高密度模块封装模流仿真技术研究.pdf

摘要

随着集成电路技术的快速发展，电子市场对封装器件在密度、尺寸和集成的功能等方面提出了

更高的要求，使得封装的制作工艺过程变得复杂，并且器件在塑封过程中常出现一些品质缺陷如气

泡、缝合线、翘曲、体积收缩等问题，上述缺陷的存在大大降低了封装器件的可靠性。另外，在制

品注塑过程中影响质量的工艺参数较多，同时由于制品的生产周期长、成本较高等问题，凭借以往

经验设置注塑工艺参数的传统“试错”方法，已无法满足当前的注塑生产需求。在此背景下，如何

提高生产效率和封装器件的可靠性需要亟待解决。同时在潮湿环境下国内对塑封器件的可靠性研究

不足，因此本文增加了对封装器件在潮湿环境下湿气扩散和湿应力分布情况的研究。本文主要研究

成果如下：

1.本文根据封装器件注塑成型的基本原理和CAE技术，利用Moldex3D软件建立高密度模块

封装的注塑模型并对其进行模拟仿真分析，通过四种不同的环氧塑封料（EMC）进行填充比对，研

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究发现材料平均粘度控制在10~10[g/(cm·s)]范围内，并且塑封体厚度与器件顶部间隙比值尽量控

制在32.8以下，可以降低填充发生空洞的概率。另外，最佳注塑浇口位置可以弥补型腔内熔体

流动的不平衡性，提高熔体的填充质量。通过这些研究对提高产品注塑的可靠性具有非常重

要的指导意义。

2.为了研究注塑成型后的模块封装在湿度环境下的可靠性，本文利用ANSYS有限元软件模拟

模块封装在湿度环境下不同时间段内的湿气扩散分布云图，并获得封装内部五个参考点吸湿变化曲

线。在20h以后封装内部的湿应力增速逐渐降低并趋于饱和稳定，而且饱和湿度低和弹性模量较

大的塑封材料可以降低封装内部的分层概率。同时利用应力-强度干涉理论对封装内部Si芯片进

行可靠性评估，其可靠性达到97.26%，从而预估模块封装整体可靠性较好。

3.本文运用田口正交试验设计方法，设计了六因素三水平的27组试验。根据试验计算出

信噪比均值，找到最佳的注塑工艺参数组合，使得翘曲变形量降低了14.5%和体积收缩率降

低了20.7%。为了提高预测模型的精度，建立了六种注塑工艺参数和两个质量指标之间的神

经网络预测模型，并利用蚁群算法优化BP神经网络参数，以提升神经网络的收敛性能，通过

不断的迭代寻优，找到极值以及对应的工艺参数。通过仿真验证，其结果相比于实际生产注

塑工艺参数设计值，翘曲变形量减少了19.74%，体积收缩率减少了22.75%。因此相较于前面

介绍的正交试验设计，注塑工艺参数得到了进一步的优化。

关键词:Moldex3D，模块封装，蚁群算法，BP神经网络，湿气扩散

Abstract

Withtherapiddevelopmentofintegratedcircuittechnology,theelectronicmarkethasputforward

higherrequirementsforpackageddevicesintermsofdensity,sizeandintegratedfunction,which

makesthemanufacturingprocessofpackagingcomplicated,andsomequalitydefectssuchasbubbles,

sutures,warping,volumeshrinkageandotherproblemsoftenappearintheprocessofplastic

encapsulation.Theexistenceofthesedefectsgreatlyreducesthereliabilityofthepackageddevices.

Inaddition,therearemanyprocessparametersaffectingthequalityofproductsintheprocessof

injectionmolding.Atthesametime,duetothelongproductioncycleandhighcostof