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摘要：本文基于國產自主仿真軟件PERA SIM Mechanical建立了某疊層封裝翹曲的仿真過程，從導入幾何模型開始，到劃分網格、賦予材料參數、施加邊界條件和加載載荷，以及設置分析參數、進行分析得到仿真分析結果，實現了芯片翹曲全過程三維仿真。分析得到翹曲位移結果和應力結果，對預測和分析電子封裝潛在可靠性問題，優化芯片的結構和布局并提高芯片的整體性能提供依據。

咨詢電話：020-66221668部分素材來源于網絡推薦閱讀塑料螺旋流動測試：評估材料充模能力的核心方法多尺度流體表征：旋轉流變儀讀懂物質從“固態”到“液態”的變形語言室溫下金屬圓棒試樣高應變速率拉伸試驗影響因素分析汽車安全氣囊塑料罩蓋點爆仿真材料卡片準確性提升研究

如圖七所示，黃色為原始零件模型，綠色為仿真之翹曲模型，藍色為利用仿真之反翹曲模型，洋紅色為反翹曲模型仿真后的結果。實際制程亦成功利用了反變形技術解決產品的翹曲問題，將18毫米的翹曲量減少至3毫米，如圖八所示。 此外，圖九為仿真與實際產品的驗證比對，可見實際產品的包封、流動波前等皆與模擬結果有高度相近。

圖7：原始模型與反變形模型之翹曲前后迭圖如圖7所示，黃色為原始零件模型，綠色為仿真之翹曲模型，藍色為利用仿真之反翹曲模型，洋紅色為反翹曲模型仿真后的結果。實際制程亦成功利用了反變形技術解決產品的翹曲問題，將18毫米的翹曲量減少至3毫米，如圖8所示。

挑戰須開發一個可仿真產品翹曲并進行實驗驗證的系統了解翹曲仿真中黏彈性的重要性研究如何在實際產品中降低翹曲解決方案利用Moldex3D進行完整的瞬時分析，透過標準翹曲及含有黏彈的翹曲求解器獲得翹曲預測值，最后透過來自GOM GmbH的ATOS Triple Scan III 3D掃描來比對軟件的翹曲預測結果。

可以在Digimat FE中使用這些預測的性能來評估在Marc中執行翹曲分析所需的PCB材料特性。這里描述的開發方法可以使西部數據公司的工程師進行PCB在不同溫度載荷下的翹曲行為研究，同時能顯著減少實驗測試時間和相關成本。

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，優化封裝結構設計，同時減小后續工程驗證的次數，本案例中，他們將 10 個工程試驗方案的最終實現時間，減少為 1 個工作日。 來源于：ANSYS

圖二 KOPLA不斷變更澆口位置設定，并個別進行翹曲變形的模擬決定澆口位置后，KOPLA利用Moldex3D FEA Interface將翹曲的模擬結果，包括纖維配向、元素計算結果輸出至ANSYS進行結構分析，以觀察產品組裝后的強度和穩定性。由仿真結果發現，產品的平整面發生翹曲，而利用模具反變形可以補償位移帶來的組裝問題，因此組裝的孔洞位置將與預期相同。

Beam188和Beam189均可以通過KEYOPT(1)=1開啟單元的第七個自由度，即翹曲自由度。其他關于單元關鍵字的設置參考《ANSYS結構分析單元與應用》或者ANSYS幫助文檔。如圖在Hypermesh中通過添加sensor來定義單元類型和設置單元的關鍵字 ,當鼠標停留在相應關鍵字上時會顯示該關鍵字的解釋，勾選相應關鍵字后會在下拉框顯示全部的選項。

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挑戰 • 翹曲變形 • 真圓度 解決方案 利用Moldex3D DOE模塊找出最優化的制程設定，以改善翹曲和線性收縮。 案例研究 以下案例研究中將介紹Plazology如何利用Moldex3D射出成型仿真分析軟件獲得最佳的制程設定。 圖一 本案例中壓頭的 CAD 模型 圖一是洗手乳瓶壓頭的 CAD 模型。

