3D-IC封裝仿真的案例
【Ansys線上直播回看】Ansys 2.5D/3D IC封裝仿真分析案例分享
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2.5D/3D IC相比較傳統IC具有更高的功能密度。通過包含鍵合、倒裝、堆疊、Interposer和RDL再布線層等技術的組合，實現很高的功能密度，具有明顯的系統優勢，由于2.5D/3D IC設計的復雜性，需要用三維電磁場工具精確抽取片上和封裝的三維電磁寄生效應，5月26日下午4點，【Ansys 2.5D/3D IC封裝仿真分析案例分享】網絡研討會即將開播，本次網絡研討會基于HFSS最新推出的2.5D/3D封裝仿真流程，幫助設計者完成GDS導入，interposer模型處理及3D全波仿真等過程，充分了解和體驗HFSS針對2.5D/3D IC設計的全新解決方案。
此次網絡直播吸引了眾多觀眾在線觀看，在會后我們也陸續收到在線觀眾以及其他用戶前來詢問，在此附上本場網絡直播錄播內容，供大家回看學習。
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關于Simulation World
Simulation World是一場面向全球觀眾且為免費的在線虛擬盛會，將于2020年6月10日-11日舉行，屆時，來自Ansys，客戶和合作伙伴多名演講者將在此發表主題演講。內容涵蓋自動駕駛、電氣化、工業物聯網以及后疫情時代的數字化轉型等前沿趨勢探討，Ansys合作伙伴也將在其冠名的虛擬展廳中展示相關解決方案。立即掃碼報名！
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展開 官方免費 | 2.5D/3D IC封裝仿真分析案例分享
直播簡介
HFSS最新推出的2.5D/3D封裝仿真流程，幫助設計者完成GDS導入，interposer模型處理及3D全波仿真等過程，充分了解和體驗HFSS針對2.5D/3D IC設計的全新解決方案。
適宜人群
半導體行業客戶，包含芯片、封裝設計人員
時間安排
2020年2月21日 16：00
講師簡介
褚正浩
主任工程師
于2012年加入ANSYS，有多年的高速信號及電源完整性設計經驗，目前主要負責ANSYS中國High-tech行業的技術方案規劃，為ANSYS的客戶提供信號完整性、電源完整性、電磁兼容方面的技術支持。在加入ANSYS之前，曾在Cadence-Sigrity公司以技術支持工程師的身份負責北方區客戶的信號完整性、電源完整性的技術支持。
報名方式
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或點擊報名：http://event.31huiyi.com/1825965654/index?c=jishulink
展開 5/26 Ansys 2.5D/3D IC封裝仿真分析案例分享
簡介：
2.5D/3D IC相比較傳統IC具有更高的功能密度。通過包含鍵合、倒裝、堆疊、Interposer和RDL再布線層等技術的組合，實現很高的功能密度，具有明顯的系統優勢，由于2.5D/3D IC設計的復雜性，需要用三維電磁場工具精確抽取片上和封裝的三維電磁寄生效應，本次網絡研討會基于HFSS最新推出的2.5D/3D封裝仿真流程，幫助設計者完成GDS導入，interposer模型處理及3D全波仿真等過程，充分了解和體驗HFSS針對2.5D/3D IC設計的全新解決方案。
時間：
2020/05/26 16:00~17:00
報名方式：
點擊鏈接報名：http://event.31huiyi.com/1854380366/index?c=jishulink
展開 【ANSYS線上直播回看】2.5D/3D IC封裝仿真分析案例分享
