从注塑成型到IC封装，制程数字分身为何如此重要？

注塑成型实务和模流分析比对过程当中，最关键的执行步骤便是需要尽可能让模流分析输入资料和真实世界注塑过程的条件一致。其中愈显重要的是注塑机台作动的模型建构。以注塑成型注塑单元来看，螺杆内部有进料区、塑化压缩区与计量区；如图 1 所示，借着螺杆一边旋转一边后退，将固体塑料往喷嘴端送，期间塑料由固态变成熔融态，累积于螺杆前端准备注塑。此螺杆前端至喷嘴区内，塑料将承受高温且具压缩性的明显变化（包括粘度及 PVT），若注塑保压的模拟将此因素纳入，将可以描述更好的入口条件，并产生更好的压力峰值预测。

在目前 Moldex3D 的模流分析工具中，使用者可透过机台分析步骤获得更贴近真实机台的流率变化行为，以及流率在初始阶段的延迟行为。考虑注塑单位的制程数字分身模拟，Moldex3D 还可结合在注塑保压过程中，料管前端塑料受到螺杆的压缩效应，模拟材料在注塑机的料管和喷嘴阶段所经历的暂态压缩行为；并且整合前述机台响应参数化模型和高分子熔融塑料的材料压缩性效应，进行注塑压力模拟，完整的注塑单位模拟图如图２所示。

图３为比对不同计算模式下所预测而得的射压差异。如前所述，传统 CAE 模式 (CAE mode) 只单纯考虑机台设定的一段变化，射压预测上会与实验有所差异；而考虑机台参数响应与料管压缩效应 (Machine integration)，射压预测的曲线可以大幅修正，模拟预 测 值 为 85.95MPa 接 近 现 场 85.81MPa， 并在保压切换点的预测上 (17.875mm) 更接近现场设定的(15mm)。

在 IC 晶片覆晶封装制程中，常使用点胶毛细力底部充填封装以达成保护元件之目的。其利用点胶机直接在晶片边缘将封装材料注入，并藉由毛细作用使液状封装材料持续流动涵盖整个晶片底层，整个点胶毛细力底部充填制程示意图如图４所示。底部充填材料价格不斐，因此胶量控制也是制程中被重视的环节之一。除点胶区域外，爬胶行为使得胶体在晶片侧面的凸块区域在也有流入的现象，故掌握溢胶流动除控制胶量的目的外，也有助于分析波前造成的包封。

导入点胶头移动路径的毛细力底部充填制程数字分身模拟，点胶资讯可设定包括多道路径、每道点胶量、点胶头移动起始时间及速度，并进一步在材料参数设定中，进行充填材料与不同材质接触面的接触角设定，模拟高分子行为受环境因子的变化，相关的参数设定如图５所示。在点胶给料后，胶体的流动平衡主要受到三个驱动力而流动：毛细力、重力，以及流体自身的粘滞力。因此胶量将包含毛细力充填流动、晶片侧向的爬胶边缘流动，以及胶体自身塌陷在载板上向外延伸的流动行为。可想而知，要针对这三种流动行为进行模拟，在数字分身工具使用上，须考虑点胶头移动路径以及其行为，才能完整描述其物理变化。图６显示点胶头区域的胶体随着底部充填的过程而塌陷的状态变化，其表述制程过程流动时的「点胶作动行为」、「凸块区域的底部充填」以及「晶粒外部的流动（爬胶与延伸流动）」不同行为变化，也代表了在建构制程数字分身过程中，考虑完整的物理行为元件模拟的必要性。

随着工业 4.0 理念在全球不断发酵，模拟工具使用者的需求已渐渐由单元制程模拟，演变成完整的虚实整合系统模拟。本文示范了两种不同制程数字分身模拟，从注塑成型模拟分析中整合机台响应参数化模型和高分子熔融塑料的材料压缩性效应，到 IC 封装制程中考虑点胶头移动的动态行为模拟，其目的皆是考虑制程过程中的元件作动，获得更精确的制程模拟结果，建置出完善的制程数字分身。透过这样的整合方式，后续在达到整个制程过程中，每个阶段的制程数字分身元件建构后，搭配生产设备自动化、联网化与智能化同时，将让使用者拥有更精密的运筹计划与有效的资源分配，快速解决生产制程时发生的问题，实现智能制造及智能设计。■

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