一种扇出型封装晶圆的翘曲仿真方法技术

本发明专利技术涉及一种扇出型封装晶圆的翘曲仿真方法，根据所需仿真的晶圆产品，在workbench中进行整个晶圆1:1的建模；根据所建立的模型进行各项参数标记并计算初始晶圆翘曲结果，并确定晶圆翘曲目标值；计算机根据所建立的模型，沿整个晶圆的半径方向将其划分为若干个相同的封装单元；根据所建立的封装单元模型进行参数标记并计算初始封装单元翘曲结果，并确定封装单元翘曲目标值；计算机重新调整封装单元的结构及工艺，使初始封装单元翘曲结果达到或者小于封装单元翘曲的目标控制值；将计算机中对于封装单元设置的结构和工艺参数映射至整个晶圆，并得到整个晶圆的翘曲度仿真结果。采用本发明专利技术的仿真方法，大大缩减了对于晶圆翘曲度分析的研发周期。

A simulation method of warping for fanout packaging wafer

The invention relates to a warping simulation method of fan-out packaging wafer. According to the required simulated wafer products, the whole wafer is modeled in workbench as 1:1; according to the established model, all parameters are marked and the initial wafer warping results are calculated, and the warping target value of the wafer is determined; according to the established model, the computer divides the whole wafer into Several identical packaging units; mark the parameters according to the established packaging unit model, calculate the warpage result of the initial packaging unit, and determine the warpage target value of the packaging unit; readjust the structure and process of the packaging unit by computer to make the warpage result of the initial packaging unit reach or less than the warpage target control value of the packaging unit; set the warpage target value of the packaging unit in the computer The structure and process parameters of the device are mapped to the whole wafer, and the warpage simulation results of the whole wafer are obtained. The simulation method of the invention greatly reduces the research and development period for the analysis of wafer warpage.

