封装产品翘曲的有限元分析

talon

本人大三，在一家半导体封装厂实习，正在做一个项目，关于有限元模拟的。可是我对这方面不太熟，望各位高人指点。
题目是：封装产品一个比较常见的失效模式是翘曲，如果线上的工程师说某种产品的翘曲过大，超过了客户规格，那么你要怎样利用Ansys帮助他解决？

已知：
产品：基板，黏胶，芯片，塑封材料四层片状物质堆叠的薄板复合结构。
原理：材料之间CTE不匹配导致热应力过大，超过产品刚度，引起翘曲。
工艺：塑封、等离子烘烤、回流焊单个工艺有高温，产生热应力，引起翘曲。

现在有的参数清单：
1、基板。作为各向同性材料。几何参数：总尺寸 （长X宽X厚），单个尺寸（长X宽），导热系数α，热膨胀系数CTE，弹性模量，泊松比，以及AutoCAD的图纸。
2、黏胶，作为各向同性材料，固化后的厚度，弹性模量，泊松比
3、芯片，各向同性材料，选一种典型产品参数。长X宽X厚，弹性模量，泊松比。
4、塑封树脂，粘弹性材料。弹性模量，泊松比。粘弹性材料，在ansys分析时比较麻烦。
5、塑封时温度-时间曲线，压力-时间曲线
6、烘烤时温度-时间曲线
7、回流焊时，回流焊曲线

建模简化：
1、由于产品的对称性（几何上，载荷上，边界条件上都对称，假设所有材料各向同性），取1/4基板建模分析。
2、忽略电磁效应（在使用过程中、测试过程中会存在），振动（过大的振动频率可能会有一定的影响）等对翘曲造成的影响。
3、忽略出厂后残余应力引起的的翘曲。即只考虑当时生产的翘曲，不考虑后续过程中的变化。实际上有些产品在植球后，看似未翘曲或翘曲符合厂家标准，但在以后的存储、转运、后续加工甚至使用中，虽未经过其他高温冲击，但是过大的残余应力可能会缓慢的引起芯片变形甚至最终翘曲。

问题：
1、从翘曲产生物理过程来讲，褶皱的产生不一定是对称结果，但通过有限元从造型到计算分析必然是一个关于XY对称结果，因为几何造型、载荷、边界条件必然是对称的，然后取其1/4计算，结果关于xy对称。如何处理这种差异?
2、关于粘弹性材料树脂：
   粘弹性参数复杂，有没有相关的关于粘弹性的资料？Maxwell，curve fitting，prony三个模型哪一个更适合于当前分析？
   如果选用Maxwell有95个材料参数，还需知道时温等效方程（wlf方程）。可否提供？
   如果选择curve fitting，需要树脂详细的温度-剪切模量曲线，特别是Tg前后的数值。
   如果选择prony，能否提供相对剪切模量是相对时间关系？
3、在我搜索的几篇论文中，弹性模量在Tg前后都是阶跃突变，事实情况是这样的吗？（私下觉得应该是一个缓降过程）
这个项目对我很重要，因为我马上要去见中科院微系统所的一位导师，申请读研。这个项目是我唯一的身价。

现在我不知道从何处下手，跪求高人指点，必有重谢，非诚勿扰。

bundang

消灭0回复，先随便说说我知道的东西

bundang

首先我在某封装厂做了8年，但是很可惜不是做Mold的，虽然知道点，但是不全面。（本句为免责宣言）呵呵

bundang

接着要看这个问题
第一，翘曲的来源。根本上唯象的讲，如果这个IC在X/Y/Z上三轴都是对称的，就不存在Z方向上翘曲的问题了。但是IC一般是在X/Y平面上对称的，（正方形或者长方型），在Z方向是不对称的（从底到顶分别是焊锡球，PCB板-也叫基片，adhesive-胶水，silicon die-芯片，以及包围了胶水和芯片的molding compound-模塑料。大家的CTE不一样，但是却年在一起（粘合面无应变-无开裂）--这就是这个问题的唯一的边界条件。其他的边界都是自由边界（有温度变化就可以有应变，但是因为没有相对滑动，就产生应力，然后在Z方向上产生变形，用以释放应力/应变。

bundang

第二，材料的知识
既然已经拿PCB当作各向同性材料就没啥多说的。说说Mold compound。这是一个复合材料，主料是玻璃粉,占重量比的80%以上，其余部分是二元的thermal set+thermal plastic 树脂。这个东西需要知道它的 CTE，但是更重要的是知道它在相变前后的 体积变化。因为，只知道CTE的话，好比我们在研究冰的受力，弹塑性变形，etc。但是我们现在研究的是制造冰棍的过程：水，灌进模具，插根棍，冷冻使之相变，然后脱模拿出来。这个过程中体积-应变-应力最大的过程是1度到-1度的过程，而不是-1度到-80度的过程。这个才是本过程的核心。

bundang

而且很不幸这个制棒冰过程用的不是水，是mold compound.这个有机物，里面还掺了沙子。

bundang

所以我建议，要用的模型要比较简单，先拿Mold compound作为各向同性的混合物，研究它的相变过程体收缩率，再化成单轴收缩率。拿这个过程去simulate，约可以获得好的结果把。