基于Moldex3D的IC封装模CAE建模方法

第24卷第3期2010年9月
上 海 工 程 技 术 大 学 学 报
JOU RNAL OF SH ANGH AI UNIVERSIT Y OF ENGINEERING SCIENCE
Vol.24No.3Sept.2010
文章编号:1009-444X(2010)03-0253-04
收稿日期:2010-06-02
基金项目:上海市教委科研创新资助项目(08YZ156)
作者简介:唐 佳(1986-),女,助理实验师,本科,研究方向为材料成型及控制工程.E -mail:tangjia_sues@
基于Moldex 3D 的IC 封装模CAE 建模方法
唐 佳a ,曹阳根b
(上海工程技术大学a.工程实训中心; b.材料工程学院,上海201620)
摘要:以SSOP-20L 集成电路塑封为例,运用Mo ldex3D 软件建立CAE 模型.用此方法建立的CAE 模型与物理模型具有较好的相似性,可作为IC 塑封模拟金线变形和芯片偏移的基础模型,并可预见塑封过程中可能发生的问题,为模具浇注系统的设计提供可靠依据.关键词:Mo ldex3D;IC 封装;塑料封装模具中图分类号:TN 405.95 文献标志码:A
CAE Modeling of IC -Packaging Mould Based on Moldex 3D
T ANG Jia a ,CAO Yang -gen b
(a.E ngineering T raining Center; b.College of Materials En gineering,Shanghai
U niversity of Engin eering Science,Sh angh ai 201600,Ch ina)
Abstract :T akeing plastic encapsulatio n of SSOP-20L as an ex am ple,a CAE model w as built based o n
Mo ldex3D softw are.T he CAE model established by the metho d presented a goo d similarity w ith the en -tity,w hich can be used as a base model for simulating plastic deformation and chip offset,forecasting problems occurred in the process of packaging and providing reliable references for casting model designs.Key words :M oldex 3D;IC -packag ing ;plastic package mould
IC 封装具有机械支撑、电气连接、物理保护、外场屏蔽、应力缓和、散热防潮、尺寸过渡、规格化和标准化等多种功能,是IC 产品生产中不可缺少的环节.由于近年来电子产业的高速发展,IC 封装产品的应用越来越广.封装作为整个产品的后道工序,其对于提高产品的可靠性、合格率和经济性也有着至关重要的作用.
塑封成形的缺陷主要有金线偏移、芯片变形、欠注、气泡、溢料、开裂等现象.通过CAE 手段可在模具设计初期及时发现,采用优化浇注系统和改进塑封工艺可避免这些缺陷,从而缩短模具设计制
造周期,提高经济效益[i].
1 IC 封装模型建立
本文以集成电路SSOP 20L 为例建立模型,其封装体尺寸如图1所示.模型尺寸分别为长7.7mm,宽5.3mm,厚度1.6mm ,其导线框引脚数为20个,浇口位置位于模穴右上角,大小为0.46mm @0.2mm (高度可变),如图2所示.芯片尺寸长为3.8mm @3.5m m,高为0.5mm.采用U G 进行三维造型,分别将封装体、引线框架
上海工程技术大学学报第24卷
以及芯片生成三维实体,组装成如图3所示的组合模型
.
图1 SSOP 20L 封装体尺寸Fig.1 Size of SSOP 20L IC -
packaging
图2 浇口尺寸Fig.2 Size of
gate
图3 SSOP 20L 三维造型Fig.3 3D -model of SSOP 20L
2 C AE 建模
Mo ldex3D 是一款三维模流分析软件,其分析模型采用M oldex 3D 三维实体元素网格,依塑料件
实体来建模.M oldex 3D-M esh 模块外挂与Rh-i
no ceros 软件协同进行网格制作.建模时根据各部分不同材质由表面网格分别堆叠而成实体网格,再
对实体网格分别进行定义,如封装体、引线框架和芯片等.
2.1 建立表面网格
IC 封装模大多采用一模多腔,模拟过程取其中一腔进行处理,划分网格时截取一个封装单元,因此,在划分网格时只需截取一片封装体即可.将三维造型投影至平面,根据所投影平面上的曲线生成表面网格.表面网格类型为三角形,封装材料覆盖部分的网格,由边长为0.1mm 三角形组成,其余部分均由边长0.4m m 的三角形组成,表面网格生成如图4所标出的框内.
