Moldex3D模流分析之晶片封裝準備分析(三)

準備分析 (Prepare Analysis)

不論是透過匯入網格還是透過模型及網格頁簽中的一系列功能,完成模型準備后,主頁簽的功能會依序被啟用來讓使用者完成邊界條件材料加工條件分析序列計算參數的設定。準備分析的最后,再將分析工作遞交給計算管理員來開始分析。

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Moldex3D模流分析之晶片封裝準備分析(三)的圖2

1)  邊界條件頁簽 (Boundary Condition)

在主頁簽上點擊BC來切換至邊界條件頁簽,在此提供了不同邊界條件設定工具來模擬特定點、邊際與面上的行為。指定邊界條件的對象可以用匯入或者工具頁簽中的工具來新增。

注:部分BC是在一般成型制程皆會但不一定在封裝制程中使用的,在此章節會略過,但可以參考前面章節中的對應內容。

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Moldex3D模流分析之晶片封裝準備分析(三)的圖4

網格 BC

網格BC不同的是可以在準備模型階段(最終檢查前)就可以指定,其一般來說是用來描述特定區域的流動與熱傳行為。在此,僅介紹IC封裝常用的BC,其他請參照前面章節下的對應內容。

?進膠:進澆口BC是定義epoxy (環氧樹脂) 從何處進入充填區域。進澆口在轉注制程、底部填膠制程與灌膠式點膠制程是必要的BC也會因為其設置決定制程類型。一般來說進澆口在建模過程中會在模型頁簽就先建立好了。

?移動面:移動面BC描述了模穴中特定面的移動并將Epoxy的壓縮至充填區域。移動面BC在壓縮類型的制程模擬是必要的,而一般會在模新頁簽中建壓縮區(Compression Region) 時一并建立。

?開放空間:開放空間BC用來表示在充填中空氣可以流出的自由面。Epoxy觸及此開放空間BC時則會以滑移的行為流動(即不會穿過),但此時會建議延伸溢流區的空間使之不會觸及。

填料

預填料:預填料BC使用一多面體來描述熔膠在壓縮制程仿真中的初始位置。要指定預填料時,先點擊邊界條件頁簽中的預填料來開啟精靈工具,并選擇一已匯入或建立的多面體將之指定為預填料。點擊確認來決定設置,Moldex3D會檢查此預填料的大小是否適當。

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Moldex3D模流分析之晶片封裝準備分析(三)的圖6

點膠:點膠路徑描述點膠頭的移動及給料,在邊界條件頁簽點擊點膠即可開啟設定精靈。點擊選擇圖示并選擇一預先匯入或建立在進澆口BC上的曲線來指定為點膠路徑。指定好路徑的顏色啟動時間(點膠頭開始移動的時間)、持續時間(移動完成所花的時間)及重量(在移動期間提供多少料)。支持復數個路徑而其結束時間會被計算在右邊,而其值需小于下面設置的最大充填時間。另外可以使用右上角的功能圖標來反轉、匯入或移除路徑列表上的項目。

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Moldex3D模流分析之晶片封裝準備分析(三)的圖8

打點:打點式點膠路徑比起來使用更詳細的方式來描述描述點膠頭的移動與給料。點擊邊界條件頁簽上的打點來開啟精靈。在頂部,指定進料尺寸來控制從點膠頭給料時料觸及底部的面積。點擊選擇圖示并選取先前匯入或建立在進澆口 (要在溢流區上面而非Epoxy) 的曲線來設為打點路徑。相似于點膠路徑,設置好路徑的顏色啟動時間 (點膠頭開始移動的時間)、持續時間 (移動完成所花的時間)及重量 (在移動期間提供多少料)。同樣也支持復數個路徑而其結束時間會被計算在右邊,而其值需小于下面設置的最大充填時間。另外可以使用右上角的功能圖標來反轉匯入移除路徑列表上的項目。

