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[機能紹介] さまざまなIC封止成形プロセスに柔軟に対応するMoldex3D IC封止成形解析機能

事例カテゴリ: IC封止成形化

Moldex3D IC封止成形解析機能紹介

Moldex３D技術サポートチーム

電子機器製品が軽量化、多機能化へと発展する中で、IC封止成形のプロセス技術の研究開発もまた小型化、精密化が進んでいます。耐久性と信頼性へのニーズに応えるため、封止成形プロセスにおいては、不良の発生を減らし、最高の製品品質を実現する最適化構成の検討が、業界での最重要課題のひとつとなっています。封止成形品質に影響を与える要因は、プロセスの複雑化にともなって増加するため、研究段階で最適なソリューションを見つけることはさらに難しくなります。その他、IC封止成形材料や使用される関連コンポーネントは非常に高価なため、封止成形の研究開発段階で、実験によるトライアンドエラーの代わりにCAE解析を使用して早期に最適なソリューションを特定することができれば、材料や輸送などのコストの大幅な削減が可能となります。

Moldex3D StudioのIC封止成形ソリューションでは、トランスファーモールディング（Transfer Molding）、モールドアンダーフィル（Molded Underfill）、キャピラリーアンダーフィル（Capillary Underfill）、ポッティング（Potting）、圧縮成形（Compression Molding）といった封止成形プロセスのシミュレーションを提供しています。また、ベント解析（Venting Analysis）、ワイヤースイープ解析（Wire Sweep Analysis）、パドルシフト解析（Paddle Shift Analysis）、ポストモールドキュア解析（Post Mold Curing Analysis）などの機能は、より現実的なシミュレーションに力を発揮します。以下、Studioでの封止成形シミュレーションの手順を紹介します。

1. モデリング
2. 境界条件設定
3. 材料設定
4. プロセス条件設定
5. 解析順序
6. 解析設定

1. モデリング

プロセスタイプ（Molding Type）からICチップ封止成形（Encapsulation）（図1）を選択し、完成したメッシュを直接インポートするか、Studioのツールを使用してモデルを作成します。封止成形コンポーネント（Encapsulation Component）ウィザードを使用すると、2D曲線からICオブジェクトを作成でき、位置と厚さを指定することによって、メッシュ生成時にハイブリッドメッシュが自動で生成されます（図2）。異なる成形プロセスにより対応する属性コンポーネントとフィードタイプが必要となることに注意してください。圧縮成形解析では圧縮領域と移動面、ポッティング解析ではオーバーフロー領域のフィードパスが必要となります。

図1. プロセスタイプでIC封止成形を選択

図2. 封止成形コンポーネントを使用したハイブリッドメッシュの生成

2. 境界条件設定

シミュレーションタイプに応じて境界条件（Boundary Condition）タブで、さまざまな境界条件を設定できます。キャピラリーアンダーフィル解析やポッティング解析ではドッティング／ポッティングパスを設定でき、圧縮成形ではチャージ（Charge）を指定できます。また、パドルシフト解析ではリードフレームの固定面に固定拘束境界条件を追加する必要があります。

図3. 境界条件（Boundary Condition）タブ

図4. ポッティングパスの設定

図5. リードフレームの固定拘束境界条件の設定

3. 材料設定

Moldex3Dの材料データベースから各属性コンポーネントの材料を指定することができ、必要に応じて材料のカスタマイズも可能です。

図6. 各コンポーネントの属性に基づく材料設定

4. プロセス条件設定

注入樹脂材料がエポキシ樹脂（Epoxy）として設定されている場合、解析タイプ（Analysis Type）としてトランスファーモールディングモジュール（Transfer Molding）、モールドアンダーフィルモジュール（Molded Underfill）、キャピラリーアンダーフィルモジュール（Capillary Underfill）（図7）を選択できます。メッシュに圧縮領域が含まれている場合、解析タイプとして圧縮成形（Compression Molding）、埋め込みウェハレベル封止成形（Embedded Wafer Level Packaging, EWLP）、ノーフローアンダーフィル（No-Flow Underfill）を選択できます。ディスペンス／ドッティング／ポッティングパス境界条件（Dispensing/Dotting/Potting BC）が設定されている場合、解析タイプは自動的に選択され、ロックされます。アンダーフィルなどの流動挙動に応じて表面張力（Surface Tension）を考慮する必要のあるプロセスでは、詳細設定で接触角を設定することができます（図8）。

図7. 解析タイプを選択

図8. 詳細設定での接触角設定

5. 解析順序

充填、硬化、そり変形などの解析順序を設定します（図9）。ワイヤースイープ解析、パドルシフト解析でも単一方向の流体構造連成解析（FSI）を考慮して、充填解析後に対応する解析順序を設定する必要があります。F（Filling）+PS（Paddle Shift）の代わりに充填解析-双方向パドルシフト（F/PS, Filling?Two-way Paddle Shift）を指定すると、双方向の流体構造連成（FSI）が考慮され、パドルシフトの結果は充填結果と一緒に出力されます。

図9. 解析順序設定

6. 解析設定

封止成形（Encapsulation）タブで、ワイヤースイープ解析、パドルシフト解析に使用する応力ソルバー（Stress Solver）と計算モデルを選択できます。解析順序で充填-双方向パドルシフト解析（F/PS）が指定されている場合、双方向の流体構造連成のデータ交換手順を設定できます（図10）。

図10. 封止成形タブで解析モデルを選択、及び双方向の流体構造連成のデータ交換手順を指定

Studioの封止成形解析結果では、溶融樹脂の充填/圧縮プロセス中の流動状況やエアトラップの発生位置（動画1）、ワイヤースイープ（図11）、リードフレームの変形傾向（図12）、アンダーフィルのキャピラリーフロー（図14）結果などが出力（可視化）されます。これにより、ユーザーはIC設計、プロセスパラメータを変更してエアトラップの発生、ワイヤーのオーバーラップ、リードフレームの過剰な変位といった不良の発生を予測することができ、実験によるトライアンドエラーを削減し、IC封止成形時の設計品質をより効率的に向上させることができます。