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2.5D/3D IC通過包含鍵合、倒裝、堆疊、Interposer和RDL再布線層等技術的組合，實現很高的功能密度，具有明顯的系統優勢。由于2.5D/3D IC設計的復雜性，需要用三維電磁場工具精確抽取片上和封裝的三維電磁寄生效應，本次網絡研討會基于HFSS最新推出的2.5D/3D封裝仿真流程，幫助設計者完成GDS導入，interposer模型處理及3D全波仿真等過程，充分了解和體驗HFSS針對2.5D/3D IC設計的全新解決方案。
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越來越多的企業在整個產品生命周期中融入前沿的ANSYS仿真技術，加速企業創新與實現數字化轉型。近期發布的ANSYS 2020 R1帶來全新升級的功能，同時上線新一季為大家精心打造的“30天密集學習計劃”，進一步了解ANSYS前沿仿真技術和行業應用。
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展開 
Moldex3D模流分析之STMicroelectronics用Moldex3D成功優化IC封裝制程
大綱
STMicroelectronics 工程師運用 Moldex3D芯片封裝解決方案將樹脂充填不完整的風險降到最低。首先，軟件能重現因流動行為不平衡而引發的包封形成情況。接下來運用 Moldex3D 模擬將封裝設計優化，降低發生問題的風險。最后藉由更改幾何形狀發現對充填前推進有驚人效果，能在成型過程中避免產生結構瑕疵。Moldex3D 可用來成功在虛擬環境中預測問題，并可將模擬結果轉化并整合至新成品的封裝原型制造中。
挑戰
1、改善不平衡的流動行為
2、減少結合線及包封
解決方案
根據 STMicroelectronics 設計師估計，藉由縮小標準配置的焊墊尺寸，就能減輕樹酯在模穴頂部與底部之間流動不平衡的情形。由于已確定導線架焊墊屬于關鍵位置，因此將其設計優化可對充填行為有極大幫助。事實上，此方法能減少成品的關鍵結合線數量。因此，此解決方案藉由先從設計著手解決包封的問題，而非從耗時昂貴的實驗進行原型制造開始。
效益
1、找出關鍵結合線出現機率較高的位置
2、降低結合線會合角及形成包封的可能性
案例研究
IC封裝是在模腔中以氧樹脂成型材料(EMC)將微芯片封裝的過程，接著用柱塞將片劑壓入模腔，如圖一所示。
圖一 IC封裝制程
IC封裝常見的難題包括不完全充填、內部包封及金線偏移和交叉等，如圖二所示。若要避免造成生產上的損失和客戶抱怨，就必須生產前及早預測問題并加以改善。
圖二 IC封裝的常見問題
STMicroelectronics團隊以Moldex3D網格建構微芯片產品的模型。因產品具有對稱性，為了縮短分析時間，只建立了一半的模型(圖三)。
圖三 真實模型與Moldex3D Mesh建構的模型
經由Moldex3D分析，可觀察到模擬與實驗結果相當一致(圖四)。
展開 Moldex3D模流分析之IC封裝制程靈活運用
3C產品不斷朝輕量化及多功能發展，IC封裝的制程技術研發也隨之趨向小而精致。面對使用壽命及可靠度的需求，如何采用最佳的配置進行封裝以減少缺陷發生，并提供產品最好的保護，是產業最重視的課題之一。由于影響封裝質量的變因項目會隨著制程復雜度增長，也使得研發階段尋求優化方案的難度提升；此外，IC封裝材料以及所使用的相關組件均價格不斐，因此在封裝研發的階段若能以透過CAE分析取代實驗試誤、及早找到最佳方案，便能大幅減少材料及運送等成本。
Moldex3D Studio的IC封裝解決方案提供以轉注成型(Transfer Molding)、成型底部填膠(Molded Underfill)、毛細底部填膠(Capillary Underfill)、灌膠(Potting)、壓縮成型(Compression Molding)等方式模擬封裝填料過程，并可輔以排氣分析 (Venting Analysis)、金線偏移分析 (Wire Sweep Analysis)、導線架偏移分析 (Paddle Shift Analysis)、后熟化分析 (Post Mold Curing Analysis)等功能，完成更真實的模擬。以下簡單說明Studio封裝仿真流程。