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Moldex3D模流分析之晶片封裝準備分析(三)的圖10

灌膠:灌膠式點膠路徑的設置與打點唯一的差別,在于控制給料行為的方式。不同于打點路徑使用進膠尺寸灌膠路徑使用點膠直徑來控制給料,即料從點膠頭離開由上部進入溢流區時的尺寸。

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Moldex3D模流分析之晶片封裝準備分析(三)的圖12

負載與拘束

固定拘束:點擊固定拘束來開啟BC設定精靈,再選取表面網格元素來指定BC。確定BC的名稱并選取施加的分析類型,而可以選擇的分析類型則取決于模型中的屬性對象。目標字段會顯示目前有多少元素被選取,并提供圖示來啟用/取消選擇模式及擴散選擇的設定。對于某些分析類型還提供了自動選擇 (圖示在選擇旁邊) 來自動選取適合的元素當BC。選擇要固定于的方向 (預設三個方向皆固定),再點擊確定來完成設置。如需變更BC設置,可以雙擊BC于模型樹。

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Moldex3D模流分析之晶片封裝準備分析(三)的圖14

其他:其他負載與拘束BC是在應力分析中作用的,可以參考相關章節下面的內容。

2)  材料精靈 (Material Wizard)

點擊主頁簽上的材料或直接展開材料樹形圖,即可以為模型中的各個組件指定材料。如果項目中沒有需要的材料,可以在材料清單下選擇匯入或從材料精靈中尋找,詳細材料精靈的介紹,請參考前面仿真指南下的相關章節。

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Moldex3D模流分析之晶片封裝準備分析(三)的圖16

3)  加工條件精靈 (Process Wizard)

設置完材料后即可進行加工條件設定,可以選擇從外部匯入或使用默認值生成來快速建立成型條件檔。點擊新增來則會呼叫成型條件精靈依序完成成型條件參數設定,現有的成型條件也可以點擊編輯來重新呼叫成型條件精靈做修改。在成型條件的首頁會記錄其對應于此項目的其他設置(網格、材料),并依據模型的類型(如進澆口位置)可以選擇不同的分析方式

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Moldex3D模流分析之晶片封裝準備分析(三)的圖18

a)  封裝頁簽 (Encapsulation Tab)

封裝項目可以讓使用者在加工精靈的封裝頁簽中設定IC封裝的制程參數。在封裝頁簽,可定義流率多段設定 (flow rate profile)、沖膠壓力 (transfer pressure profile)、熟化多段設定 (curing profile setting)和初始轉化率 (initial conversion)。相關的參數設定皆列于窗口下半部的表格中,如樹脂溫度 (resin temperature) 、模具溫度 (mold temperature) 、沖膠時間 (transfer time) 、沖膠壓力 (transfer pressure) 、熟化時間 (cure time) 、熟化壓力(cure pressure) 、熟化切換 (cure switch)和初始轉化率 (initial conversion),可在表格中輸入特定數值。此外,點擊進階設定,可進行進階設定。

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Moldex3D模流分析之晶片封裝準備分析(三)的圖20

封裝頁簽

多段設定 (Profile Setting)

?流率多段設定 (Flow rate profile)

點擊流率多段設定,進入流率多段設定 (Flow Rate Profile) 的設定接口。除了沒有多段設定建議(profile advisor)外,此接口和一般射出成型的流率多段設定接口一樣。

提供兩種流率設定依據:流率(%)vs.時間(%)和流率(%)vs.時間(秒)。選擇其中一種做為流率依據方式。

在段數(section no.) 對話框中輸入數值或使用段數對話框旁的箭頭點選段數,來調整流率多段設定。改變流率百分比,可直接拖拉圖表中的紅點或在底部表格中直接輸入數字。

多段類型(Profile type)有二種選項:階梯式(Stepwise)和折線式(Polyline)。下列圖示可表示兩種多段類型的差異。

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Moldex3D模流分析之晶片封裝準備分析(三)的圖22

