Flow-3D的点焊仿真解决方案.pdf

Flow-3D 的凸点制备仿真解决方案 上海海基盛元信息科技有限公司 2014/3/20 目录 1 需求分析3 1.1 凸点制备简介3 1.2 自动凸点制备难点4 2 解决方案5 2.1 仿真解决方案：5 2.2 仿真技术路线：5 3 Flow-3D 的仿真方案6 3.1 Flow-3D 仿真过程6 3.2 丰富的物理模型7 3.3 液面追踪模型8 3.4 NIMS 运动模型9 3.5 表面张力模型10 3.6 凝固模型及收缩11 4 NIMS 凸点制备算例11 4.1 填料填充过程11 4.1.1 NIMS 填充过程几何模型11 4.1.2 钎料属性参数12 4.1.3 物理模型12 4.1.4 网格生成14 4.1.5 边界条件及初始条件15 4.1.6 计算设置16 4.1.7 仿真计算结果16 4.2 凝固过程17 4.2.1 凝固过程几何模型17 4.2.2 钎料属性参数17 4.2.3 物理模型17 4.2.4 网格生成18 4.2.5 边界条件及初始条件18 4.2.6 计算设置19 4.2.7 仿真计算结果19 1 需求分析 1.1 凸点制备简介 凸点制备技术是半导体的封装（芯片级封装CSP、圆片级封装WLP 、焊球 阵列 BGA ）、混合集成电路、MCM 、微机电系统以及芯片组装等结构达到更小 体积、更强功能的关键技术。因为，只有具备凸点结构才能进行倒装焊接，而只 有倒装焊接保证各种优势。 图1 倒装片示意图 图2 BGA 示意图 图3 WLP 示意图 图4 CSP 示意图 圆片级封装（WLP ）技术是目前所有封装形式中所占体积最小的封装形式， 可以大大缩短加工周期、降低加工成本。华进半导体公司设计NIMS 设备以实现 凸点的自动制备，将大大保证凸点制备的成功率及效率。 NIMS 设备工作原理，如图5 和图6 所示。 （1）装有液态钎料的NIMS 紧贴晶圆表面，从晶圆一边移动到另一边。NIMS 移动过程中，液态钎料在压力作用下填充到晶圆表面的微孔中。钎料填充时，晶 圆底下的加热装置一直保持工作直到填充完成，以保证钎料在填充过程处于液态。 （2 ）填充结束后，钎料将采用自然冷却的方式，凝固形成凸点。 图5 NIMS 设备俯视图 图6 NIMS 主视图 1.2 自动凸点制备难点 根据NIMS 设备的工作原理，要实现自动填充和凝固，还需要解决诸多难点： （1）晶园表面的孔（是光刻胶的孔径，晶圆表面覆盖Cu ）和NIMS 的孔都 是微米级，液态钎料的表面张力对填充和凝固成型的影响较大。因此，选择合适 的孔径尺寸需要进过有效的计算； 图7 NIMS 放大示意图 （2 ）由于晶圆表面的孔和NIMS 的孔径都是微米量级，利用钎料的填充压 力无法克服液体的表面张力。因此，需要计算适当的NIMS 填充压力。压力过小， 则钎料无法填充，压力过大将影响钎料填充后的形状以及留存液体（压力过大将 产生飞溅）。在设计时，需要对填充压力进行细致的研究。 （3 ）NIMS 的移动速度决定凸点制备效率。速度越快效率越高，但是速度 过快，钎料将无法填充到晶圆孔（光刻胶的孔）中，或填不满。直接影响凸点制 备效果。因此，确定合