1. 制作模型
在制程類型(Molding Type)選擇芯片封裝(Encapsulation)(圖一)，接下來可直接匯入已制作完成的網格，或是使用Studio的工具建立自己的模型。使用封裝組件(Encapsulation Component)精靈可以由2D曲線產生IC對象，并可指定位置及厚度，后續即可在產生網格時自動生成Hybrid網格(圖二)。要注意不同分析模塊需有符合的屬性對象及進料類型，如壓縮成型分析需有壓縮區及移動面、灌膠分析需將進料路徑在溢流區。
展開 Moldex3D模流分析之輸出IC封裝金線偏移結果預防短路問題
在IC封裝的程序中，金線間的距離會受制程影響而縮短，甚至有相互接觸現象。金線一旦相互接觸，便會造成短路。因此，掌握金線偏移的幅度，是IC封裝制程中的一大挑戰。現在，透過Moldex3D模擬分析工具，可以輸出金線偏移的結果，讓使用者精準掌握偏移程度，以利優化金線布局。
步驟1：金線偏移分析結束后，于模型樹的金線項目點擊鼠標右鍵，即會出現導出(Export)選項；接下來于Export的子選單內，選擇輸出金線位移結果(Wire Sweep Result)、相鄰導線間距(Wire to Wire Distance)、金線偏移量(依金線)(%)(Wire Sweep Index (by Wire)(%))或變形后金線(Deformed Wire)。
步驟 2：使用者可以需求點選特定金線的「金線偏位移結果」、「相鄰導線間距」、「金線偏移量」或「變形后金線」。其輸出的結果會記錄在附文件名為‘.csv’的檔案中。程序將每條金線分割成99段線段元素，共100個節點。因此每條金線皆包含100個節點之坐標、位移及拖曳力。
步驟3：使用者可指定金線與金線間距離的最大值，并輸出其金線信息，如下圖所示：
注：金線與金線間距離將以以下格式輸出：
格式說明：
① 指定金線與金線間最大距離。
例如：金線與金線間距離小于0.298 mm 即會被輸出。
② 金線ID。
③ 搜尋金線數量。
例如：共有兩條金線與Wire 1 距離小于0.298 mm。
④ 金線間距離，最短的距離會依序列出。
例如：Wire 2 與Wire1距離最接近，為0.125 mm；Wire 64與Wire 1距離 0.179 mm次之。
展開 Ansys多物理場解決方案通過臺積電新一代高速3D-IC封裝技術認證
臺積電采用Ansys多物理場平臺分析其CoWoS?和InFO技術的電源、熱和信號完整性
主要亮點
Ansys憑借其先進的半導體設計解決方案成功通過臺積電高速CoWoS?（晶圓基底芯片）和InFO（集成扇出型）2.5D與3D高級封裝技術認證。
Ansys綜合全面的電源、熱和信號完整性分析引擎套件可仿真、計算和緩解可靠性問題，從而實現最佳電氣性能。
Ansys憑借其先進的半導體設計解決方案成功通過臺積電的高速CoWoS?與硅interposer（CoWoS?-S）以及RDL互聯InFO（InFO-R）的高級封裝技術認證。賦能客戶對電源、信號完整性，分析熱效應產生的影響進行簽核，確保完整一體的2.5D和3D硅系統的可靠性。
TSMC認證了Ansys? RedHawk?和Ansys? RaptorH?多物理場解決方案系列，這包括用于新一代CoWoS?-S和InFO-R高級封裝技術的Ansys? Redhawk-SC Electrothermal?。該認證包括晶圓裸片和封裝協同仿真與協同分析，支持提取、電源和信號完整性分析、電源和信號電遷移（EM）分析以及熱分析等。這套綜合全面的電源、熱、信號完整性和EM分析工具解決方案將幫助仿真、計算和緩解可靠性問題，以獲得最佳電氣性能。
