Análise de projetos de encapsulamentos do tipo System-In-Package aplicando fluidodinâmica computacional (CFD) no processo de moldagem por compressão
| Orientador(a) (dc.contributor.advisor) | Fernandes, Iara Janaína | |
| Coorientador(a) (dc.contributor.advisor-co1) | Zinani, Flávia Franceschini | |
| Lattes Coorientador(a) (dc.contributor.advisor-co1Lattes) | http://lattes.cnpq.br/8732272690265023 | pt_BR |
| Lattes Orientador(a) (dc.contributor.advisorLattes) | http://lattes.cnpq.br/0314861909270969 | pt_BR |
| Autor(a) (dc.contributor.author) | Padão, Felipe Schver | |
| Autor(a) Lattes (dc.contributor.authorLattes) | http://lattes.cnpq.br/7303431695346297 | pt_BR |
| Data de Disponibilização (dc.date.accessioned) | 2024-08-29T18:18:15Z | |
| dc.date.available (dc.date.available) | 2024-08-29T18:18:15Z | |
| Data da defesa / Data do evento (dc.date.issued) | 2023-10-31 | |
| Abstract (dc.description.abstract) | Integrated circuits of the System-In-Package (SiP) type typically exhibit high component density in their construction, which may pose challenges in the integrated circuit encapsulation process. The aim of this study was to develop a computational model to simulate the compression molding process, with the purpose of validating SiP encapsulation designs, specifically in hard-to-reach regions such as the 16 Land Grid Array (LGA) device area, which was the focus of this study. This work aimed to improve the flow of the molding compound, also known as Epoxy Molding Compound (EMC), reducing the incidence of voids, a defect formed after molding where air becomes trapped in a specific region of the chip, potentially causing various quality issues such as short circuits, electrical defects, component delamination, and more. The methodology involved the study of different designs, with "A" and "B" being pre-existing SiP device designs, along with proposed designs "C" and "D" specifically for this study. These alternatives aimed to enhance the EMC flow. The main difference between designs is essentially the internal design of the integrated circuit, where the central terminal, responsible for heat dissipation, was modified. Existing samples underwent acoustic microscopy analysis, cross-sectional cutting, and statistical analysis. Designs "A" and "B," along with designs "C" and "D," were evaluated through numerical simulations using the COMSOL Multiphysics® program. Each design involved a change in the channel layout, aiming to improve the EMC flow. Design "A" lacked a proper entry area for EMC, and its channel construction hindered flow. On the other hand, the other designs provided an extra entry area for EMC, and their channels were reconfigured for improved fluidity, each with its own characteristics. Results showed that design "B" exhibited significant improvements compared to design "A," used as a reference. Design "B" demonstrated a 19.28% improvement in mass flow (fluidity), resulting in a substantial reduction in void formation, an undesirable flaw in semiconductor encapsulation processes. Designs "C" and "D," developed as alternatives to designs "A" and "B," showed simulation improvements compared to design "A" but not as much as the results obtained with "B." Design "C" had a 6.06% increase in mass flow, while design "D" showed a 16.80% increase compared to design "A." This approach provided insights to enhance designs subjected to the compression molding process, highlighting that design "B" is the alternative with the best channel flow and consequently has a lower probability of void formation. | en |
| Resumo (dc.description.resumo) | 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. | pt_BR |
| Agência de fomento (dc.description.sponsorship) | Nenhuma | pt_BR |
| URI (dc.identifier.uri) | http://repositorio.jesuita.org.br/handle/UNISINOS/13213 | |
| Idioma (dc.language) | pt_BR | pt_BR |
| Nome da instituição (dc.publisher) | Universidade do Vale do Rio dos Sinos | pt_BR |
| País da Instituição (dc.publisher.country) | Brasil | pt_BR |
| Departamento (dc.publisher.department) | Escola Politécnica | pt_BR |
| Sigla da Instituição (dc.publisher.initials) | Unisinos | pt_BR |
| Programa (dc.publisher.program) | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica | pt_BR |
| Direitos de acesso ao documento (dc.rights) | openAccess | pt_BR |
| Assunto (dc.subject) | Simulação numérica de circuitos integrados | pt_BR |
| Assunto (dc.subject) | System-in-Package | en |
| Assunto (dc.subject) | Moldagem por compressão | pt_BR |
| Assunto (dc.subject) | Encapsulamento de semicondutores | pt_BR |
| Assunto (dc.subject) | CFD com elementos finitos | pt_BR |
| Assunto (dc.subject) | Numerical simulation of integrated circuits | en |
| Assunto (dc.subject) | Compression molding | en |
| Assunto (dc.subject) | Semiconductor encapsulation | en |
| Assunto (dc.subject) | Finite element CFD | en |
| Tema (CNPq) (dc.subject.cnpq) | ACCNPQ::Engenharias::Engenharia Elétrica | pt_BR |
| Título (dc.title) | Análise de projetos de encapsulamentos do tipo System-In-Package aplicando fluidodinâmica computacional (CFD) no processo de moldagem por compressão | pt_BR |
| Tipo de arquivo (dc.type) | Dissertação | pt_BR |
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