芯片越来越“热”，华天科技的 FOPLP 能解决散热难题吗？

晶体管数量不断增加、芯片功耗持续上升，散热问题正从芯片内部延伸到封装和整机系统。封装不再只是保护芯片的外壳，而成为热量从 die（裸片）传向封装、PCB 和散热结构的关键通道。

华天科技表示，公司已经在扇出型封装领域建立了覆盖全流程的热设计与仿真能力，目标是在材料、布线和封装结构设计阶段就处理热问题，而不是等芯片完成组装后再进行补救。8不过，这一表述代表的是技术能力和设计路线，并不等于某一款产品已经获得独立验证的散热性能提升。

为什么封装热设计越来越重要

当更多计算功能集中在更小的 die 面积上时，热量会聚集在更加有限的区域内。芯片结温并不只由硅片本身决定，还受到完整散热路径的影响，包括 die attach、塑封料、重布线层（RDL）、封装表面、PCB、导热界面材料、散热器以及气流。

如果这条路径的热阻较高，或者局部形成热点，芯片就可能在更高温度下工作，可靠性余量也会随之缩小。长期热应力还可能加速互连疲劳、材料脱层、热膨胀失配和封装翘曲等失效机制。

SOP、QFP 和 QFN 的散热能力有何限制

传统 SOP、QFP 等带引脚封装，通常较多依赖引脚和引线框架传导热量。这类结构的热路径往往更长、受到的限制也更多。华天科技将其与 FOPLP 进行对比，强调后者可以减少对传统基板的依赖，并缩短潜在的散热路径。6

但 QFN 不能被一概而论地视为散热能力不足。带 exposed pad（裸露焊盘）的 QFN 或 power-QFN，可能通过焊盘、PCB 铜箔和导热过孔形成有效的板级散热通道。它的实际上限取决于引线框架几何结构、散热焊盘、PCB 铜面积、过孔设计，以及 PCB 向外扩散热量的能力。

因此，更准确的说法是：随着芯片功率密度提高，某些传统封装结构可能难以满足需求；但封装是否适用，仍要结合芯片功耗和整个散热系统判断。

FOPLP 为什么可能改善散热

扇出型封装通过 RDL 将 die 的连接向外重新布线，而不是完全依赖传统封装基板。RDL 可以支持更高密度的 I/O 和更短的互连路径；在部分传统架构中，这也有助于降低寄生电感。4

FOPLP 通常具备以下结构特征：

• 不使用传统封装基板；
• 支持较高的 I/O 密度；
• 封装厚度较低；
• RDL 同时承担电气互连，并可参与热扩散设计；
• 材料体系和封装几何结构可以协同优化。

Fraunhofer IZM 将 fan-out 描述为一种无基板封装，并指出其在封装小型化和降低热阻方面具有潜力。12台积电的 InFO 平台则展示了高密度 RDL 如何用于移动设备和高性能计算等应用。13

不过，薄型化和高 I/O 密度本身并不会自动带来更好的热性能。真正的结果取决于铜互连、塑封料、die 背面、热扩散器和 PCB 是否共同形成了有效的热路径。若热量无法顺利传到散热结构，封装更薄并不意味着芯片一定更凉。

移动设备、汽车电子和 HPC 的需求并不相同

扇出型封装已经用于移动和无线应用，并逐步延伸到汽车电子和医疗系统。1高密度 fan-out 平台也面向移动设备和高性能计算场景。13但不同应用对散热的要求差异很大：

• 移动设备： 重点是薄型化，以及在有限机身空间内将热量扩散开来。由于空间有限，通常不能依赖大型散热器。
• 汽车电子： 重点是经受反复热循环和较大范围的温度变化，封装的长期热机械可靠性尤为重要。
• 高性能计算（HPC）： 总功耗远高于移动芯片，封装之外往往还需要 lid、冷板或其他系统级散热设施。FOPLP 不能单独替代整机热设计。

热阻和热特性参数不能混用

根据 JEDEC 的热测量方法，热参数只有在明确的测试条件下才具有可比性。热阻 θ 描述的是特定热流边界下的热传导关系；而 Ψ 参数则用于将结温与封装顶部或 PCB 上可测量的温度联系起来。

以 RθJC 为例，它主要用于描述在热量被有意导向封装 case 表面的条件下，结点到 case 的热阻，例如使用热板或散热器建立特定边界条件时。它并不一定代表芯片安装在实际 PCB 上的热流分布，因为现实中热量可能同时流向封装顶部、PCB、焊球或引脚以及周围环境。

因此，下面这个公式不能默认作为所有板级应用的结温计算方法：

Tj = Tc + P × RθJC

德州仪器（TI）指出，对于现代板级应用，ΨJT 和 ΨJB 往往更适合用于结温估算。13在测试条件与实际应用相匹配时，工程师可以使用类似以下关系式：

Tj ≈ Ttop + P × ΨJT
Tj ≈ Tboard + P × ΨJB

需要注意的是，ΨJT 和 ΨJB 并不是严格意义上的一维基础热阻，而是与测试布局、测量方法和应用系统有关的热特性参数。

华天科技所说的“全流程”热设计意味着什么

按照华天科技的介绍，其方案覆盖材料选择、布线设计和封装结构，并通过多物理场仿真改善散热效率和长期可靠性。8

从工程角度看，这类流程通常需要综合考虑：

• 塑封料、die attach 和导热界面材料的选择；
• 铜质 RDL 的厚度、位置和热扩散作用；
• 热点识别与抑制；
• 热传导、电损耗和电流拥挤的联合分析；
• 翘曲以及不同材料热膨胀系数不匹配的问题；
• 热循环过程中的互连疲劳和结构应力。

大尺寸、薄型化的 panel-level packaging 结构，使热机械分析变得更加重要。有关 FOPLP 的研究已经考察了材料行为以及封装冷却过程中的变形变化；翘曲和 die 偏移仍然是这类封装面临的可靠性挑战。3

关键结论：技术路线需要测量结果来证明

FOPLP 为华天科技提供了一种在架构层面处理热问题的方式：减少不必要的结构层，利用 RDL 实现高密度互连和潜在的热扩散，并在封装完成前协同优化材料与几何结构。这些方向符合 fan-out 封装的技术特点，也与 Fraunhofer IZM 等机构对无基板、低热阻封装潜力的描述一致。812

但这些潜在优势本身，并不能证明华天科技某一具体产品已经实现了确定的散热改善。就现有公开材料而言，公司尚未公布经过独立验证的热阻、结温或寿命数据。

真正有意义的评估，应当是在目标应用的实际条件下测量结温，并结合可靠性测试结果进行判断，包括具体 PCB、功耗分布、散热边界、气流条件和热循环曲线。

换句话说，关键问题不只是“这个封装的 RθJC 是多少”，而是完整系统能否在整个使用寿命内，将芯片结温稳定控制在规定范围内。