Análise de projetos de encapsulamentos do tipo System-In-Package aplicando fluidodinâmica computacional (CFD) no processo de moldagem por compressão

Circuitos integrados do tipo System-In-Package (SiP) caracteristicamente apresentam alta densidade de componentes passivos em sua construção, o que pode vir a apresentar desafios no processo de encapsulamento do circuito integrado. O objetivo deste estudo foi desenvolver um modelo computacional para simular o processo de moldagem por compressão, com a finalidade de validar projetos de encapsulamentos do tipo SiP, mais precisamente, em regiões de difícil acesso, como é o caso da região onde se encontra o dispositivo 16 LGA (Land Grid Array), área do chip onde foi concentrado este estudo. Este trabalho visou a melhoria do escoamento do composto de moldagem, também conhecido pelo termo Epoxy Molding Compound (EMC), diminuindo a incidência de vazios, que é um defeito formado após a moldagem onde o ar fica aprisionado em determinada região do chip, podendo causar diversos problemas de qualidade, como por exemplo, curto-circuito, defeitos elétricos, delaminação do componente e etc. A metodologia envolveu o estudo de diferentes projetos, sendo "A" e "B" projetos já confeccionados dos dispositivos SiP, juntamente com projetos “C” e "D", propostos para este estudo, sendo estes uma alternativa que visou a melhoria do fluxo de EMC. A diferença entre projetos é basicamente o projeto interno do circuito integrado, onde modificou-se basicamente o terminal central, que tem a função de dissipação de calor. As amostras existentes foram sujeitas à análise de microscopia acústica, corte de secção transversal, e análise estatística. Os projetos “A” e “B” em conjunto com os projetos “C” e “D” foram avaliados por meio de simulações numéricas utilizando o programa COMSOL Multiphysics®. Cada um dos projetos envolve uma mudança no desenho dos seus canais, que visaram melhorar o escoamento do EMC. O projeto “A” não apresenta uma boa área de entrada para o EMC e a construção dos seus canais dificulta o escoamento. Por outro lado, os demais projetos, apresentam uma área extra para entrada do EMC e seus canais foram reconfigurados buscando uma fluidez melhor, cada um com suas particularidades. Os resultados mostraram que o projeto “B” apresentou melhorias significativas em comparação ao projeto “A”, utilizado como referência. O projeto "B" demonstrou uma melhoria de 19,28% na vazão mássica (fluidez). Isso resultou em uma redução substancial na formação de vazios, que é uma falha indesejada no processo de encapsulamento de semicondutores. Os projetos “C” e “D”, que foram desenvolvidos como alternativas aos projetos “A” e “B”, tiveram uma simulação que apresentou melhorias significativas em relação ao projeto “A”, mas não tanto quanto os resultados obtidos com “B”. O projeto “C” teve um aumento de 6,06% na vazão mássica, enquanto o projeto “D” apresentou um aumento 16,80%, em comparação ao projeto “A”. Essa abordagem ofereceu informações para aprimorar projetos submetidos ao processo de moldagem por compressão. Dessa forma, foi evidenciado que o projeto "B" é a alternativa com melhor escoamento em seus canais e consequentemente apresenta menor probabilidade de formação de vazios.