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标题: 晶片封裝設計成功應用案例 [打印本页]

作者: Tommy_GZ    时间: 2008-5-30 16:37
标题: 晶片封裝設計成功應用案例
應用CAE模流分析技術於小型記憶卡封裝研究

作者:
吳光國、李榮坤
Kuang-Kuo Wu, Rong-Kun Lee

科盛科技股份有限公司
(CoreTech System Co., Ltd.)

摘要:
隨著各種可攜式電子產品對於多媒體儲存的需求日益殷切,使得小型記憶卡市場近年來快速崛起,然而因應 3C電子產品朝向輕、薄短、小的市場趨勢,記憶卡也跟著這股潮流影響,除了減少產品的厚度外,在 IC元件不動的情況下,而封裝體越來越小,將使得在壓模的製程上更加困難,本文利用模流分析的方式,模擬當IC封裝時因厚度過薄時所產生的包封,以及磨薄IC元件來降低包封產生。
關鍵字:包封、模流分析、IC封裝

一、前言
目前小型記憶卡除了應用於數位相機的龐大市場之外,預料手機市場將是小型記憶卡下一波角力的重點市場。
由於照相手機、MP3、數位相機、PDA、甚至3G手機的興起,如圖一所示,在手機結合多媒體功能的趨勢之下,對於記憶卡及其記憶容量的需求也就愈來愈大。根據市調機構iSuppli的報告指出,手機用小型記憶卡出貨量將從2004年的3,900萬片,成長到2009年超過6億片的規模,年複合成長率超過70% [1]。
由於小型記憶卡的規格演進快速,目前主要規格除了包括CF、MS、MMC、SD、RS-MMC、miniSD、MS Pro Duo之外,新興的MMCmicro、microSD(TransFlash)記憶卡,更將記憶卡的規格帶向更輕薄短小的境界,記憶卡製造商將面臨記憶容量愈來愈高、但卡體愈來愈小的嚴苛挑戰。諸多業者不諱言地指出,未來當microSD、MMCmicro成為記憶卡的市場主流時,預料生產技術的瓶頸將迫使不少記憶卡業者退出生產行列。
一般SD及MMC型記憶卡的Flash大都採TSOP或WSOP封裝方式,再SMT至基板並組裝於卡體內。然而當記憶卡發展至miniSD、RS-MMC,甚至是microSD、MMCmicro等「超小型(Ultra Small)記憶卡」時,為了符合日益縮小的卡體空間,就必須將Flash晶片直接黏合(Bonding)至基板,即所謂的COB(Chip On Board),並以半導體封裝的壓模(molding)製程完成卡體。
由於此一半導體封裝等級的SIP(System In Package)或PIP(Product In Package)製程,具有節省空間及可堆疊等優異特性,預料將成為小型記憶卡的主流製程。然而這種製程技術趨勢的演進,對於沒有半導體封裝經驗的記憶卡製造廠來說,將會是一大考驗。
在諸多業者競相投入發展小型記憶卡,市場競爭情況日益激烈。產品的開發週期也隨之縮短,再加上封裝上所面臨的挑戰也隨之增加,如何能增加產能,減少半模實驗的次數,並提高產品良率。是許多台灣的記憶卡製造業者,所迫切關注的話題,而CAE模流分析技術便是業者用來解決問題的工具之一。

二、CAE模流分析技術於IC封裝案例
本案為MicroSD卡封裝案例,案例相關資訊,如圖二所示,此產品在生產時會有包封的情形產生,包封的位置在晶片的上方,於是應用Moldex3D IC Package 進行分析,首先需輸入正確的參數,如材料、加工條件、正確的網格模型,如圖三、四所示,確定輸入的參數後進行分析,經由原始設計流動波前分析結果得知在波前在 55%、77%、98%等位置上都有包封的情形,主要包封的位置也都在晶片的上方,如圖五、六、七所示。深入探討主要成型會有包封的原因,由圖八厚度分佈所示,晶片厚度為0.49mm,整體厚度為0.55mm,再晶片上方厚度只剩下 0.06mm,膠體在流動至晶片上方產生嚴重的遲滯現象,經由討論後,決定改變將晶片做磨薄的設計,但磨薄到多少尺寸,再以往就必須實際做實驗才能得知結果,使用Moldex3D IC Package 進行設計變更,只需將模型中的晶片尺寸做修改即可重新分析。
將晶片的厚度由原始設計0.49mm改成設計變更一0.45mm重新進行分析,經由電腦重新運算後,由流動波前55%、77%、99%,如圖九、十、十一,得知減少晶片厚度確實在晶片上方遲滯的效應有減少,但是仍然會在晶片上方產生包封,於是在將晶片的尺寸在做修改,晶片厚度由設計變更一0.45mm改成 設計變更二0.385mm,重新進行分析後,由流動波前上可以觀察在晶片上方雖有遲滯的現象,但是卻無包封的情形產生,如圖十二、十三、十四所示,經過兩次設計變更就能將 Micro SD Card上的包封問題得以解決,大幅縮短現場進行實驗的時間,減少實驗所需浪費的材料成本與人事費用,使產品可以快速進行量產階段。

三、結語
IC封裝技術已廣泛地應用於許多高科技產品,隨著記憶卡用途之廣,越來越輕薄短小、儲存容量增加以及可靠度提高,而使用Moldex3D IC Package 不僅可以有效模擬IC封裝製程中,融膠流動會因材料特性、溫度、幾何尺寸等因素,進而產生的成品缺陷。經過電腦試模的結果找出 Micro SD Card 缺陷的成因,主要問題因素為原始設計晶片厚度0.49mm所造成,並提出改善方案為減少晶片厚度,由原始晶片厚度0.49mm,改成設計變更一 0.45mm以及設計變更二0.385mm,將厚度參數修正後再進行分析,,設計變更一仍然會有包封的情形產生,當當晶片厚度磨薄到0.385mm時產品將不再有包封的情形產生,利用CAE模流分析技術找出最佳的晶片厚度,解決產品原始包封的問題,以增加產能,提高品質。並可經由分析模擬與實驗結果,歸納出同類產品設計之注意事項,以供日後同類產品設計研發參考依據。
作者: yumingyang2012    时间: 2019-6-4 19:18
谢谢!




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