图4 表面网格Fig.4 Surf ace mesh
2.2 建立实体网格2.2.1 实体网格的类型
M oldex3D M esh 中网格的单位元素有4种,
分别为Tetra 、Pyram id 、Prism 和H ex a,如图5所示.考虑到整个模型中各部分材料及外形特征各有不同,此次绘制的模型采用混合式网格.在各个不同的部位采用最为合适的网格,可在保证CAE 模型精度的前提下,减少网格的数量,提高CAE 分析的效率.该模型使用T etr a 、Prism 、H ex a 3个元素得到SSOP 20L 实体网格.2.2.2 部分实体网格的建立
封装体实体网格均由Prism 三角形表面网格堆叠而成.IC 封装中涉及多个不同的材料,无论表面网格还是实体网格,在不同材料衔接部分的节点都必须对齐,如图6所示.在建立封装体、芯片、引线框部分的实体网格时,图7中划分的每一层高度内不同材质的网格层数都应相等,每个层次依次分别由表面网格堆叠生成Prism 实体网格.生成实体网格后,对不同材质网格分别定义为Epo xy 、Chip
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第3期唐 佳,等:基于M oldex3D 的IC 封装模CA E 建模方法
和Leadframe.图8为完成后的模型
.图5 实体网格的单位元素类型Fig.5 Types of m esh elem
ent
图6 网格对齐Fig.6 Alignment of
mesh
图7 模具内部层次划分
Fig.7 Hierarchical division of mould
internal
图8 封装体、芯片、引线框架部分实体网格Fig.8 Mesh of package,chip,leadframe
2.2.3 流道部分网格的建立
分流道由两部分建立:分流道与封装体连接部分采用H exa 网格;与主流道连接部分则可采用Tetra 网格.由于实体网格一旦形成就不能改变它的形状和尺寸,而建立流道网格时封装体以及引线框架的实体网格已经生成,流道与其他部分连接的网格节点又必须一一对应,因此在建立分流道实体网格时应采取如下操作.
1)建立分流道与封装体连接部分网格:封装
体已生成的实体网络生成对应表面网格等比例缩
放至图9所示位置,与引线框架网格节点对齐,生成H exa 实体网格.
图9 分流道与封装体连接部分表面网格Fig.9 Surface mesh of package and runner
2)生成分流道与主流道连接部分的网格.对于这部分网格仅有2个面的网格有约束条件,为减少网格的数量,提取这2个面的表面网格,生成T etra 网格即可,如图10所示.
图10 分流道与封装体连接部分实体网格Fig .10 Mesh of package and runner
2.3 金线的建立
金线在充填过程中常常受到封胶的冲击影响,导致严重的偏移甚至失效等问题.在建立金线形状
及位置时,可借由编辑参数或是直接拉动控制点的方式来定义,如图11所示.2.4 设定边界条件
本文所用到的模型为截取的一片IC 封装片,这样将原本连续性的引线框架切开了,因此,在引线框架的边缘需对齐设定对称面.选取切开面的网格,在Solid Mo del B.C.Setting 命令中设定该网格为Sy mmerty 即可.此外,还需在分流道的一段设定进胶面,选取进胶面的网格.在Attr ibute Set -ting 命令中设定该网格为3D M elt Entrance Sur -
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face,整个CAE 模型就可成功导出为*.mfe 格式的文件,进行CAE 分析
.
图11 金线形状及位置的建立
Fig.11 Establishment of wire shape and position
3 结 语
1)建立表面网格时,对于不同材质的部分应设定不同的网格尺寸,既保证了整个模型的精确度,又在一定程度上减少网格数量,从而减小运算量,提高了CAE 分析效率.
2)建立封装体、芯片、引线框部分的实体网格时,每一层高度内不同材质的网格层数都应相等,以确保实体网格的节点对齐.
3)浇口部分分流道与主流道连接部分的网格,需采用T etr a 四面体实体网格.
建模完成后运用Mo ldex3D 软件即可对IC 封装模CAD/CAE 模型进行计算机仿真分析,其中
包含充填、保压、冷却、封装体的翘曲变形、金线偏移、引线框架偏移等.在模具设计初期,设计不同的工艺参数就可进行计算机仿真分析,找到最佳方案.既避免了各种缺陷的产生,又减少了传统试模的成本,提高了生产效率.参考文献:
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