Moldflow – 微晶片封裝模組操作概要

MOLDFLOW


MOLDFLOW 是一款由 Autodesk 公司開發的塑膠射出模擬軟體,廣泛應用於塑料成型工業,是非常知名的模流分析軟體,相信在相關行業的朋友們對於此軟體的應用上都有所了解。除了基本的射出成型功能外,MOLDFLOW裡有因應各式各樣情境與製程的模組供使用,本篇文章不談大多數人熟悉的塑膠射出成型模擬,我們要針對其中非常重要的模組「微晶片封裝模組」,來幫助各位剛踏入學習的朋友們,提供你們基本的操作流程做參考,方便各位踏入門喔!

「微晶片封裝模組」是用來模擬晶片在塑膠封裝的過程,能夠模擬封膠充填、載板變形以及金線變形的狀況,幫助電子封裝產業做設計與製程評估。

微晶片封裝的分析內容有充填、保壓、晶墊偏移、金線偏移。因此重點除了是模擬充填過程外,模擬載板與金線的偏移是一大重點,因此我們要將模型分成三個物件來匯入,分別是膠體、晶墊(載板/導線架)及金線。

1-flowchart

匯入物件

膠體與晶墊必須僅能各一物件,所以晶墊的部分依需要模擬的程度需求來匯入,如果要針對載板本身就只要匯入載板3D,如果要完整一點,模擬整個在模具裡頭的狀況,也可以將載板與導線架合成一體3D匯入,甚至是將散熱鰭片合併也行。當然越多物件合併在一起,材質要分開指定就會很麻煩,必須透過指定網格表面來設定。而金線的部分在MOLDFLOW裡定義是線條並非是3D,可以有很多條。

膠體與晶墊都建議存成「STP」匯入,金線要存成線條圖元而非3D,因此存成「IGES」匯入。匯入物件建議各別匯入至新研究,處理完表面網格再統一加入至同一研究內。

2-function list
3-Dual Domain
▲匯入選Dual Domain

建議先對物件指定性質,晶墊部分變更性質指定為「零件嵌入物」,金線指定「金線」。指定好零件嵌入物與金線材質,並指定金線直徑。注意 : 如果金線太細,對於模擬來說會斷裂的話,金線偏移分析會跑不出任何結果。

4-define part
▲右鍵金屬物選擇零件嵌入物表面
5-properties define
▲右鍵金屬物設定性質
▲框選金線,右鍵變更性質為金線
choose wire
▲變更金線性質前要先選擇微晶片封裝模組,否則會選不到”金線”
diameter
▲進金線性質輸入指定直徑
▲除了匯入IGES外,金線也可以自行繪製,使用如圖的曲線功能

產生Dual Domain網格

各別物件建立Dual Domain網格

6-start build mesh
▲左側研究工具列
7-buid mesh detail
▲整體邊長代表網格尺寸,並建議使用精確匹配

檢查網格

網格統計→檢查網格,網格資訊裏頭要確保沒有網格異常。

8-mesh check
9-mesh check detail
▲此5項必須為0

想了解有關NC銑削、研磨、車削、線割、放電、熱處理的知識嗎?
延伸閱讀:《模具設計-8大模具加工製程》

設定網格性質

正常來說,如果妳前面有針對實體(金屬物)先做好性質設定,網格生成後,表面網格也會連帶指定成該實體物件的性質,若你前面沒有設定,這邊務必將表面網格的性質設定好。

10-layer
▲可以先把CAD實體圖層關閉,方便後續操作
11-define LF
▲把網格全部框選後右鍵變更性質指定成”零件嵌入物表面”

邊界條件

由於必須要分析晶墊與金線偏移,這些攸關應力分析必須設定邊界條件,把該固定的”節點”進行約束,例如放置到模具內給模具靠破的部分應當做固定約束。

12-FIX point
▲邊界條件→約束→固定約束
13-show fix example
▲約束晶墊模具靠破的位置,金線則是兩端點約束

建立3D網格

選定其中一個物件做主要研究檔,再將另一3D物件的網格檔加入其中,例如將晶墊偏移的網格檔案加入至膠體物件的研究檔。在此步驟僅須把膠體及晶墊加入在一起,金線網格檔先不需要!

14-join
▲選加入來匯入其他網格檔

選取澆口時,必須設定在膠體的節點上,因此建議把CAD圖層給關閉,因為澆口是可以被設定在實體表面的任意地方,若沒有設置在節點上,模擬時會跳出找不到流體路徑的異常而失敗。

15-injection point
▲先設置射出位置
16-material
▲接著選擇材料
17-change to 3D mesh
▲確認選擇微晶片封裝模組後,於研究工作列將往個變更為3D類型
18-3D mesh detail
▲產生網格
19-join wire
▲最後加入金線網格檔

註記 : 若要自行繪製金線,可以於產生3D網格前繪製在此研究,繪製完再一併生成3D網格就會連帶生成金線網格了。

19-overview
▲完整示意圖,有膠體、金屬物件(晶墊)、金線等網格元素及射出位置

加入完金線網格後,就可以準備進行模擬了,接著確認以下 :

1.檢查各性質是否指定完成

2.澆口是否有設置在正確節點上

3.確認選擇微晶片封裝模組

4.分析順序選擇 : 充填→保壓→晶墊偏移→金線偏移

5.完成製程設定

以上全部OK,開始分析!

分析結果

成功後應有的分析結果要有流動、應力、金線偏移與晶墊偏移、公模仁偏移等四大項。

20-result
21-wire shift
▲金線撓曲變形圖

想了解有關DFM製造可行性評估、模具、製程開發的知識嗎?
延伸閱讀:《DFM製造可行性評估》

常見問題

以下提供幾個在分析失敗時會出現的警告或錯誤訊息解釋

1.無法在最大增量負載步數內完成分析
無法收斂,基本上分析會失敗,建議終止重新修正,通常是邊界條件沒有做正確約束

2.沒有從射出位置至零件中的元素
塑膠流動路徑有誤,基本上是澆口沒有點在「節點」上,必須留意。選澆口的時候建議把CAD圖元關閉,避免沒點在節點上。

3.所選材料的機械性質未指定或無效、讀取應力分析結果時出現問題
通常是材料庫缺乏指定性質參數,請檢查