微電子封裝技術(shù)憑借其高密度和高性能的特點(diǎn)，正逐漸進(jìn)入高速發(fā)展的時期，成為當(dāng)前電子封裝技術(shù)的主流。這一趨勢使得電子器件的尺寸不斷減小，厚度不斷減薄，集成度越來越高，對于電子封裝的工藝能力的要求也在逐步提升。
由于電子器件內(nèi)部應(yīng)力的影響因素較多，如通過生產(chǎn)線進(jìn)行工程驗證將面臨驗證方案多、基板交期長、芯片造價高等一系列問題。進(jìn)行大量工程驗證面臨漫長的周期、高昂的成本，因此對于更新?lián)Q代非?？斓碾娮赢a(chǎn)品市場來說，在新產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)前期就進(jìn)行仿真分析是提高產(chǎn)品競爭力的基礎(chǔ)。
本文介紹了甬矽電子利用 Ansys Mechanical 在產(chǎn)品設(shè)計初期預(yù)測多種結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的翹曲結(jié)果，優(yōu)化封裝結(jié)構(gòu)設(shè)計，大幅減少后續(xù)工程驗證的次數(shù)。
在電子器件的封裝過程中，由于溫度梯度的存在，封裝所用基板、塑封料、裝片膠等材料的熱膨脹系數(shù)會不匹配，在封裝熱制程時將產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致封裝產(chǎn)品產(chǎn)生翹曲問題，從而影響產(chǎn)線的生產(chǎn)良率。
隨著封測技術(shù)的發(fā)展，尺寸更小、速率更快、厚度更薄、集成度更高的封裝形式不斷出現(xiàn)，甬矽電子致力于中高端半導(dǎo)體芯片封裝和測試領(lǐng)域，需要仿真軟件的支持，來提升新技術(shù)的研發(fā)效率。他們評估軟件時發(fā)現(xiàn)，Ansys 提供的強(qiáng)大實(shí)體建模及劃分網(wǎng)格工具，能夠高效地創(chuàng)建有限元模型。
此外，Ansys 計算分析模塊包含了結(jié)構(gòu)（線性、非線性）分析、流體動力學(xué)分析、電磁場分析等模塊，必要時還可進(jìn)行多物理場耦合分析，能夠有效解決甬矽電子的電子封裝產(chǎn)品的可靠性、熱性能、電性能等問題。
在產(chǎn)品開發(fā)階段，甬矽電子根據(jù)產(chǎn)品類型，選擇符合工藝條件的塑封料、確定各個組件的高度范圍，制定所需仿真驗證的封裝方案，通過 Ansys 軟件中結(jié)構(gòu)分析模塊，建立封裝模型，設(shè)置合適的熱載荷條件進(jìn)行仿真，預(yù)測可能出現(xiàn)的封裝翹曲問題，基于成本和可加工性考量，完成理想的封裝材料及結(jié)構(gòu)的確認(rèn)。
本案例涉及產(chǎn)品為 FCCSP 產(chǎn)品，尺寸為 16X16 mm。在設(shè)計初期，為了防止單顆大尺寸 FCCSP 產(chǎn)品產(chǎn)生翹曲，甬矽電子選用了五種芯片厚度、兩種塑封體厚度制定單一變量方案進(jìn)行仿真分析，通過 SpaceClaim 進(jìn)行封裝模型的建立，如圖所示：
根據(jù)實(shí)際作業(yè)條件，施加約束及溫度載荷：
通過 Ansys Mechanical 進(jìn)行計算，可得到此封裝產(chǎn)品的翹曲改變趨勢，封裝翹曲隨著芯片厚度的減小而減小、隨著塑封體厚度的增大而減小。甬矽電子之后根據(jù)仿真結(jié)果制定了理想的工程驗證方案：塑封體厚度為 0.45mm，芯片厚度為 0.175mm。
Ansys Mechanical
甬矽電子認(rèn)為，在產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)初期通過仿真軟件對封裝產(chǎn)品的翹曲問題進(jìn)行分析優(yōu)化，不僅能有效縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，還能降低驗證成本。通過 Ansys Mechanical 進(jìn)行封裝翹曲仿真，甬矽電子在產(chǎn)品設(shè)計初期預(yù)測多種結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的翹曲結(jié)果，優(yōu)化封裝結(jié)構(gòu)設(shè)計，同時減小后續(xù)工程驗證的次數(shù)，本案例中，他們將 10 個工程試驗方案的成果實(shí)現(xiàn)時間，減少為 1 個工作日。
“隨著封裝的密度、功能和需求越來越復(fù)雜，設(shè)計規(guī)則也將變得更加先進(jìn)，需要通過 Ansys Mechanical 這樣的工具進(jìn)行分析封裝產(chǎn)品在力學(xué)方面的問題。”
——徐玉鵬，甬矽電子工程管理副總經(jīng)理
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