【技术实现步骤摘要】
一种扇出型封装晶圆的翘曲仿真方法
本专利技术涉及半导体封装
，具体涉及一种扇出型封装晶圆的翘曲仿真方法。
技术介绍
近年来，随着晶圆级扇出型封装技术的不断进步，在消费类电子产品中出现该封装类型的比例逐年上升，并逐步成为先进封装技术发展的主流方向。晶圆级扇出型封装中的晶圆为“重构晶圆”，与传统意义上的晶圆不太一样，该“重构晶圆”是由塑封在一起的多个封装单元进行有序排列组成的(通常外观为直径12英寸或者更大的圆形)，塑封材料为环氧树脂类的有机化合物，而封装单元则由芯片或者其它器件构成，这些芯片或者器件的材料通常为硅或者其它半导体材料的基材和分布其上的金属布线以及介电层物质组成。所以，扇出型封装中的晶圆其实是一个由许多种有机和无机材料构成的复杂复合体。因为该晶圆中材质的多样性和结构的复杂性，各个不同材料之间存在热膨胀系数和机械性能的差异，导致晶圆在封装工艺过程中经历热应力时(例如，加热、降温，应力冲击等)常常会产生很大的翘曲度，而具有较大翘曲度的晶圆会造成工艺的良率大大降低，从而严重影响晶圆中所封装的芯片的性能和可靠性。对于此类的扇出型封装技术而言，如何根据实际工艺条件对晶圆的翘曲度进行工艺流片前的预仿真，根据仿真结果对工艺条件和晶圆的构造(封装单元的结构、排布，材料的选取等)进行相应的优化以达到减小和有效控制晶圆翘曲度，是一个核心难题。目前，业内普遍的做法是针对性地对整个晶圆本身做仿真分析和持续优化，分析环境为ANSYS公司的Workbench产品。但是扇出型封装晶圆本身是一个直径为12英寸或更大的圆形的、由多种不同的有机和无机材质构成的复合体，每一个晶圆内部其实包含了成百上千个相同的封装单元，这些封装单元以有序排列的形式嵌入在环氧树脂混合物塑封体构成了12英寸的晶圆。在Workbench软件中对如此大体积的晶圆进行仿真运算的时候，即使通常办公用的计算机配置已经比较高，但仍会出现仿真耗时过长的问题。一次仿真计算的运行常常耗时几个甚至十几个小时，而仿真过程中为了得到较优化的结果，通常需要反复迭代和运算几十甚至上百次，所以花在一个项目的仿真时间通常是非常长的，这严重影响了研发进度和项目实施的效率。常规仿真方法中对于环氧树脂混合物材质的扇出型封装晶圆进行翘曲度仿真时，耗时长的地方主要体现在以下几点：1)因为要在多种可能的工艺条件或者封装材料、以及封装单元构造中进行反复的仿真计算分析和比较才能得到最优解，所以每次都需要对各种不同几何结构或者材质的整个晶圆进行建模和仿真运算；2)而且因为晶圆的几何结构在每次优化时可能都不一样，所以每次仿真时对所构建的晶圆做仿真时的网格设置也要重新做剖分，这又额外增加了仿真运算的时间；基于以上实际情况，运用常规方法去优化整个晶圆的翘曲度，以便得出最优化的工艺条件和封装单元构造，通常需要大概2到3周的时间。为了达到同样的仿真效果，运用本专利技术的新仿真方法后，可以将整个仿真的分析优化过程缩短至只需要0.5周或者1周以内的时间。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的在于解决现有的封装晶圆翘曲度仿真方法耗时长的问题。技术方案：为解决上述问题，本专利技术采用以下技术方案：一种扇出型封装晶圆的翘曲仿真方法，包括以下步骤：1)根据所需仿真的晶圆产品，在workbench中进行整个晶圆1:1的建模；2)对步骤1)所建立的模型进行各项参数标记并计算初始晶圆翘曲结果，并确定晶圆翘曲目标值；晶圆的初始翘曲结果，指的是晶圆在使用未经优化过的工艺参数时所产生的翘曲度，由workbench软件基于用户输入的工艺参数通过软件本身自带的一套有限元分析的方法计算得出，输入不同的工艺参数会计算出不同的翘曲度结果。晶圆翘曲度的目标控制值通常为2～4mm，如果晶圆的翘曲度大于目标控制值时，常常导致工艺制程的良率下降，优化的目标就是要使晶圆的翘曲度达到或者小于目标控制值。3)计算机根据所建立的模型，沿整个晶圆的半径方向将其划分为若干个相同的封装单元；4)对步骤3)所建立的封装单元模型进行参数标记并计算初始封装单元翘曲结果，并确定封装单元翘曲目标值；5)计算机重新调整封装单元的结构及工艺，使初始封装单元翘曲结果达到或者小于封装单元翘曲目标值；此过程通常需要几十次甚至上百次的反复优化才能完成，故直接在计算机中完成是最节约时间的。6)将计算机中对于封装单元设置的结构和工艺参数映射至整个晶圆，并得到整个晶圆的翘曲度仿真结果。进一步地，所述步骤4)中，封装单元翘曲目标值的计算采用如下公式：Wyg＝(1/A)*Wy*(Wxg/Wx)式中，Wx为初始晶圆翘曲结果，Wxg为晶圆翘曲目标值,Wy为初始封装单元翘曲结果，Wyg为封装单元翘曲目标值，A为整个晶圆在半径方向上所包含的封装单元的个数。进一步地，所述步骤5)中计算机调整的封装单元结构包括所封装单元的面积、所封装单元的厚度、封装单元相邻芯片之间的间距、封装芯片在封装单元内的排列方式、封装单元的塑封体的面积、封装单元的塑封体的厚度和封装单元的塑封体的材料类型。进一步地，所述步骤5)中计算机调整的封装单元的工艺参数包括封装单元加热或者冷却的温度、封装单元加热或者降温的速度、对封装单元加热时的热均匀度、封装单元的工艺腔体的气压、封装单元的工艺腔体的气流和封装单元的等离子体的功率。扇出型封装技术中，在包含多个封装单元的塑封晶圆上所要进行的工艺，主要是金属重新布线层和介电层的制作，这些制作过程是把封装单元构成的塑封晶圆放置在密闭的工艺腔体中，分别通过涂覆、加热固化、等离子体溅射、冷却等方式完成，上述这些计算机调整的工艺参数即是这些工艺过程中的参数。所述步骤5)中，计算机对封装单元设置的结构和工艺的调整在50次以上。有益效果：本专利技术与现有技术相比：本专利技术的新的仿真方法因为不需要每次都对晶圆内部所有的等间距排列的封装单元进行重复建模，而是采用了对单个的封装单元进行建模的方式来代替整个晶圆，从而使得几何结构的网格剖分得以大大简化，同时仿真运行的时间也大幅度降低。所以本专利技术极大地提高了扇出型封装晶圆翘曲度仿真的效率，缩短了晶圆级扇出型封装前期的研发周期，达到了缩短研发周期的目的。附图说明图1为本专利技术仿真方法的流程图；图2为对整个晶圆建模的局部示意图；图3为初始晶圆翘曲结果的仿真示意图；图4为对单个封装单元建模的示意图；图5为初始封装单元翘曲结果的仿真示意图；图6为封装单元翘曲结果达到目标值的仿真示意图；图7为经过封装单元映射后整个晶圆翘曲结果的仿真示意图；图8为本专利技术和现有技术的结果趋势对比示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行进一步地说明。实施例如图1至图8所示，一种扇出型封装晶圆的翘曲仿真方法，包括以下步骤：1)如图2所示，根据所需仿真的晶圆产品，在workbench中进行整个晶圆1:1的建模；2)如图3所示，对步骤1)所建立的模型进行各项参数标记并计算初始晶圆翘曲结果，本实施例中初始晶圆翘曲结果为12.7mm，并确定晶圆翘曲目标值，本实施例中晶圆翘曲目标值为2mm；晶圆的初始翘曲结果，指的是晶圆在使用未经优化过的工艺参数时所产生的翘曲度，由workbench软件基于用户输入的工艺参数通过软件本身自带的一套有限元分析的方法计算得出，输入不同的工艺参数会计算出不同的翘曲度结果。晶圆翘本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种扇出型封装晶圆的翘曲仿真方法，其特征在于：包括以下步骤：1)根据所需仿真的晶圆产品，在workbench中进行整个晶圆1:1的建模；2)对步骤1)所建立的模型进行各项参数标记并计算初始晶圆翘曲结果，并确定晶圆翘曲度的目标控制值；3)计算机根据所建立的模型，沿整个晶圆的半径方向将其划分为若干个相同的封装单元；4)对步骤3)所建立的封装单元模型进行参数标记并计算初始封装单元翘曲结果，并确定封装单元翘曲目标值；5)计算机重新调整封装单元的结构及工艺，使初始封装单元翘曲结果达到或者小于封装单元翘曲目标值；6)将计算机中对于封装单元设置的结构和工艺参数映射至整个晶圆，并得到整个晶圆的翘曲度仿真结果。