流率多段設定階梯式

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Moldex3D模流分析之晶片封裝準備分析(三)的圖24

流率多段設定折線式

此外,可利用擷取屏幕(Capture)功能,擷取窗口。點擊擷取,該設定窗口隨即跳出如下。

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Moldex3D模流分析之晶片封裝準備分析(三)的圖26

選擇擷取多段設定畫面至剪貼簿(Capture image to clipboard)或擷取多段設定畫面并存成圖檔(Capture image to image file)后,點擊確認(OK)。

?沖膠壓力多段設定 (Transfer Pressure Profile)

點擊沖膠壓力多段設定(T)(1)...,進入沖膠壓力多段設定(transfer pressure Profile)的設定接口。其接口和流率多段設定接口一樣。請參閱前述流率多段設定接口。

熟化設定 (Curing Setting)

?熟化多段設定 (Curing Profile Setting)

封裝項目的熟化多段設定和一般射出成型的保壓多段設定類似。熟化壓力可設定參照充填壓力或機器壓力。此外,還有多段設定,其接口和流率多段設定接口一樣,請參閱前述流率多段設定接口。

?初始轉化率 (Initial Conversion)

轉化率意指熱固型材料對溫度的反應時間。初始轉化率即為開始反應的材料百分比。

點擊小箭頭,從初始轉化率 (Initial Conversion) 的下拉式選單,選擇常數(Constant)或瞬時(Transient),接著填寫將相關參數填入相對應的表格中。

?常數 (Constant)

若無EMC材料的體積信息,選擇常數(Constant)為初始轉化率。當選擇常數后,其相對應之表格隨即顯示在選項下面。

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Moldex3D模流分析之晶片封裝準備分析(三)的圖28

樹脂溫度(Resin temperature):輸入合理的樹脂溫度。建議設定前,至材料精靈(Material Wizard)參閱材料信息,以利設定適當的樹脂溫度。

模具溫度(Mold temperature):輸入合理的模具溫度。因為模具溫度會影響塑材充填行為、初始轉化率和翹曲,所以在設定模具溫度前,需了解所使用的熱固型材料的特性。

沖膠時間(Transfer time):封裝項目的沖膠時間和一般射出成型項目的充填時間類似。

沖膠壓力(Transfer pressure):輸入沖膠壓力,此壓力將轉注塑料進入模穴。

熟化時間(Cure time):設定材料熟化時間。

熟化壓力(Cure pressure):設定熟化階段的壓力。

熟化切換(Cure switch):設定從沖膠階段轉換成熟化階段的切換點。若切換數值設為98%(默認值),表示當模穴體積充填至98%時,會由沖膠階段切換成熟化階段,Moldex3D流動求解器會因而切換到壓力控制分析,即使模穴尚未充填完畢。當切換點小于100%,流動波前時間在沖膠結束時,會大于先前自定義沖膠時間。盡管當前沖膠時間和計算的波前時間不一致,仍強烈建議使用98%為切換點數值,因為機臺需要一些時間來緩沖以避免機臺損壞。不恰當的參數設定可能導致不合理的射壓或鎖模力產生。

初始轉化率(Initial conversion):依據現場設計,輸入適當數值。根據實際制程的情況,默認值為5%。

?瞬時 (Transient)

若已知EMC材料的體積信息,選擇瞬時(Transient)為初始轉化率。當選擇瞬時后,其相對應之表格隨即顯示在選項下面。

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Moldex3D模流分析之晶片封裝準備分析(三)的圖30

樹脂溫度(Resin temperature)、模具溫度(Mold temperature)、沖膠時間(Transfer time)、沖膠壓力(Transfer pressure)、熟化時間(Cure time)、熟化壓力(Cure pressure)和熟化切換(Cure switch)的設定和常數的設定一樣,請參閱前述說明。

