输入互连的电流及其等效电阻的近似,推导得出多芯片组件互连功耗的频域数学表达式,并给出了计算机仿真实验结果.最后验证了文中方法的有效性.

多芯片组件高速电路布局布线设计及信号传输特性仿真

以检测器电路为例,利用APD(AdvancedPackageDesigner)软件实现了电路的多芯片组件布局布线设计.结合信号在时域和频域的反射、延时和电磁干扰分析结果,对电路布局布线结构进行了反复调整.采用50MHz脉冲信号触发,噪声裕量增大了124 86mV;上、下过冲分别减小了180.61mV,465 36mV;传输延时、开关延时和信号建立时间分别缩短了0 407835ns,0 4188ns,0.35968ns,同时输入信号的相对延时不超过0 2ns,电磁干扰强度也减小了10%以上.仿真结果表明经调整和改进后的电路布局和布线设计可以满足信号传输的要求.

基于热叠加模型的叠层3D多芯片组件芯片热布局优化研究

叠层三维多芯片组件(3D Multi-Chip Module,MCM)芯片的位置布局直接影响其内部温度场分布,进而影响其可靠性.本文研究了叠层3D-MCM内芯片热布局优化问题,目标是降低芯片最高温度、平均芯片温度场.基于热叠加模型并结合热传导公式,选取芯片的温度作为评价指标,确定出用于3D-MCM热布局优化的适应度函数,采用遗传算法对芯片热布局进行优化,得出了最优芯片热布局方案,总结出了可用于指导叠层3D-MCM芯片热布局设计的热布局规则;采用有限元仿真方法,对所得的热布局优化结果进行验证,结果表明热布局优化结果与仿真实验结果一致,本文所提出的基于热叠加模型的MCM热布局优化算法可实现叠层3D-MCM芯片的热布局优化.

多芯片组件MCM的失效率预计研究

通过对多芯片组件(MCM)的结构、失效模式和机理的分析,提出了适合我国生产实际的MCM 失效率预计模型。采用加速寿命试验和点估计法获得了膜电阻的基本失效率λRT和布线与工艺基本失效率λC;并采用极限应力对比试验获得了层间系数πcp。