臺積電設計基礎架構管理事業部高級總監Suk Lee表示：“我們雙方開展協作將Ansys多物理場解決方案與臺積電的CoWoS?和InFO高級封裝技術結合成果顯著，這有助于我們雙方客戶應對設計難題和技術挑戰。
展開 Ansys多物理場解決方案通過臺積電新一代高速3D-IC封裝技術認證
臺積電采用Ansys多物理場平臺分析其CoWoS?和InFO技術的電源、熱和信號完整性
主要亮點
Ansys憑借其先進的半導體設計解決方案成功通過臺積電高速CoWoS?（晶圓基底芯片）和InFO（集成扇出型）2.5D與3D高級封裝技術認證。
Ansys綜合全面的電源、熱和信號完整性分析引擎套件可仿真、計算和緩解可靠性問題，從而實現最佳電氣性能。
Ansys憑借其先進的半導體設計解決方案成功通過臺積電的高速CoWoS?與硅interposer（CoWoS?-S）以及RDL互聯InFO（InFO-R）的高級封裝技術認證。賦能客戶對電源、信號完整性，分析熱效應產生的影響進行簽核，確保完整一體的2.5D和3D硅系統的可靠性。
TSMC認證了Ansys? RedHawk?和Ansys? RaptorH?多物理場解決方案系列，這包括用于新一代CoWoS?-S和InFO-R高級封裝技術的Ansys? Redhawk-SC Electrothermal?。該認證包括晶圓裸片和封裝協同仿真與協同分析，支持提取、電源和信號完整性分析、電源和信號電遷移（EM）分析以及熱分析等。這套綜合全面的電源、熱、信號完整性和EM分析工具解決方案將幫助仿真、計算和緩解可靠性問題，以獲得最佳電氣性能。
臺積電設計基礎架構管理事業部高級總監Suk Lee表示：“我們雙方開展協作將Ansys多物理場解決方案與臺積電的CoWoS?和InFO高級封裝技術結合成果顯著，這有助于我們雙方客戶應對設計難題和技術挑戰。通過我們目前與Ansys的合作，客戶能改進并驗證他們的前沿設計，滿足嚴苛的性能和可靠性標準。”
展開 Ansys多物理場解決方案通過臺積電新一代高速3D-IC封裝技術認證
臺積電采用Ansys多物理場平臺分析其CoWoS?和InFO技術的電源、熱和信號完整性
主要亮點
Ansys憑借其先進的半導體設計解決方案成功通過臺積電高速CoWoS?（晶圓基底芯片）和InFO（集成扇出型）2.5D與3D高級封裝技術認證。
Ansys綜合全面的電源、熱和信號完整性分析引擎套件可仿真、計算和緩解可靠性問題，從而實現最佳電氣性能。
Ansys憑借其先進的半導體設計解決方案成功通過臺積電的高速CoWoS?與硅interposer（CoWoS?-S）以及RDL互聯InFO（InFO-R）的高級封裝技術認證。賦能客戶對電源、信號完整性，分析熱效應產生的影響進行簽核，確保完整一體的2.5D和3D硅系統的可靠性。
TSMC認證了Ansys? RedHawk?和Ansys? RaptorH?多物理場解決方案系列，這包括用于新一代CoWoS?-S和InFO-R高級封裝技術的Ansys? Redhawk-SC Electrothermal?。該認證包括晶圓裸片和封裝協同仿真與協同分析，支持提取、電源和信號完整性分析、電源和信號電遷移（EM）分析以及熱分析等。這套綜合全面的電源、熱、信號完整性和EM分析工具解決方案將幫助仿真、計算和緩解可靠性問題，以獲得最佳電氣性能。
臺積電設計基礎架構管理事業部高級總監Suk Lee表示：“我們雙方開展協作將Ansys多物理場解決方案與臺積電的CoWoS?和InFO高級封裝技術結合成果顯著，這有助于我們雙方客戶應對設計難題和技術挑戰。通過我們目前與Ansys的合作，客戶能改進并驗證他們的前沿設計，滿足嚴苛的性能和可靠性標準。”
展開 Moldex3D仿真分析之芯片封裝制程挑戰與不確定性
