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芯片封装流程的应力分析
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芯片封装流程的应力分析

1、封装过程模拟

       各级封装组件,如圆片的划片、切边,金属封装中的钎焊、退火,塑封中焊球的回流、固化,薄膜材料涂层等过程均是复杂的机械加工过程,研究其中的制造残余应力,结构翘曲是很重要的工作。 Abaqus中强大的接触、单元生死、退火成形分析、蒙皮建模、子模型等功能可以有效的模拟各种制造过程。下图为新加坡微电子学研究所采用Abaqus子模型的功能研究BGA封装焊点的全局模型和研究局部细节的子模型网格图。


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2、断裂和材料失效分析

       材料的剥离与失效可以在Abaqus中得到很好的模拟,包括模拟冲击材料的双面磨损功能。另外Abaqus的自适应网格功能为克服和补偿切割过程的大变形带来的网格奇异造成的计算误差,提供了有力的手段。

       Abaqus提供特有的粘结单元(Cohesive element)和虚拟裂纹闭合技术(VCCT)来精确模拟粘结结构、层状结构粘结部位的分离和开裂,该技术被多家企业和研究机构大量使用,如波音、Intel、GE、杜邦、宝马等等。

       Abaqus中最新提出的XFEM技术,可以模拟弹性材料中的裂纹扩展。


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3、压电分析

       压电材料在MEMS中被广泛使用,Abaqus提供26种电固耦合单元可以进行这样的分析,覆盖杆、平面应变、平面应力、轴对称和实体各种单元类型,包括一阶和二阶单元。国际上两大专用MEMS软件Coventor和IntelliSense均把Abaqus作为求解器嵌入其分析模块中。

 

4、新的电子材料

       随着电子行业的发展和环保的要求,各种新的电子材料如特殊的半导体材料和无铅焊料层出不穷。各种新材料的机械性能、热性能和电性能往往具有其特殊之处,需要采用新的材料模型来描述。Abaqus除了具有广泛的材料模型库外,还提供了很友好的用户二次开发功能,用户可以使用C++等语言编写各种新的材料模型,并和Abaqus求解器关联来深入研究新的电子材料性能。这项功能也是国际上每年数以千计的学术论文是基于Abaqus发表的重要原因。


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5、MEMS(微电子机械系统)装置分析

       MEMS(微电子机械系统)装置的计算机分析具有与众不同的特点,需要有软件能够提供灵活的建模工具,对多重物理现象进行耦合,并将整个装置考虑到它们的宏观环境中去。为了满足这些要求,Abaqus和商用 MEMS 软件的开发者合作,向软件包提供必要的有限元分析功能。

 

6、分层和开裂

       Abaqus不光有断裂力学分析功能,而且在客户推动下,最新功能包括粘结单元和虚拟裂纹闭合技术(VCCT)等工程断裂分析技术。下图是Intel公司做的PCB板的弯曲,焊点失效。






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