杨春雨

(中国电子科技集团公司第54研究所)

0 引言

工程中由于需求方对研制方提出了高的功能、性能要求，同时我国的集成电路方面的发展远远落后于发达国家，迫使研制方不得不大量使用高新技术的元器件，如高性能的CPU，DSP、FPGA，大容量存储器等，随着集成电路的发展，芯片功耗越来越大、体积越来越小，散热问题成为尤为突出。而表贴阵列封装由于可靠性高、可容纳I/O数目大、频率特性好、贴装工艺简单成熟，在实际中得到了越来越多的应用，本文通过仿真及试验，分析了表贴阵列封装芯片的热性能，对工程中芯片选型及设计有一定的指导意义。

1 表贴阵列封装概述

随着电子封装向着高密度、高性能、小型化方向发展,表贴阵列封装成为当今封装技术的主流,主要包括BGA(ball grid array)即球栅阵列封装及CGA(column grid array)即柱栅阵列封装，其中CGA封装是在BGA封装基础上的改进，利用焊料柱代替了焊球，从而大大降低了器件的疲劳失效几率。阵列封装的焊球(柱)焊接强度不高，在力学环境较为恶劣的情况下，常规的散热方式会使焊点受力，严重影响器件的寿命和可靠性。

1.1 常见阵列封装结构

目前使用的表贴阵列封装芯片大部分为球栅阵列封装，在可靠性要求更高的情况下，也采用柱栅阵列封装，几种常见的封装形式如下图所示：

图1 FPGA的主要封装形式

图1（a）所示为塑料 BGA 封装，（b）及（c）为带有扩热板的倒装芯片（Flip-Chip）BGA封装，芯片结（Die）到芯片上表面的热阻很小，散热性能较好，通常用于门数较多功耗较大的FPGA，（d）为陶瓷CGA封装，由于圆柱形焊料比球形焊料能够更好地释放热应力，也同时具有更好的高温稳定性，通常用于高质量等级的芯片，但这种封装的散热性能较差，结壳热阻也较前三类要高。……