封裝為何需要CAE？

封裝是半導(dǎo)體組件制造過程的最后一個環(huán)節(jié)，會以環(huán)氧樹脂材料將精密的集成電路包覆在內(nèi)，以達(dá)到保護與散熱目的。在芯片尺寸逐年縮小的趨勢下，封裝制程所要面臨的挑戰(zhàn)更趨復(fù)雜，牽涉到組件高密度分布、金屬接腳配置與電學(xué)性能等層面。若設(shè)計不良，可能會引發(fā)結(jié)構(gòu)強度、縫合線、包封、散熱與變形等問題。為了控制實際生產(chǎn)過程中的不確定因素與風(fēng)險，應(yīng)在封裝的研發(fā)階段導(dǎo)入CAE，將有助于事前問題分析與尋求優(yōu)化設(shè)計，以降低不必要的成本損耗。

CAE前處理的實務(wù)挑戰(zhàn)

在CAE仿真流程之中的前處理過程，即是將設(shè)計端的原始二維或三維模型轉(zhuǎn)化為可進行數(shù)值分析用的三維實體網(wǎng)格；一般在此階段大多是使用商業(yè)軟件進行網(wǎng)格前處理。使用者在這個步驟常常會遇到幾項問題：(1)軟件難以上手，操作步驟繁雜；(2)模型過于復(fù)雜，網(wǎng)格生成過程曠日廢時，或是設(shè)計變更時，網(wǎng)格難以修改；(3)最終的網(wǎng)格元素量過多，需要冗長的分析時間。

圖一是個毛細(xì)力底部充填的案例。此類設(shè)計常會有數(shù)千顆甚至是數(shù)萬顆的錫球，因此前處理階段的網(wǎng)格尺寸會受限于錫球大小與其分布，這通常會導(dǎo)致網(wǎng)格過密、網(wǎng)格元素龐大。如果再加上網(wǎng)格質(zhì)量或設(shè)計變更等因素，將會使CAE建模變得相當(dāng)棘手。

圖一 毛細(xì)力底部充填案例

圖二 使用者可藉讀取存有大量點數(shù)據(jù)的CSV文件，迅速完成建立大量錫球模型的工作。

圖三 透過撒點機制針對產(chǎn)品整體與局部進行調(diào)整。
下一步便是以三維幾何模型搭配撒點后的基底平面建立網(wǎng)格，并開放手動編輯網(wǎng)格，提高操作彈性，讓用戶可以建構(gòu)出所需的疏密分布，獲得適當(dāng)且高質(zhì)量的網(wǎng)格。圖四即為利用前述操作所完成部份加密且整體均勻分布的網(wǎng)格。
圖四 部份加密且整體均勻分布的網(wǎng)格
透過自動混合式網(wǎng)格精靈進行IC組件厚度設(shè)定，以及自動生成各組件網(wǎng)格，即可輕松建立三維實體網(wǎng)格，同時滿足網(wǎng)格輕量化的需求。以圖五為例，在給予適合的整體網(wǎng)格尺寸后，接著在局部進行加密，可以有效地減少整體網(wǎng)格元素量。

圖五 給予適合的整體網(wǎng)格尺寸，接著在局部進行加密，可有效減少網(wǎng)格元素量
接著以此模型實際測試不同網(wǎng)格尺寸的組合，并且與原始網(wǎng)格相比，整體的元素量可以減少約四成至七成；所需的分析時間則有效節(jié)省五成至九成，比較結(jié)果如下表所示。透過上表不同組合的網(wǎng)格與原始網(wǎng)格相互比較，可看出整體的波前行為是近似的。換句話說，適當(dāng)運用Moldex3D Studio 2022的IC網(wǎng)格自動建構(gòu)精靈及網(wǎng)格工具，不但能夠簡化前處理流程，節(jié)省建構(gòu)網(wǎng)格的時間，同時可以得到可靠的分析結(jié)果。

圖六 Moldex3D Studio 2022的IC網(wǎng)格自動建構(gòu)精靈，可幫助簡化前處理流程結(jié)論：
在Moldex3D 2022封裝仿真成型功能中，IC封裝自動混合式網(wǎng)格精靈提供了高度自動化的網(wǎng)格流程，能夠協(xié)助用戶方便地進行CAE前處理。另外也新提供了數(shù)種的半自動網(wǎng)格編修工具，能夠針對基底表面網(wǎng)格進行局部調(diào)整，使整體網(wǎng)格建立流程更加靈活。在工程實務(wù)上能夠大幅節(jié)省前處理與后續(xù)的分析時間，加快研發(fā)期間的問題排除，同時有助于尋求優(yōu)化方案與封裝階段的成本控制。

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