首先藉由Moldex3D粉末射出成型模塊仿真原始設計的成型條件。仿真結果顯示此雙射生胚有不均勻的體積收縮，會造成嚴重的翹曲變形，且會影響產品結構強度。接下來以田口方法決定充填時間、保壓壓力、模溫和料溫等成型參數，直交表包含此四個變量各有三個階層，并根據優化的成型參數進行氧化鋯人工牙根進行模擬分析。

然而仿真結果顯示，使用這些方法，模內的氣體流動都未得到優化結果(皆產生氣體指紋效應)，充填、保壓和冷卻階段無法達到足夠的平衡，若要優化制程，就必須進行大規模的模具修改，有違初衷。圖五 氣體分別自(a)流道系統、(b)左側進澆口、(c)右側進澆口及(d)鉤子前端注入。

圖三 不同澆口長度之產品設計的澆口壓力結果比較接下來和碩嘗試改善產品翹曲。Moldex3D仿真結果顯示產品Z方向翹曲值為8.12mm，超過了規格1.0mm。此外翹曲結果也指出產品的收縮效應大于熱效應(圖四)。為了改善此問題，和碩團隊嘗試在材料中添加不同比率的玻纖，并以Moldex3D驗證翹曲結果。

挑戰· 翹曲變形· 真圓度解決方案利用Moldex3D DOE模塊找出最優化的制程設定，以改善翹曲和線性收縮。案例研究以下案例研究中將介紹Plazology如何利用Moldex3D射出成型仿真分析軟件獲得最佳的制程設定。 圖一 本案例中壓頭的CAD模型圖一是洗手乳瓶壓頭的CAD模型。

案例研究 首先經由Moldex3D模流分析軟件分析，得知該產品有充填流動不平衡的問題，導致保壓不均勻、體積收縮不良產生變形；透過軟件的翹曲變形仿真結果可以發現，產品在X方向呈現V形變形趨勢　(圖二)，可能導致日后組裝困難。另外，Moldex3D保壓仿真分析結果顯示，產品的保壓溫度分布幾乎都在凍結溫度(135°C)以上，代表保壓時間十分充足，可嘗試減少保壓時間。

長平板與突變平板翹曲結果Moldex3D分析結果可以驗證不同的溫度設定與產品肉厚，其控制因子對于產品的一定影響；其分析與實驗結果也相符合。因此，使用Moldex3D作為先期預測的仿真分析軟件來預測其流動和收縮翹曲的情況，以其結果來做后續實際開模則可省去許多測試成本。

回火仿真的微觀力學模型會承接「翹曲變形」頁面設置，并且可以在Log文件中檢查仿真模式。 目前提供三種微觀力學模式可供選擇 步驟3：在「應力」頁面中，使用者要選擇的分析方式為「回火類型」。然后，在標準分析序列中（CFPCW）模擬完成應力Stress-S分析。

透過CAE分析，生產者可以事前仿真產品質量，然而如果只考慮了第二射的加工過程，可能會對產品質量與設計優化帶來不確定性。因為多次射出與多種不同材料的影響，嵌件在前一射的制程與結束時的狀態，也將會影響到第二射產品的翹曲行為。因此在CAE模擬中，將需要更進一步掌握前一射對產品翹曲的影響。前一射材料性質對第二射翹曲的影響在翹曲行為中，材料的機械性質與熱膨脹性質是重要因素。

相較之下，設計變更后的產品(圖七)則沒有明顯的收縮區域，翹曲問題已獲得大幅改善。經由實驗證明，Moldex3D的模擬結果與實際試模高度吻合。 圖六 原始設計的實際試模(左)與仿真結果(右)產品變形狀況比較 圖七 設計變更后的實際試模(左)與仿真結果(右)產品變形狀況比較 Moldex3D可以將模流分析結果對應到結構分析軟件中，再進行產品組裝的結構分析。