【技术特征摘要】
1.一种扇出型封装晶圆的翘曲仿真方法，其特征在于：包括以下步骤：1)根据所需仿真的晶圆产品，在workbench中进行整个晶圆1:1的建模；2)对步骤1)所建立的模型进行各项参数标记并计算初始晶圆翘曲结果，并确定晶圆翘曲度的目标控制值；3)计算机根据所建立的模型，沿整个晶圆的半径方向将其划分为若干个相同的封装单元；4)对步骤3)所建立的封装单元模型进行参数标记并计算初始封装单元翘曲结果，并确定封装单元翘曲目标值；5)计算机重新调整封装单元的结构及工艺，使初始封装单元翘曲结果达到或者小于封装单元翘曲目标值；6)将计算机中对于封装单元设置的结构和工艺参数映射至整个晶圆，并得到整个晶圆的翘曲度仿真结果。2.根据权利要求1所述的扇出型封装晶圆的翘曲仿真方法，其特征在于：所述步骤4)中，封装单元翘曲目标值的计算采用如下公式：Wyg＝(1/A)*Wy*(Wxg/Wx)式中，Wx为初始晶圆翘曲结果，Wxg为晶...

【专利技术属性】
技术研发人员：王新，蒋振雷，陈锡波，
申请(专利权)人：杭州晶通科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33