芯片封裝可靠性評估系統是安世亞太在2020中國工業APP創新應用大賽最佳行業創新應用獎獲獎案例。系統通過對芯片封裝可能發生的失效模式進行分析、計算和預測，對產品進行可靠性評估，從而縮短研發時間、提高研發效率，降低研發成本。

 

開發背景

 

芯片的封裝過程非常復雜，封裝技術是制約芯片發展的關鍵環節之一。芯片等電子產品在設計、封裝等過程均可能產生缺陷，并最終導致產品在工作狀態中發生失效。其中，與封裝相關的失效模式主要有翹曲、分層、塑性形變、開裂、焊球疲勞等。

 

為了確保芯片封裝的可靠性，需要在產品研發階段就對可能發生的失效模式進行分析、計算和預測，對其進行可靠性評估，進而避免產品帶缺陷“上崗”。

 

由于芯片封裝的形式多樣、工藝復雜，不同失效模式的分析計算流程、方法不盡相同，評價指標各異，且涉及到結構、熱以及注塑等多個學科方向，為了規范分析計算的流程，提高分析計算的效率，保證分析計算的精度，經過多個項目的實踐和驗證，最終開發完成了芯片封裝可靠性評估系統。

 

 

系統功能及特點

 

芯片封裝可靠性評估系統以設計人員為主要用戶對象，具體功能包括：基于參數庫的芯片不同封裝形式結構參數匹配及快速建模、芯片封裝翹曲計算與評估、芯片封裝應力計算與評估、板級可靠性評估、焊球疲勞分析與評估、PCB布線數據導入、多方案對比及DOE、基于封裝結構的材料參數匹配等。

 

芯片封裝可靠性評估系統的特點及優勢：

 

1、工業技術方面，系統在廣泛調研國內主流的芯片封裝企業所普遍關注的需求和問題的基礎上，梳理芯片封裝的結構型式及芯片封裝可能的失效模式及失效機理，通過歸納總結提煉出常用的十余種封裝結構型式并進行參數化，針對芯片封裝常見的失效模式進行深入研究和測試，確定其分析計算與平價的方法，并從結構、熱、電等不同學科出發，建立分析計算流程，通過與DOE及優化技術相結合，最終形成面向芯片封裝的失效分析及可靠性評估的流程、方法及規范，為構建芯片封裝可靠性評估專業應用APP提供工業技術支持。

 

2、信息技術方面，芯片封裝可靠性評估專業應用APP采用了B/S架構，基于前后端分離的技術，支持云的應用模式，采用LDAP統一用戶認證，后端與HPC集群相集成，大大降低了系統的構建難度及維護成本。

 

3、管理模式方面，系統針對設計人員和仿真人員提供不同的應用環境，為設計人員提供的是向導化、傻瓜式的應用模式，為仿真人員提供的主要是針對芯片封裝各類失效模式的方法驗證與校核環境。此外，系統建立了設計人員與仿真人員通過消息及郵件的通信機制。在APP的管理維護上，設置專用賬戶，以便于對APP的后臺模型數據、材料數據、失效評估算法和計算流程進行配置和管理。

 

 

應用案例及成效

 

國內某芯片封裝企業在應用系統之前，主要存在以下幾個問題：

 

1、設計人員完成初步設計，交由仿真計算人員進行評估計算，再反饋結果給設計人員，而仿真計算人員非常有限，應接不暇，造成效率低，工期滯后；

 

2、芯片封裝針對不同失效模式的分析計算流程及方法復雜，對人員的基礎理論知識、工程經驗和軟件操作水平要求很高，面向具體問題的專業性不足，操作復雜，不適合由設計人員直接進行設計方案驗證；

 

3、計算任務工作量大，其中很多都是重復性的體力工作，而且必須由專業仿真人員來完成，效率低；

 

4、對復雜問題的仿真解決過程也比較復雜，經過多年摸索獲得的方法、技術、知識嚴重依賴于個人，卻難于共享、傳承和積累；

 

5、大量仿真迭代的計算方案過程數據處于分散、無序狀態，沒有統一的管理；

傳統的單機仿真模式對仿真軟件資源、計算機硬件資源要求數量多，但利用率低。

 

通過芯片封裝可靠性評估專業系統的應用，該企業實現了：

 

1、針對不同的芯片封裝結構形式，快速構建分析模型；

 

2、針對不同失效模式，固化分析計算流程，建立向導化的分析計算應用環境，簡化分析計算過程，使得設計人員也能開展分析，并能夠確保分析的合理性和準確性；

 

3、能夠給出分析判斷的準則及結論，并自動輸出報告。

 

 

芯片封裝可靠性評估系統的應用，極大地提升了產品研發效率，表現在：

 

1、效率提升80%，評估時間由原來的1-2天降到了4小時；

 

2、仿真團隊的處理能力提升了5倍；

 

3、云平臺的模式，可以任何時間任何地點進行評估，并且有HPC的支撐；

 

4、以往完全需要仿真團隊來完成的工作，現在設計人員也可以自行進行評估計算，大大提升了產品開發的效率。