IC封裝是以固態封裝材料 (Epoxy Molding Compound, EMC)及液態封裝材料(Liquid Molding Compound, LMC)進行封裝的制程，藉以達到保護精密電子芯片避免物理損壞或腐蝕。在封裝的過程中包含了微芯片和其他電子組件(所謂的打線)、熱固性材料的固化反應、封裝制程條件控制之間的交互作用。由于微芯片封裝包含許多復雜組件，故芯片封裝制程中將會產生許多制程挑戰與不確定性。常見的IC封裝問題如：充填不完全、空孔、金線偏移、導線架偏移及翹曲變形等。
Moldex3D 解決方案
Moldex3D芯片封裝模塊目前支持的分析項目相當完善，以準確的材料量測為基礎，除了基本的流動充填與硬化過程模擬；并延伸到其他先進制造評估，例如 : 金線偏移、芯片偏移、填充料比例、底部填充封裝、后熟化過程、應力分布與結構變形等。透過精準的模擬可以預測及解決重大成型問題，將有助于產品質量提升，更可以有效地預防潛在缺陷；藉由模擬優化達到優化設計，并縮減制造成本和周期。
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2.5D/3D芯片-封裝-系統協同仿真技術研究
本文原刊載于《電子與封裝》2021年10月刊“微系統與先進封裝技術”專題
作者：褚正浩 張書強 候明剛
摘要：2.5D/3D 芯片包含interposer/硅穿孔（Through Silicon Via，TSV）等復雜結構，通過多物理場仿真可以提前對2.5D/3D芯片的設計進行信號完整性 (Signal Integrity, SI) 、電源完整性（Power Integrity, PI）及可靠性優化。本文總結了目前2.5D/3D芯片仿真進展與挑戰，介紹了基于芯片模型的Ansys 芯片-封裝-系統多物理場協同仿真方法，闡述了如何模擬芯片在真實工況下，達到優化芯片信號完整性、電源完整性，優化散熱方式，提高結構可靠性的設計目標，并進行電熱耦合、熱應力耦合分析，指出了仿真技術的未來發展方向。
關鍵詞：2.5D/3D芯片；芯片-封裝-系統；多物理場；仿真；Ansys
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引言
隨著半導體工藝節點進入到7nm/5nm之后，半導體芯片的工藝難度逐漸加大，研發及制造成本也顯著增加，半導體行業逐漸步入后摩爾時代，在技術發展方向上半導體產品出現了2.5D/3D IC，通過先進封裝（Interposer、TSV）的方案實現Die-to-Die的互連。
展開 網絡研討會報名 | Ansys 2020 R1針對SI/PI和EMC技術亮點及案例分享
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5月22日 | Ansys 2020 R1 CISPR25輻射發射仿真
簡介：通過EMC輻射發射測試認證是多數電子設備必須面臨的問題，利用虛擬分析技術可以在產品設計前期評估EMC性能、中期進行EMC設計優化與驗證，后期完成測試認證失敗的整改措施分析等，有關EMC的建模仿真的思路非常關鍵、本次研討會主要是基于Ansys平臺解決方案包括HFSS、3D Layout、SIwave、分享包括有PCB、機殼、線纜等部件電子設備的輻射發射仿真分析思路與方法，并結合案例進行軟件的操作演示，解答該仿真領域的一些常見應用問題。
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5月26日 | Ansys 2.5D/3D IC封裝仿真分析案例分享
簡介：2.5D/3D IC相比較傳統IC具有更高的功能密度。通過包含鍵合、倒裝、堆疊、Interposer和RDL再布線層等技術的組合，實現很高的功能密度，具有明顯的系統優勢，由于2.5D/3D IC設計的復雜性，需要用三維電磁場工具精確抽取片上和封裝的三維電磁寄生效應，本次網絡研討會基于HFSS最新推出的2.5D/3D封裝仿真流程，幫助設計者完成GDS導入，interposer模型處理及3D全波仿真等過程，充分了解和體驗HFSS針對2.5D/3D IC設計的全新解決方案。
