芯片與封裝之間，封裝內各芯片之間，以區封裝與印制電路板(PCB)之間存在交互作用，采用芯片-封裝-PCB 協同設計可以優化芯片、封裝乃至整個系統的性能，減少設計迭代，縮短設計周期，降低設計成本。

芯片-封裝-PCB 電氣協同設計

首先分析產品特性 (如產品功能、使用環境、技術指標等)，據此進行芯片設計，對其I/O引腳排布進行優化，結合芯片的功能、性能和成本，選用合適的互連方式(如引1線鍵合、倒裝芯片等)，降低基板布線復雜度，提高傳輸特性;利用芯片的網表、引腳引出方式等信息進行封裝設計，結合芯片和產品特性，選用相應的封裝形式(如 BGA、LCA、QFN 等)，保障將芯片的信息信號和功率合理地輸人與輸出，實現芯片之間的互連;對芯片實現良好的物理保護綜合考慮 PCB 的布線難度和功能，實現整個系統的設計。然后分別進行芯片、封裝和 PCB 的仿真，提取芯片模型和 PCB 模型，并將其導人到封裝的仿真模型中，進行信號完整傳輸路徑的仿真，建立系統級仿真鏈路，實現芯片一封裝PCB 的協同設計和仿真，然后基于仿真結果，分析芯片、封裝和 PCB 的設計對整個系統的影響，并對其進行優化，最終完成設計。芯片-封裝-PCB 的電學協同設計流程如圖所示。在協同設計仿真過程中，應結合芯片、封裝和PCB 各自的特點，進行電源完整性設計，為芯片提供干凈、穩定的電源，為信號提供低阻抗、低噪聲的參考回路，并抑制電磁干擾。基于芯片的 SPICE(Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis) 或 IBIS (Input/ Output BufferIntormation Specification) 等模型、封裝的參數模型(如 RLCG、S 參數或 SPICE模型等)，以及PCB 的 RLCG 或S參數等模型，進行整個系統的電性能設計與仿真。通過軟件建模工具 與硬件測試儀器，結合高速接口電路的電氣特性，完成芯片與封裝軟硬件協同建模 與參數提取，依據仿真得到的滿足系統指標的設計參數和文件，得到安全、優化的完整設計方案。

2.芯片-封裝-PCB 散熱協同設計

芯片熱功耗的大小對封裝結構、材料選取、散熱設計 等提出了不同的需求，應根據不同的產品特性選取合適的散熱方式(如風冷、水冷和自然對流)、封裝結構(如內部熱沉、加散熱過孔、基板結構等)和封裝材料(如貼片膠、塑封料和基板材料等)，將芯片產生的熱量有效地傳導給PCB 或散熱器。散熱協同設計的主要目的是，針對產品性能及可靠性需求，實現芯片、封裝和 PCB 的合理布局，控制局部熱點，提高整體散熱性能。將模擬仿真結果與可測性實驗相結合，對單個芯片或多芯片集成的封裝體逐級開展溫度分布分析，研究芯片、熱界面材料與整個散熱結構之間的關系，并對設計方案進行調整和優化，提高系統的整體散熱性能。協同設計通過采用不同的材料、結構和散熱方式，優化系統的散熱方案和連接機制，如利用銅基及散熱通孔、新型熱界面材料、輔助散熱裝置等技術來提高系統的散熱性。

3.芯片-封裝-PCB 熱機械可靠性協同設計

芯片-封裝-PCB 的熱機械可靠性協同設計主要對芯片、封裝及系統之間的力學相互作用進行分析，并對芯片、封裝及PCB 的結構設計和材料選取進行設計和優化。熱機械可靠性分析通過仿真不同封裝結構和材料的應力梯度分布得到合適的結構和材料，使其滿足芯片的參數性能，將應力分布控制在芯片的線性、增益、電壓偏移及其他特性隨應 力變化的范圍內;也可分析芯片、封裝和 PCB 間因材料的不同導致的 CTE 不匹配，以及工藝過程累計的殘余應力隨溫度變化引起的熱應力應變和翹曲問題，通過采用熱機械模擬方法逐層進行分析，提出有針對性的、實用的、完整的可靠性方案。

審核編輯：湯梓紅