IC封裝後熟化製程模擬利器有效預測翹曲變形

圖為完成整個後熟化製程，IC元件移到室溫下的Z方向翹曲量值結果，模擬出來的結果為0.354mm，與實驗數值相當接近。

環氧模壓樹脂(Epoxy Molding Compounds；EMC)是IC封裝製程中常用的熱固性封膠材料，在封膠充填過程中會隨著溫度升高而產生交聯反應(cross-linking)；當交聯反應進行至某個階段，膠體將達到熟化，賦予產品更佳的機械性質及穩定性。

然而當IC元件充填完成時，往往膠體尚未完全熟化(fully cure)，因此一般常利用後熟化(post-mold cure)製程來促使膠體完全熟化。加溫烘烤是常見的後熟化方式之一，在使膠體完全熟化後再將其降溫。過程中由於EMC的體積會因為交聯反應而產生收縮現象，加上各元件之間的熱膨脹係數不同，會產生相對應的位移變形；若變形量過大，將可能導致該封裝元件內部微結構崩壞而失效。

針對上述情形，Moldex3D後熟化分析功能可提供完整的分析能量，讓使用者事先預測潛在的變形問題。Moldex3D可考慮在常壓下，針對後熟化製程從進烤箱至冷卻到常溫的過程中，進行不同溫度和熟化度的耦合計算，模擬IC元件最終的翹曲量值變化。接下來以雙層板試驗模型的模擬案例作說明。

經模流分析之後再進行實驗，結果發現最終後熟化過程結束(約23,000秒時)，產品Z方向翹曲量值為0.32mm，而模流分析軟體模擬出來的結果為0.354mm，二者數值相當接近(如圖)。以模擬結果而言，進烤箱前後熟化的產品變形，主導原因為熟化度上升造成的體積收縮，Z方向收縮量為0.326mm；而進烤箱後，變形主導元因材料黏彈應力釋放行為(此時已完全熟化)，此收縮量則為0.028mm。

本案例探討後熟化過程中，封膠EMC材料完全交聯反應和殘留應力釋放時，考慮溫度和材料熟化度耦合下，影響IC元件產品的翹曲量值。經模流分析和實驗結果相互驗證下，發現EMC材料交聯反應過程主導了大部分的產品翹曲量值和趨勢。同時也發現Moldex3D在翹曲定性和定量上的分析與實驗結果相吻合，驗證模流分析軟體運用在實際生產上，對IC封裝後熟化製程的流程規劃、翹曲預測等皆有顯著助益，進而達到縮短上市時程、降低成本。