熱源,以菱形方式排列;type3 規則如 type2,並增加了 Drain 側的 凸塊體積;而 type4 之凸塊體積以幾乎佈滿了上金線面積為設計。全
4-1 熱源個數及間距對熱傳之影響分析
此節我們固定凸塊型式為 type1,並設定改變熱源個數(2、6、
10)及熱源間距(50μm、100μm)來探討其熱傳分析結果。由圖 4-6 我 們可以看到在每條熱源發熱瓦數皆為 0.3W 的條件下,熱源數愈多總 發熱量也愈多,結構溫度也相對的提高;另外在熱源間距拉大的情況 下,減少了因二熱源太過接近而交互影響的加成效果,使得溫度有明 顯的下降趨勢。另外值得注意的一點,在設計的過程為了增加熱源以 及拉大熱源間距而迫使我們必須增加金線的表面積,連帶的晶片以及 基底接觸表面積皆一併增加,造成整體結構體積增加。2 條熱源的結 構上金線的尺寸皆為 500μmX500μm;6 條熱源間距 50μm 同樣也為 500μmX500μm,但間距 100μm 之結構即增加至 700μmX500μm(圖 4-7);又 10 個熱源間距 50μm 為 700μmX500μm,間距 100μm 增加 為 1200μmX500μm(圖 4-8),我們發現隨著熱源數的增加,增加熱源 間距的結構溫度下降的幅度也有所提升,這是因為體積的增加,提供 熱傳的材料也增加的緣故。
4-2 100X2 結構之熱傳及熱應力分析
接著我們以 2 條熱源結構之熱傳結果進行討論,在此結構的八
個案例中(圖 4-9),同樣地,我們發現在拉大熱源間距下四種凸塊型 式皆能有效的降溫。以下我們針對每一凸塊型式逐一討論,type1 為 一般型;type2 少了二個熱傳凸塊,但因為其中二個凸塊較接近二側 熱源有較短的導熱路徑,計算結果溫度反而較低,但差距不是很明 顯;type3 不只增加了 Drain 處的凸塊體積,二側的凸塊設計也更靠 近二側熱源,因此 type3 有很顯著的降溫效果;type4 是凸塊體積最 多的一個案例,所以熱傳效果最好溫度最低。另外我們發現在改善散 熱問題時,改變凸塊型式之效果比拉大熱源間距來的好。在熱應力部 分(圖 4-10),我們可以看到應力值在 type4 皆有劇升的趨勢,這是 因為此案例凸塊的結構最複雜體積也最大,相對受到推擠與拉扯的力 量最大,容易造成應力集中,另外由於在兩熱源內側及外側皆有熱傳 凸塊向下快速地導熱,造成在熱源兩側之金線溫度梯度變化劇烈(圖 4-11),這也是造成應力值上升的原因。在應變方面(圖 4-12),可以 看到在 type1 及 type4 是較大的,這是因為位移量主要是由物體受熱 膨脹所造成,只要物體的體積或溫度變化愈大,則變形量也會相對提 高。
4-3 100X6 結構之熱傳及熱應力分析
6 條熱源結構之案例(圖 4-13),各案例的溫度均高於 2 條熱源結
構,間距 50μm 的結構溫度也高於間距 100μm 的結構。值得注意的 是 type2 的結構,因為少了 2 個熱傳凸塊,雖然二側凸塊相當靠近外 側熱源而能夠快速的導熱,但對內側四個熱源來說,比起 type1 的案 例其熱傳的路徑變的較遠散熱較慢,因此在六個熱源的結構,type2 的散熱效果比 type1 差,溫度較高,type3、type4 如同上節之結構 皆能有效地降低溫度。熱應力部份,因為結構溫度都有所提高,應力 值也都較大,同樣在 type4 的案例有最大的應力及應變值(圖 4-14、
4-15)。
4-4 100X10 結構之熱傳及熱應力分析
10 條熱源結構之案例(圖 4-16),整體溫度是最高的,溫度的趨 勢大致與 6 條熱源之結構相似。type2 結構之溫度也高於 type1,且 由於 10 條熱源結構其內側熱源數較多,所以高出的差距也較大。另 外我們發現在所有案例的 type4 結構中,其最高溫度大都在二百度左 右,不因熱源數較多而有較高的溫度,這是因為在 type4 的設計中,
針對每一熱源的兩側皆有熱傳凸塊,使得熱能直接且迅速地向下傳 導,雖然發熱量有所提升但溫度差異不太,這也證明了熱傳凸塊愈靠 近熱源將會有最好的散熱效果,使得 10 條熱源的四個結構案例有最 大的溫差。在熱應力應變部份(圖 4-17、4-18),由於溫差過大的原
因,造成形變主要的因素是結構體積還是溫度變化問題,並不明確,
使得在 10 條熱源部份應力與應變沒有明顯的趨勢。
4-5 充入填膠結構之熱傳及熱應力分析
我們將 100X2_GG50_SD5-type1 結構充入填膠探討其熱傳及熱應 力問題(圖 4-19),熱傳方面,有填膠結構之晶片溫度低於無填膠結 構,這是因為填膠提供了導熱的路徑增加散熱;應力方面有填膠結構 之應力值小於無填膠結構,填膠是一聚合物材料他可提供受力時的緩 衝,進而降低應力值,達到保護晶片的功能。