在半導體產業中，封裝結構散熱模擬是指利用電腦輔助工程（CAE）軟體，建立晶片封裝的數位模型，並透過物理公式計算熱量如何在結構中傳導、對流與輻射，進而預測晶片在實際運作時的溫度分佈。
這項技術的核心目的是：在產品還沒實際製造出來前，先確認晶片會不會「燒掉」。
1. 為什麼需要散熱模擬？
隨著晶片性能提升（如 AI 運算、5G），晶片單位面積產生的熱量極高。如果散熱不佳，會導致：- 電子遷移失效： 高溫縮短晶片壽命。
- 效能降頻： 為了保護硬體，晶片會自動減速。
- 結構應力問題： 熱脹冷縮會導致封裝材料龜裂或脫落（Delamination）。
2. 模擬的核心三要素
散熱模擬通常基於有限元素分析（FEA）或計算流體力學（CFD），主要考慮以下三個物理機制：
- 熱傳導（Conduction）： 熱量如何從晶片（Die）經過導熱膠（TIM）、基板（Substrate）傳導至電路板（PCB）。
- 熱對流（Convection）： 封裝表面如何透過空氣流動（自然對流或風扇強制對流）將熱帶走。
- 熱輻射（Radiation）： 高溫物體以電磁波形式向外輻射熱量（在密閉空間或極高溫下較重要）。
3. 封裝模擬的主要產出（關鍵指標）
模擬工程師通常會關注以下數據來評估封裝設計的優劣：
- $T_j$ (Junction Temperature)： 晶片最核心、最熱處的溫度。這是最重要的安全指標。
- $\theta_{JA}$ (Theta-JA)： 晶片到環境的總熱阻。熱阻越低，代表散熱能力越好。
- 熱分佈雲圖： 透過視覺化色彩（紅到藍），觀察熱量是否集中在特定角落，據此優化散熱墊片（Thermal Pad）或散熱器（Heatsink）的設計。
4. 常用的模擬軟體
- ANSYS Icepak / Fluent： 工業標準，適合處理複雜流體與系統級散熱。
- COMSOL/Siemens Simcenter Flotherm： 專為電子散熱設計，建模速度快，廣泛用於封裝級模擬。
5. 總結
封裝結構散熱模擬就像是晶片的**「虛擬壓力測試」**。它讓工程師能精確調整封裝材料（如金線、錫球、封膠）的配置，在效能、成本與可靠性之間取得最佳平衡。