初始轉化率 (Initial conversion):依據膠餅(EMC)數據,輸入適當數值。根據實際制程的情況,默認值為5%。

膠餅直徑 (Pellet diameter):輸入膠餅直徑。

膠餅高度 (Pellet height):輸入膠餅高度。

預熱時間 (Pre-heating time):輸入預熱持續時間。

進階設定 (Advanced Setting…)

點擊進階設定(S)...,其設定窗口跳出如下。

?模具熱邊界條件 (Mold Boundary Condition)

可在此設定模具熱邊界條件的依據:

?自動決定熱傳系數 (Automatically determined Heat Transfer Coefficient)

?設定熱傳系數(Set Heat Transfer Coefficient(HTC))

?固定模溫(Fixed Mold Temperature)

當決定自定義熱傳系數(Set Heat Transfer Coefficient), 可分別指定流動和保壓的熱傳系數。此外,Moldex3D亦支持離模(Detached)和熱澆道(Hot Runner)的熱傳系數設定。熱傳系數會因為模壁和塑料間較低的表面壓力而降低,因此可使用離模熱傳系數來模擬此現象。設定完所有熱傳系數后,若需要,可以選按下次開啟使用此設定值(Use current settings next time)。欲回復默認值,則點按默認(Default)。點擊更多信息(More Info) 鈕,HTC簡介(Introduction to HTC)窗口隨即跳出提供更多HTC介紹。

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Moldex3D模流分析之晶片封裝準備分析(三)的圖32

?射出選項 (Injection Option)

在此定義最大沖膠時間(Max. transfer time)。在模穴充飽前,沖膠時間若超過此數值,其結果將判斷為短射。

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Moldex3D模流分析之晶片封裝準備分析(三)的圖34

?估計熟化時間 (Estimate Curing Time)

這個分頁能根據給定的模溫、料溫及目標分化率,提供熟成時間的建議值,進而協助使用者設定合適的加工條件。

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Moldex3D模流分析之晶片封裝準備分析(三)的圖36

b)  IC封裝專用的壓縮設定頁簽 (Compression Tab)

加工精靈提供壓縮成型項目壓縮設定頁簽 (Compression tab)。頁簽分為兩部分,涵蓋壓縮設定和成型系統設定。

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Moldex3D模流分析之晶片封裝準備分析(三)的圖38

壓縮設定頁簽

壓縮設定 (Compression Settings)

?壓縮間距 (Compression gap)

壓縮成型專案,就像射出成型,模具會打開并保持一個間距供稍后壓縮移動使用。一般而言,在前處理階段會設定壓縮間距,所以該壓縮間距的數值會自動顯示于此接口,并禁止修改。

?壓縮時間 (Compression time)

壓縮持續的時間。在此輸入所需數值。

?最大壓縮速度 (Maximum compression speed)

考慮射出機臺規格和成型需求,設定最大壓縮速度。與此有關的成型議題,諸如逃氣、機臺磨損、和重復成型等等,皆需在設定時納入考慮。

?壓縮速度多段設定 (Compression Speed Profile)

點擊壓縮速度多段設定,以顯示多段設定接口。在此接口中,可藉由不同因子間的關聯來設定壓縮力,包括壓縮力(tf) vs.壓縮時間(sec)(compression force (tf) vs.compression time (sec))、壓縮力(%) vs. 壓縮時間(%)(compression force (%) vs.compression time (%))、壓縮力(tf) vs. 壓縮間距(mm)(compression force (tf) vs.compression gap (mm)和壓縮力(%) vs. 壓縮間距(%)(compression force (%) vs.compression gap (%))。

在段數(section no.)對話框中輸入數值或使用段數對話框旁的箭頭點選段數,來調整流率多段設定。改變流率百分比,可直接拖拉圖表中的紅點或在底部表格中直接輸入數字。

