研討會(huì)精華分享一：仿真測(cè)試技術(shù)在微電子封裝中的應(yīng)用
11月16日，由深圳市有限元科技有限公司&達(dá)索系統(tǒng)Simulia聯(lián)合主辦的“第二屆電子產(chǎn)品性能設(shè)計(jì)提升研討會(huì)”，在深圳深航酒店成功召開。此次“電子產(chǎn)品性能設(shè)計(jì)提升”主題研討會(huì)，旨在通過會(huì)議搭建一個(gè)開放的技術(shù)交流平臺(tái)，分享電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面的成果與經(jīng)驗(yàn)，共同探討電子領(lǐng)域面臨的技術(shù)難題。以下，將為大家分享會(huì)議精華一：仿真測(cè)試技術(shù)在微電子封裝中的應(yīng)用（中電38所研究員王志海老師報(bào)告）。
電子封裝是集成電路芯片生產(chǎn)完成后不可缺少的一道工序，是器件到系統(tǒng)的橋梁。封裝這一生產(chǎn)環(huán)節(jié)對(duì)微電子產(chǎn)品的質(zhì)量和競(jìng)爭(zhēng)力都有極大的影響。封裝研究在全球范圍的發(fā)展是如此迅猛，而它所面臨的挑戰(zhàn)和機(jī)遇也是自電子產(chǎn)品問世以來所從未遇到過的；封裝所涉及的問題之多之廣，也是其它許多領(lǐng)域中少見的，它是從材料到工藝、從無機(jī)到聚合物、從大型生產(chǎn)設(shè)備到計(jì)算力學(xué)等一門綜合性非常強(qiáng)的新型高科技學(xué)科。那么仿真測(cè)試技術(shù)在微電子仿真中起到哪些作用呢？
微電子封裝目的：
→ 保護(hù)芯片（力）
→ 提供功率和信號(hào)傳輸（電）
→ 芯片散熱（熱）
→ 方便測(cè)試和上板
微電子封裝技術(shù)層次：
→ Level 0(晶圓級(jí))：芯片級(jí)互連
→ Level 1(芯片級(jí))：芯片級(jí)封裝（Chip Leve Pcakaging）
→ Level 2(組裝級(jí))：將若干個(gè)模塊與其他電子元器件組成一個(gè)電路（Card）的工藝
→ Level 3(板級(jí))：將若干個(gè)Card組合在一個(gè)主電路板（Board）上，形成一個(gè)部件或者子系統(tǒng)的工藝
微電子封裝難點(diǎn)與問題：
1、封裝熱-力-電耦合問題突出
→ 溫度影響材料力-電性能、影響器件電性能
→ 溫度應(yīng)力、機(jī)械應(yīng)力導(dǎo)致鏈接界面失效、影響傳輸性能
①正常工作→信號(hào)傳輸時(shí)溫升顯著→材料物性、器件性能，結(jié)構(gòu)變形→影響電特性
②外部環(huán)境（振動(dòng)溫度）→結(jié)構(gòu)變形→影響電特性
③封裝工藝偏差→傳輸性能降低（損耗增大）、熱量增加→溫度升高→結(jié)構(gòu)變形、失效→影響電特性
④元器件數(shù)量、材料體系復(fù)雜、封裝界面多→可靠性降低
2、傳統(tǒng)封裝設(shè)計(jì)模式“試-錯(cuò)”為主，研發(fā)周期長(zhǎng)、成本高
→ 缺少正向設(shè)計(jì)手段，小批量試制+可靠性增長(zhǎng)（失效分析+改進(jìn)）
→ 可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)設(shè)計(jì)缺少量化指導(dǎo)，加速試驗(yàn)設(shè)計(jì)缺乏理論指導(dǎo)
→ 工藝參數(shù)、鏈接構(gòu)型、熱力性能、失效模式無對(duì)應(yīng)關(guān)系，改進(jìn)預(yù)測(cè)難
3、封裝仿真設(shè)計(jì)介入有限
→ 材料體系-焊料、導(dǎo)電膠（溫度相關(guān)、時(shí)效相關(guān)、非線性） | 缺少準(zhǔn)確的熱力本構(gòu)
→ 連接構(gòu)型-構(gòu)型表征 | 缺少準(zhǔn)確的物理構(gòu)型
→ 載荷邊界-回流焊、鍵合、振動(dòng)、沖擊、溫循、老練 | 缺少準(zhǔn)確的載荷邊界處理
→ 結(jié)果評(píng)估-本體、界面（強(qiáng)度、失效、壽命） | 缺少準(zhǔn)確的評(píng)估方法
→ 設(shè)計(jì)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)難以共享（傳承性差）
→ 借助商用軟件、學(xué)科分離串行、迭代（效率低）
→ 多尺度建模（要求高）
→ 商用軟件二次開發(fā)（使用難）
→ 可靠性仿真（評(píng)估難）
封裝設(shè)計(jì)流程圖：
1、方案階段：
電性能完整性
熱性能完整性
2、詳細(xì)設(shè)計(jì)階段：
結(jié)構(gòu)安全性
3、工藝制造階段：
典型封裝工藝
典型組裝工藝
可制造性設(shè)計(jì)
4、可靠性評(píng)估
器件級(jí)
