Cloud Tsai, Manager at Product Division of CoreTech System (Moldex3D)
IC Encapsulation에 CAE가 필요한 이유
Encapsulation은 반도체 부품 제조 공정의 마지막 단계입니다. 이 공정에서 집적회로는 보호하고 열을 발산하기 위해 에폭시 재료로 Encapsulation됩니다. 칩 크기가 작아짐에 따라 구성 요소의 고밀도 분포, 와이어 및 패들 설계, 전기적 성능과 관련된 Encapsulation 문제가 더욱 복잡해졌습니다. 잘못된 설계는 구조, 웰드 라인, 에어 트랩, 열 분산 및 변형 문제로 이어질 수 있습니다. 실제 제조 공정에서 불확실한 요소와 위험을 제어하기 위해, Encapsulation의 연구 개발 단계에 CAE가 포함되어 문제를 Upstream에서 평가하고 최적의 설계를 찾아 불필요한 비용을 줄일 수 있습니다.
CAE 전처리의 과제
CAE 시뮬레이션의 전처리는 원래의 2D 또는 3D 설계 모델을 수치 해석에 사용할 수 있도록 3D 솔리드 메쉬로 변환하는 것입니다. 일반적으로 상용 소프트웨어는 이 단계에서 메시 전처리에 사용됩니다. 사용자는 이 단계에서 종종 몇 가지 문제에 직면합니다. (1) 소프트웨어를 배우는 데 시간이 걸리고 작업이 복잡합니다. (2) 메쉬 준비 프로세스는 모델이 복잡할 때 시간이 많이 걸리고 설계가 변경될 때 수정하기 어렵습니다. (3) 메시 요소가 많은 경우 계산 시간이 길다. 그림 1은 캐필러리 언더필의 사례입니다. 이러한 설계에는 종종 수천 또는 수만 개의 범프가 있습니다. 범프의 크기와 분포로 인해 일반적으로 요소가 너무 많은 메시가 지나치게 조밀해집니다. 메쉬 품질 및 설계 변경과 같은 문제와 결합하여 CAE 모델링은 매우 까다로울 수 있습니다.
그림 1. A capillary underfill case
Moldex3D Studio에서 IC Auto Hybrid Wizard를 사용한 전처리 솔루션
범프가 많은 모델링을 처리하기 위해 Moldex3D Studio 2022의 IC Encapsulation [SC1] Wizard for Auto Hybrid mesh는 편리한 모델링 기능을 제공합니다. 그림 2를 예로 들면, 사용자는 노드 데이터가 포함된 CSV 파일을 통해 많은 범프의 모델을 빠르게 개발할 수 있습니다. 또한 Auto Hybrid Wizard는 로컬 표면 메시를 수정할 수 있는 유연성을 제공합니다. 기본 평면은 그림 3과 같이 전체 및 로컬 부분에서 노드 시딩을 조정할 수 있도록 초기에 설정할 수 있습니다.
그림 2. 노드 데이터가 포함된 CSV 파일을 통해 많은 범프의 모델을 빠르게 개발 가능
그림 3. 노드 시딩은 전체 및 로컬 부분에서 조정 가능
노드 시드 후 다음 단계는 3D 기하학적 모델과 기본 평면을 기반으로 메쉬를 생성하는 것입니다. 수동 메쉬 수정 기능을 활성화하면 사용자는 필요한 메쉬 분포와 적절한 고품질 메쉬를 조정할 수 있습니다. 그림 4는 위에서 언급한 작업을 통해 메쉬가 잘 분포되고 부분적으로 다듬어진 것을 보여줍니다.
그림 4. 부분적으로 세분화되고 균일하게 분포된 메쉬
Auto Hybrid 마법사를 사용하여 IC 구성 요소의 두께를 설정하고 각 구성 요소의 메쉬를 자동으로 생성하면 메쉬 감소 요구를 충족하는 3차원 솔리드 메쉬를 쉽게 생성할 수 있습니다. 그림 5를 예로 들면, 적절한 전체 메쉬 크기를 설정한 후 부분적 미세 조정을 포함하여 전체 메쉬 요소의 양을 줄일 수 있습니다.
그림 5. 적절한 전체 메쉬 크기를 설정한 후 전체 메쉬 요소의 양을 줄일 수 있도록 로컬 미세 조정
결과적으로 이 모델에서 크기 설정의 다른 조합으로 메쉬를 원래 메쉬와 비교하면 전체 메시 요소 양을 40-70% 감소할 수 있습니다. 아래 표와 같이 필요한 분석 시간을 50-90%까지 줄일 수 있습니다.
위의 표에서 서로 다른 메쉬 조합과 원래 메쉬를 비교하면 melt front behavior가 상당히 일관됩니다. 따라서 Moldex3D Studio 2022의 IC Auto Hybrid 마법사 및 메쉬 도구를 사용하면 메쉬 준비에 소요되는 시간을 줄여 전처리 프로세스를 단순화할 수 있을 뿐만 아니라 안정적이고 효율적인 분석을 수행할 수 있습니다.
그림 6. Moldex3D Studio 2022의 IC Auto Hybrid 마법사 : 사전 처리 프로세스를 단순화
결론
Moldex3D 2022의 encapsulation molding을 위한 새로운 기능인 IC Auto Hybrid는 고도로 자동화된 메싱 작업 흐름을 제공하여 사용자가 CAE 전처리를 쉽게 수행할 수 있도록 도와줍니다. 또한 기본 평면 표면 메쉬에 대한 로컬 조정을 수행할 수 있는 몇 가지 새로운 반자동 메쉬 수정 도구를 제공하여 메쉬 프로세스를 보다 유연하게 만듭니다. 이러한 도구를 사용하면 사전 처리 및 분석 시간을 크게 단축하여 설계 단계에서 문제 해결 속도를 높이고 캡슐화 설계 프로세스에서 최적의 솔루션 및 비용 제어를 지원할 수 있습니다.