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展開 ANSYS30天學習計劃：2020 R1新品發布會
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2月19日 | 系統級射頻干擾仿真方法與案例演示
簡介：隨著電子系統的發展日益復雜化，搭載在同一設備平臺上的通信系統數量持續增加，這導致在平臺上共址的各個射頻系統分布越來越密集，各系統間勢必會產生相互的電磁干擾，敏感的接收設備和系統鏈路受到干擾的幾率也隨之加大。如何保證復雜射頻系統的抗干擾能力成為通信設備射頻工程師面臨的一大挑戰。ANSYS專業的多射頻系統抗干擾仿真軟件EMIT能夠幫助工程師快速解決系統級抗干擾難題。點擊報名
2月20日 | 帶天線的天線罩仿真方法與流程速覽
簡介：天線罩是用來保護天線的一種介質外殼，避免天線在惡劣環境下可能造成的損壞。但是，天線罩的存在也會影響天線的電性能，包括輻射方向圖、功率傳輸損耗、瞄準誤差等。隨著天線指標的不斷提高，天線罩與天線的一體化仿真已經成為迫切需要解決的問題。ANSYS HFSS軟件擁有經典的有限元技術、混合算法、SBR快速求解等，除了是天線設計必備的仿真軟件，其在天線罩方面也有著非常全面的解決方案。點擊報名
2月21日 | 2.5D/3D IC封裝仿真分析案例分享
簡介：2.5D/3D IC通過包含鍵合、倒裝、堆疊、Interposer和RDL再布線層等技術的組合，實現很高的功能密度，具有明顯的系統優勢。由于2.5D/3D IC設計的復雜性，需要用三維電磁場工具精確抽取片上和封裝的三維電磁寄生效應，本次網絡研討會基于HFSS最新推出的2.5D/3D封裝仿真流程，幫助設計者完成GDS導入，interposer模型處理及3D全波仿真等過程，充分了解和體驗HFSS針對2.5D/3D IC設計的全新解決方案。
展開 Ansys攜手臺積電和微軟加速機械應力仿真，基于云技術實現3D-IC可靠性
<p><strong>該聯合解決方案為分析2.5D/3D-IC多芯片系統中的機械應力提供快速、高容量的云解決方案，以提高產品可靠性</strong></p><p><br></p><p><strong>主要亮點</strong></p><ul><li>管理熱機械應力對于3D-IC的可靠性和魯棒性至關重要</li><li>Ansys與臺積電和微軟展開合作，為分析采用臺積電3DFabric技術的多芯片設計中的機械應力提供快速、高容量的解決方案</li><li>Ansys Mechanical?能夠仿真大型3D集成電路中的應力，且具有預測準確性，可以助力客戶獲得穩健可靠的產品</li></ul><p> </p><p>Ansys與臺積電（TSMC）和微軟（Microsoft）展開合作，驗證了一項聯合解決方案，該方案用于分析采用臺積電3DFabric?先進封裝技術的多芯片3D-IC系統中的機械應力。該聯合解決方案使客戶能更有信心地滿足新的多物理場要求，從而提高采用臺積電3DFabric的先進設計的功能可靠性。3DFabric是臺積電綜合全面的3D芯片堆疊與先進封裝技術產品系列。</p><p><br></p><p>Ansys Mechanical是行業領先的有限元分析軟件，用于仿真3D-IC中熱梯度引起的機械應力。該解決方案流程已被證明可在Microsoft Azure上高效運行，有助于確保在當今高度大型和復雜的2.5D/3D-IC系統中實現快速的周轉時間。</p><p><br></p><p>3D-IC系統通常具有較大的溫度梯度，由于熱膨脹差，會導致組件之間產生強烈的機械應力。這些應力會導致各種元件之間的連接發生斷裂或錯位，并降低3D-IC裝配體的可靠壽命。而隨著半導體系統的規模和復雜性的增加，會更難以有效地對其進行分析。
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