微電子封裝技術憑借其高密度和高性能的特點，正逐漸進入高速發(fā)展的時期，成為當前電子封裝技術的主流。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。
由于電子器件內部應力的影響因素較多，如通過生產線進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品市場來說，在新產品設計開發(fā)前期就進行仿真分析是提高產品競爭力的基礎。
本文介紹了甬矽電子利用 Ansys Mechanical 在產品設計初期預測多種結構設計方案的翹曲結果，優(yōu)化封裝結構設計，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生較大的內應力，導致封裝產品產生翹曲問題，從而影響產線的生產良率。
隨著封測技術的發(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體芯片封裝和測試領域，需要仿真軟件的支持，來提升新技術的研發(fā)效率。他們評估軟件時發(fā)現(xiàn)，Ansys 提供的強大實體建模及劃分網格工具，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構（線性、非線性）分析、流體動力學分析、電磁場分析等模塊，必要時還可進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品的可靠性、熱性能、電性能等問題。
在產品開發(fā)階段，甬矽電子根據(jù)產品類型，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 軟件中結構分析模塊，建立封裝模型，設置合適的熱載荷條件進行仿真，預測可能出現(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構的確認。
本案例涉及產品為 FCCSP 產品，尺寸為 16X16 mm。在設計初期，為了防止單顆大尺寸 FCCSP 產品產生翹曲，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行仿真分析，通過 SpaceClaim 進行封裝模型的建立，如圖所示：
根據(jù)實際作業(yè)條件，施加約束及溫度載荷：
通過 Ansys Mechanical 進行計算，可得到此封裝產品的翹曲改變趨勢，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
甬矽電子認為，在產品設計開發(fā)初期通過仿真軟件對封裝產品的翹曲問題進行分析優(yōu)化，不僅能有效縮短產品研發(fā)周期，還能降低驗證成本。通過 Ansys Mechanical 進行封裝翹曲仿真，甬矽電子在產品設計初期預測多種結構設計方案的翹曲結果，優(yōu)化封裝結構設計，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雜，設計規(guī)則也將變得更加先進，需要通過 Ansys Mechanical 這樣的工具進行分析封裝產品在力學方面的問題。”
——徐玉鵬，甬矽電子工程管理副總經理
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