基于FOWLP技术的射频模块的系统级热-电磁-电路耦合分析及散热设计

《IEEE Journal on Multiscale and Multiphysics Computational Techniques》：System-Level Thermal–Electromagnetic–Circuit Coupling Analysis and Heat-Dissipation Design for a FOWLP-Based RF Module

　　

摘要：

热效应对基于先进封装技术的紧凑型射频（RF）模块的电磁传输和电路级性能构成了重大挑战。为了解决传统热电耦合分析方法以及RF集成模块热管理方法的局限性，本文提出了一种基于算法辅助建模（AAM）的热电磁电路耦合分析方法，并针对基于扇出晶圆级封装（FOWLP）的调频连续波（FMCW）RF模块设计了封装级散热布局。首先，开发了一个基于FOWLP的FMCW RF模块作为分析平台。然后，所提出的AAM方法将非均匀温度分布引入到RF模块的电磁和电路级分析中。结果表明，随着环境温度的升高，相关参数曲线表现出更明显的波动；同时，与均匀温度模型相比，基于AAM方法计算出的中频信噪比（SNR）也有所下降。最后，设计了三种基于模内通孔（TMV）芯片和焊球阵列的水平散热布局，并对其进行了评估。在不改变原始封装尺寸的情况下，这些布局改善了热性能和系统级的RF性能。混合布局分别将最大温度和超过特定阈值的面积降低了40°C6.0%52.2%。均匀布局在发射功率和中频SNR方面提供了最大的改进，增幅分别为2.93dB1.51dB。