B03 IC封装制程中导线架偏移现象分析与预测

四、高质量与高效率的网格生成法

在IC成品内部有许多组成成份元素，如EMC、导线架、芯片…等等，而分析所需的网格质量极高，且IC封装分析是ㄧ个接着一个的，故如何在短时间内建构高质量的3维实体网格与高效率的网格转换技术实为一门学问，而近年来，由南茂科技与国立成功大学机械系高分子材料加工实验室研究团队共同开发完成的软件包『InPack』已具有上述特性，不仅可以在短时间内完成高质量的3维实体网格，并可因应不同的分析需求，将网格转换为分析软件所需的元素。由于封装成品具有逐层堆栈的特性，故藉由『分层』的概念可将2维平面网格因不同的分析需求沿厚度方向长出3维实体网格[4]。

五、数值分析流程

由于在实际封胶过程中，导线架脚偏移乃因连续EMC流动所产生的拖曳力所造成，为了分析此一现象，故将充填时间(filling time)分割成连续的数个等份时间(time-step)，并取其瞬间作用在导线架脚的应力负载，并结合边界条件即可进行导线架偏移分析，详细的分析流程如图8所示。

六、分析结果

由于本文欲进行导线架偏移分析，故ㄧ开始模流分析所需网格如图9所示，此网格仅包含环氧树脂充填部份；而接下来导线架偏移分析仅需针对TSOP-I 48L内部的导线架部份网格化即可，图10为导线架偏移分析所需的实体网格。图11是使用Moldex3D-RIM进行模流分析所得结果与实际短射实验流动波前比较图，可以清楚得知在不同时间阶段EMC的流动波前，并可清楚看到导线架脚会受EMC流动时所产生的拖曳力影响而发生偏移，此拖曳力成因乃EMC触碰到导线架脚时，对其产生压力与剪力效应，因而造成导线架脚会朝流动方向产生偏移现象。图12为不同时间阶段导线架脚受到EMC流动所产生应力负载分布图。图13~14为ANSYS导线架偏移仿真分析结果，而图15~16为实际成品在X-ray下的照片，由上述图片，可归纳出几个结论：

1. 导线架偏移现象成因主要来自于环氧树脂流动波前流经导线架时所产生的压力差影响。

2. EMC最先碰到的导线架脚，其偏移量最大，此乃因EMC一开始流速较快所产生的高剪切率(high shear rate)之影响。

3. 由于充填末端的EMC流动变慢，故在整体流动长度末端的导线架脚将受到较小的剪切率影响，故偏移量亦较小。

4. 由图11可以得知模流分析流动波前与短射实验流动波前有良好的吻合度。

5. 由图13~16可以得知应力应变模拟分析结果与X-ray的照片比较，可得到良好的吻合度，此也证明整体数值模拟的准确度相当高，故此将可提供IC封测厂未来预测导线架偏移现象一份良好的工具。

6. 此分析流程亦可用于准确预测芯片托盘偏移现象。

七、致谢

感谢南茂科技相关研究同仁提供实际成品与X-ray照片以供数值分析验证，其次感谢科盛科技长期提供软件的授权使用与分析技术上的协助。

八、参考文献

[1] Su, Francis, Sheng-Jye Hwang, Huei-Huang Lee and Durn-Yuan Huang, “Prediction of Paddle Shift via 3D TSOP Modeling,” IEEE Transaction on Components and Packaging Technology, 23, p684-692 (2000).

[2] Pei, Chien-Chang, Francis Su and Sheng-Jye Hwang, “Three Dimensional Mesh Generation for IC Packaging Analysis,” Proceedings of the Seventh International Conference on Automation Technology, Chia-yi, Taiwan, p252 (2003).

[3] 裴建昌, 黄圣杰, “IC封装三维托盘偏移分析,”第27届中华民国力学会议论文集,p389 (2003).

[4] 黄圣杰, 裴建昌, “IC封装分析技术,” 化工技术, 第12卷第1期 p2-20 (2004).

[5] Pei, Chien-Chang and Sheng-Jye Hwang, “Three-Dimensional Paddle Shift Modeling for IC Packaging,” ASME Journal of Electronic Packaging, 127, p334-344 (2005).

[6] Pei, Chien-Chang and Sheng-Jye Hwang, “Prediction of Wire Sweep during the Encapsulation of IC Packaging with Wire Density Effect,” ASME Journal of Electronic Packaging, 127, p335-339 (2005).