多段類型 (Profile type) 有二種選項:階梯式 (Stepwise) 和折線式 (Polyline)。下列圖示可表示兩種多段類型的差異。

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Moldex3D模流分析之晶片封裝準備分析(三)的圖40

流率多段設定-階梯式.(Stepwise)

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Moldex3D模流分析之晶片封裝準備分析(三)的圖42

流率多段設定-折線式(Polyline)

?最大壓縮力 (Maximum compression force)

考慮射出機臺規格和成型需求,設定最大壓縮力。與此有關的成型議題,諸如逃氣、機臺磨損、和重復成型等等,皆需在設定時納入考慮。

?壓縮力多段設定 (Compression Force Profile)

點擊壓縮力多段設定,以顯示多段設定接口。在此接口中,可藉由不同因子間的關聯來設定壓縮力,包括壓縮力(tf)  vs. 壓縮時間(sec)( compression force (tf) vs.compression time (sec))、壓縮力(%) vs.壓縮時間(%)(compression force (%) vs.compression time (%))、壓縮力(tf) vs. 壓縮間距(mm)(compression force (tf) vs.compression gap (mm)和壓縮力(%) vs. 壓縮間距(%)(compression force (%) vs.compression gap (%))。

壓縮力設定窗口的配置和壓縮速度的一樣。關于更多設定提示,請參閱前述說明。在壓縮過程中,當壓縮力到達多段設定的限制,壓縮力會維持在限制值直到壓縮時間結束。

成型系統設定 (Molding System Setting)

輸入樹脂溫度、模溫、初始轉化率和預熱時間。注意:熱固型材料才需設定初始轉化率和預熱時間。

?樹脂溫度 (Resin temperature)

設定樹脂溫度前,需仔細考慮材料特性。關于材料信息,可參閱材料精靈的材料內容。

?模具溫度 (Mold temperature)

模具溫度意指模座和塑件間的溫度邊界條件。程序會假設邊界溫度分布一致,而溫具溫度應該會比最低水路溫度略高,否則將出現警告訊息提醒模具溫度定義不恰當。
然而,若組別的分析順序設定一開始為冷卻分析先執行,此冷卻分析執行后的模具溫度將做為接下來的分析中所使用的模具溫度。注意模具溫度通常呈不均一分布。

?初始轉化率 (Initial conversion)

此設定僅供熱固型材料使用。當項目設定材料為熱固型材料,程序會自動顯示初始轉化率設定方塊。建議維持默認值。

?預熱時間 (Pre-heating time)

此設定僅供熱固型材料使用。因為熱固型材料對溫度相當敏感,所以在設定預熱時間前,務必了解所選材料的特性。依據現場加工條件,輸入適合的數值。

4) 覆晶封裝底部充填分析標簽 (Underfill Setting Tab)

在覆晶封裝底部充填分析標簽內用戶可依據自己的需求設定流率多段設定、轉化壓力多段設定、熟化多段設定以及初始轉化,使用者可依需求設定塑料溫度、模溫、轉化時間與轉化壓力等不同參數。

?條件設定

指定樹脂溫度、模溫與熟化時間

?點膠樣式設定

如果選擇點膠路徑為進澆點定義點膠充填的型態及方式,Moldex3D將會認定所有的進膠面為點膠路徑,并同時開始填入底膠而在完全充填或達到最大充填時間時停止。

如果在邊界條件頁簽已經設有給料BC (點膠路徑或灌膠路徑等),則會強制設為點膠路徑設定而相關路徑設定要從BC設定更改。

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Moldex3D模流分析之晶片封裝準備分析(三)的圖44

進階設定 (Advanced Setting)

點選進階設定可設置覆晶封裝分析的進階設定,在表面張力的標簽內可編輯表面參數屬性,例如系數與接觸角度,以定義推動底部充填過程中最重要的毛細力。

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Moldex3D模流分析之晶片封裝準備分析(三)的圖46

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