[機能紹介] IC封止成形解析メッシング機能の高速化と信頼性向上

封止は、半導体部品の製造工程の最終段階です。 この工程では、集積回路をエポキシ樹脂で封止し、保護と放熱を行う。チップサイズの小型化に伴い、封止の課題は、部品の高密度配置、ワイヤー＆パドル設計、電気的性能など、より複雑になってきています。設計が悪いと、構造、ウエルドライン、エアトラップ、放熱、変形の問題が発生します。実際の製造工程での不確定要素やリスクをコントロールするために、封止の研究開発段階からCAEを導入し、上流での問題点を評価し、最適な設計を見つけ出し、不要なコストを削減することが必要です。

CAE シミュレーションにおけるプリプロセッシングとは、2 次 元または 3 次元の設計モデルを 3 次元ソリッドメッシュに変換し、数値 解析に使用できるようにすることです。このメッシュの前処理には、一般的に市販のソフトウェアが使用されます。このとき、

• （1）ソフトウェアの習得に時間がかかり、操作が複雑である
• （2）モデルが複雑な場合、メッシュ作成に時間がかかり、設計変更時の修正が難しい
• （3）メッシュ要素数が多い場合、計算時間が長くなる

図1は、キャピラリーアンダーフィルの場合です。このような設計では、数千から数万個のバンプが存在することが多いですが、バンプの大きさとその分布から、通常、要素数の多い過密なメッシュになってしまいます。その為、メッシュの品質や設計変更などの問題と相まって、CAEモデリングは非常に厄介なものとなっています。

図1. キャピラリーアンダーフィルの場合

多数のバンプのモデリングに対応するため、Moldex3D Studio 2022 の Auto Hybrid mesh 用 IC Encapsulation Wizard は、便利なモデリング機能を提供します。図2を例にとると、ユーザーはノードデータを含むCSVファイルを通して、多数のバンプのモデルを迅速に開発することができます。また、オートハイブリッドウィザードは、局所的なサーフェスメッシュを柔軟に変更することができます。図3に示すように、最初に基準面を設定し、全体および局所的な節点配置を調整することが可能です。

図2. ノードデータを含むCSVファイルにより、膨大な数のバンプのモデル化を迅速に行うことが可能

図3. ノード設定は、全体および局所的に調整することが可能

ノード設定の次のステップは、3D形状モデルと基盤面を基にメッシュを作成することです。手動メッシュ修正機能を有効にすることで、ユーザーは必要なメッシュ分布と適切な高品質メッシュを調整することができます。図4は、上記の操作により、メッシュがうまく分布し、部分的に細分化されている様子を示しています。

図4. 部分的に細分化され、均一に分布しているメッシュ

オートハイブリッドウィザードでIC部品の厚みを設定し、各部品のメッシュを自動生成することで、メッシュ削減のニーズに合った3次元ソリッドメッシュを容易に作成することができます。図5を例にとると、全体のメッシュサイズを適切に設定した上で、局所的な細分化を行うことで、全体のメッシュ要素数を削減することができます。

図5. 全体のメッシュサイズを適切に設定した上で、局所的な細分化を行うことで、全体のメッシュ要素数を削減することが可能

その結果、サイズ設定の組み合わせを変えたメッシュとこのモデルのオリジナルメッシュを比較すると、以下の表に示すように、全体の要素量を40〜70％削減でき、必要な解析時間も50〜90％削減することができます。

上の表で比較した異なるメッシュの組み合わせとオリジナルメッシュでは、メルトフロントの挙動はほぼ一致しています。したがって、Moldex3D Studio 2022の IC Auto Hybridウィザードとメッシュツールを使用すれば、メッシュの準備にかかる時間を短縮してプリプロセスを簡略化できるだけでなく、信頼性の高い効率的な解析を実行することができます。

図6. Moldex3D Studio 2022の IC Auto Hybrid ウィザードでプリプロセスを簡素化

Moldex3D 2022の封止成形の新機能として、IC Auto Hybridは高度に自動化されたメッシングワークフローを提供し、ユーザーが簡単にCAEプリプロセスを実行できるよう支援します。また、ベースとなる平面サーフェスメッシュに局所的な調整を加えることができるいくつかの新しい半自動メッシュ修正ツールを提供し、メッシングプロセスをより柔軟なものにしています。これらのツールにより、プリプロセスおよび解析時間を大幅に短縮し、設計段階でのトラブルシューティングを迅速化するとともに、封止設計工程での最適なソリューションとコストコントロールを支援します。