王 敦 闫辰侃 张凯虹

（中国电子科技集团公司第58研究所 无锡 214035）

1 引言

近年来，集成电路技术的发展迅速，随着多功能、高频和高功耗的芯片需求不断增加，芯片可靠性要求也越来越高，芯片主要失效形式之一是热失效，随着环境温度增加，芯片内部热量不能及时传递出去，这就会造成热量在芯片Die附近积累，温度升高，结点温度的升高会使晶体管的电流放大倍数迅速增加，导致集电极电流增加，最终导致元件失效［1～3］。据统计，温度过高引起微电子器件失效的几率高达50%以上［4］。不断增大的功率密度使得封装设计中的热设计工作越来越受到重视。其中热学物理模型计算以及测定芯片热场分布成为了半导体器件可靠性设计和失效分析的重要环节［5］。

本文基于国产和进口MCU芯片，通过建立热阻网路模型仿真，并利用电学法进行验证，系统分析了MCU芯片内部温度场分布及热阻变化，并基于红外摄像仪和SAM超声设备分析了热阻仿真与测试偏差的主要原因，为MCU芯片热学可靠性分析奠定理论与测试基础。为MCU热学设计和测试，提高可靠性和失效分析水平提供了理论基础。

2 物理模型建立与分析

2.1 MCU芯片有限元模型建立

对于MCU芯片，散热设计主要考虑两个热性能参数氧化物结点区的工作温度（简称结温）TJ和热阻Rth。热阻代表了物体散热的能力，芯片上的散热方式主要是热传导，如图1所示MCU芯片热传输模型（上图），热量通过芯片烧结材料传递到外壳或者芯片基底，并进一步传递到周围的环境。……