板級(jí)
5、失效分析與評(píng)估
板理分析
設(shè)計(jì)優(yōu)化
封裝失效機(jī)理：
- 本質(zhì)上就是一場(chǎng)本體耐受力和外部載荷的拔河比賽
封裝設(shè)計(jì)仿真應(yīng)用案例：
案例1：芯片老練阻值異常
- 導(dǎo)電膠封裝工藝導(dǎo)致阻值異常
- 阻值異常導(dǎo)致焦耳熱產(chǎn)生異常溫升
- 熱力不匹配家具阻值異常
案例2：陶瓷引腳失效分析
- 熱力不匹配
- 優(yōu)化引腳構(gòu)型
- 優(yōu)化傳熱方式
案例3：大電容移位封裝失效
- 開展附著力試驗(yàn)，提取離散數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)規(guī)律
- 建立匹配試驗(yàn)的仿真模型，建立界面評(píng)估準(zhǔn)則
- 優(yōu)化焊接界面構(gòu)型，定義焊盤評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范外協(xié)質(zhì)量
案例4：某列線源焊接工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)
- 焊接降溫、空氣冷卻
- 優(yōu)化工裝
- 優(yōu)化反變形
- 優(yōu)化材料體系
案例5：TSV封裝仿真DOE試驗(yàn)設(shè)計(jì)
- 優(yōu)化工裝、反變形、材料體系
封裝仿真測(cè)試暢想：
一、封裝仿真設(shè)計(jì)如何能仿準(zhǔn)？
封裝仿真設(shè)計(jì)有著很大的難度和諸多不確定的因素，而仿真只有在準(zhǔn)確性達(dá)標(biāo)的情況下才能大面積推廣，以下因素是我們仿真準(zhǔn)確與否的重要關(guān)注點(diǎn):
- 準(zhǔn)確的材料體系
①彈塑性、蠕變 自測(cè)、聯(lián)盟、資源共享
- 準(zhǔn)確的便捷描述
①工藝過程的科學(xué)表征 熱源分布、溫度分布
②科學(xué)表征對(duì)應(yīng)工具識(shí)別載荷 載荷庫+定制模板
- 機(jī)電熱耦合機(jī)理
①提煉機(jī)熱、機(jī)電、熱電、機(jī)電熱耦合關(guān)系 機(jī)理分析
②規(guī)范機(jī)熱、機(jī)電、熱電、機(jī)電熱耦合仿真模板 仿真模板
- 可靠的仿真工具
①嵌入工程知識(shí) 知識(shí)+定制模板
②嵌入式鹽修正 仿真測(cè)試相關(guān)
- 有效的樣機(jī)驗(yàn)證
①過程檢測(cè)與性能評(píng)估 系統(tǒng)測(cè)試+內(nèi)部推演
二、工藝能預(yù)測(cè)嗎？
工藝大部分時(shí)候都是基于經(jīng)驗(yàn)去做的，如為什么用某個(gè)溫度曲線，為什么要用該焊料尺寸形態(tài)等,是一種偏經(jīng)驗(yàn)化的設(shè)計(jì)。工藝是否能夠變得與結(jié)構(gòu)仿真類似一樣，通過偏正向設(shè)計(jì)的方法來完成呢？以下因素是我們實(shí)現(xiàn)工藝正向化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵:
- 工藝參數(shù)能科學(xué)量化表征
①封裝工藝分類 焊接、膠結(jié)、鍵合
②封裝工藝參數(shù)表征 溫度曲線、焊接種類、焊接厚度、溫濕角、工裝形式
- 工藝參數(shù)與性能關(guān)系能映射
①工藝參數(shù)的科學(xué)表征 知識(shí)經(jīng)驗(yàn)+科學(xué)識(shí)別
②性能參數(shù)的科學(xué)表征 性能表征體系+試驗(yàn)數(shù)據(jù)
- 已知性能能預(yù)測(cè)工藝嗎？
①既定目標(biāo)的反演 數(shù)據(jù)挖掘
②工藝參數(shù)的實(shí)操 過程控制
③預(yù)測(cè)與實(shí)操的修正 虛實(shí)相關(guān)
封裝技術(shù)作為信息產(chǎn)業(yè)的重要基礎(chǔ)在在產(chǎn)品中發(fā)揮著很大的作用，現(xiàn)代電子信息產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)在某種意義上主要就是電子封裝業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)，它在一定程度上決定著現(xiàn)代工業(yè)化的水平。CAE仿真技術(shù)在封裝中的應(yīng)用對(duì)產(chǎn)品性能、可靠性、壽命、成本等方面的提高有著不容忽視的重要作用。當(dāng)然，芯片封裝的仿真分析應(yīng)用中還有許多很深入、復(fù)雜并極具挑戰(zhàn)性的難題，需要多門學(xué)科的理論和方法的綜合應(yīng)用。面對(duì)這些挑戰(zhàn)，元王愿與業(yè)內(nèi)專家共同努力解決難題。
