[发明专利]基于等效包含法的半导体器件热结构仿真分析方法和装置

说明书

本发明涉及半导体器件仿真分析技术领域，具体涉及一种基于等效包含法的半导体器件热结构仿真分析方法和装置。该方法包括：根据设定外壳尺寸参数和设定外壳材料参数，构建封装外壳；根据设定热源规则，构建封装外壳的热源；根据目标结构的尺寸参数和目标结构在半导体器件中的位置参数，构建目标结构的表面边界条件；对热结构模型进行等效仿真，获得热结构模型的热导率、热膨胀系数和杨氏模量；利用耦合迭代方法，获得目标结构的热应力与时间的对应关系。本发明将复杂的真实模型通过数学计算方式，等效成一个整体模型，以此将以前复杂的模型简单化，节省了大量的建模分析计算量，从而提高了半导体器件热结构的仿真分析效率。

技术领域

本发明涉及半导体器件仿真分析技术领域，具体涉及一种基于等效包含法的半导体器件热结构仿真分析方法和装置。

背景技术

在半导体芯片及产品的加工工艺中，由于组成产品的各个组件(芯片、PCB板、锡球等)的热膨胀系数不匹配，因此各个工艺过程都会在产品内部产生残余应力，从而在当下或后期将会导致产品开裂和接触不良等失效模式。

现有技术使用传统的有限元软件对半导体器件进行热结构建模分析，求解出热结构模型的热应力。这种方案采用数值方法对热结构模型进行计算分析，以获得三维集成电路精确的热响应。但是这种方案计算量过大，计算精度因为受到网格划分的影响以及结构的复杂性并不能保证十分精确，并且求解十分耗时。现有技术首先需要构建真实的半导体器件模型，并为半导体器件模型每个部件设置相应的材料参数，在求解偏微分方程时，需要生成繁多的网格，并对每个网格中的矩阵方程分别进行求解，因而需要非常庞大的计算量来实现热结构模型的仿真求解，同时具体需要的迭代精度越高，实际计算耗时还会相应增加，这就导致现有技术在处理大规模复杂仿真的热研究时并不实用。

因此，如何实现提高半导体器件热结构的仿真分析效率，是目前亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于等效包含法的半导体器件热结构仿真分析方法和装置，以提高半导体器件热结构的仿真分析效率。

本发明实施例提供了以下方案：

第一方面，本发明实施例提供一种半导体器件热结构的仿真分析方法，所述方法包括：

根据设定外壳尺寸参数和设定外壳材料参数，构建封装外壳；

根据设定热源规则，构建所述封装外壳的热源；

根据目标结构的尺寸参数和所述目标结构在半导体器件中的位置参数，构建所述目标结构的表面边界条件；

对包含所述封装外壳、所述热源和所述目标结构的表面边界条件的热结构模型进行等效包含法仿真，获得所述热结构模型的热导率、热膨胀系数和杨氏模量；

根据所述热结构模型的热导率、热膨胀系数和杨氏模量，利用耦合迭代方法，获得所述目标结构的热应力与时间的对应关系。

在一种可能的实施例中，所述半导体器件包括芯片结构和基底结构；

所述芯片结构通过焊点结构连接在所述基底结构上；

所述基底结构包括叠放设置的第一阻焊层、第一覆铜层、核心层、第二覆铜层和第二阻焊层；

所述目标结构为所述半导体器件中的任一结构或所述半导体器件中至少两个结构的组合。

在一种可能的实施例中，所述对包含所述封装外壳、所述热源和所述目标结构的表面边界条件的热结构模型进行等效包含法仿真，获得所述热结构模型的热导率、热膨胀系数和杨氏模量，包括：

将所述目标结构的表面边界条件代入等效包含法方程中，获得所述热结构模型的热导率、热膨胀系数和杨氏模量；其中，所述等效包含法方程的表达式为：