一种多目标芯片塑封工艺参数优化方法

本发明属于芯片塑封工艺的，尤其涉一种多目标芯片塑封工艺参数优化方法。

背景技术：

1、微电子技术的不断进步使得电子信息系统朝着多功能化、小型化与低成本的方向全面发展。其中，芯片塑封工艺正扮演着越来越重要的角色，直接影响着芯片大小、重量、寿命、性能和成本，决定着电子产品的性能与便携性。然而，影响芯片塑封成型质量的工艺参数较多，并且，工艺参数同质量指标之间存在复杂的、时变的非线性、强耦合关系，合理的求取一组最优工艺参数变得尤为困难。传统的寻优方法是芯片封装工程师通过经验不断调整工艺参数以期获得理想参数组合，但此种方法具有较大的盲目性，会大大延长芯片上市时间，造成成本的增加和原材料的浪费。如何科学、快速地求得满足芯片塑封工艺质量要求的工艺参数组合对注塑企业具有很大的现实意义。

技术实现思路

1、发明目的，本发明提出一种多目标芯片塑封工艺参数优化方法，解决了芯片塑封工艺参数难以快速达到最佳组合的问题，大大缩短了分析时间，提高了分析效率，满足当下芯片封装的生产需求及质量要求。

2、技术方案，为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种多目标芯片塑封工艺参数优化方法，该方法包括如下步骤：

3、步骤1，建立转注成型工艺的芯片有限元模型，利用田口正交法确定塑封工艺所需材料以及进浇口位置和数量；

4、步骤2，选取试验所需工艺参数和所需优化的质量指标，利用pb设计筛选出综合影响质量指标程度前四位的工艺参数；

5、步骤3，将步骤2中筛选出的工艺参数作为设计变量，步骤2中需要优化的质量指标作为响应变量，利用响应面法和最优拉丁超立方抽样两种方法分别设计试验表格，并通过moldex3d模流仿真软件得到设计变量所对应的响应变量结果，统计到试验表中；

6、步骤4，基于不同相关函数拟合设计变量与响应变量，分别构建响应面代理模型和kriging代理模型，检验代理模型的拟合精度是否满足需求，不满足，重复步骤1-步骤4；满足，则进入步骤5；

7、步骤5，基于步骤5拟合的代理模型，采用多目标优化算法进行寻优，将寻优得出的最佳工艺参数组合进行验证。

8、进一步的，步骤(1)中，所述建立芯片有限元模型的方法为：通过rhino建立芯片塑封产品有限元模型表面网格，利用moldex3d模流仿真软件对表面网格进行模拟仿真，根据最大轮廓线原则，通过moldex3d软件分析出最佳浇口区间范围。

9、进一步的，步骤(1)中，利用田口正交法设计试验包括：依据moldex3d的材料库选取所有材料，包括导线架材料、金线材料、塑封材料、基板材料，并结合最佳浇口区间范围，采用minitab软件设计正交表，在默认工艺参数条件下进行仿真分析得出质量指标，统计到试验表中。

10、进一步的，步骤(2)中，所述工艺参数为模具温度、塑料温度、冲胶压力、冲胶时间、熟化压力、熟化时间、空气温度、开模时间、初始转化率、熟化切换、开模后至顶出时间中的四种及四种以上，所述质量指标包括翘曲量、von mises应力、金线偏移、导线架偏移、体积收缩率中的两种或者多种，依据moldex3d的成型条件参数范围确定工艺参数的水平范围。

11、进一步的，步骤(2)中，针对多目标质量指标，通过综合评分实现多目标综合评估，权重占比按照平均分配：两个质量指标，则分别为50％；三个质量指标，则分别为33％，按百分制加权，百分制加权评估公式为：其中，i为试验序号；yi为第i组试验综合评分；wk为第k次试验权重占比；yki为第k次实验中第i组试验的质量指标数据结果；n为总试验次数。

12、进一步的，步骤(2)中，通过综合评分的标准化效应的pareto图筛选出综合影响质量指标程度前四位的工艺参数。

13、进一步的，步骤(3)中，将步骤(2)筛选出的工艺参数作为设计变量，通过响应面法和最优拉丁超立方抽样设计试验表格，设计变量的参数范围依据moldex3d的成型条件确定。

14、进一步的，步骤(4)中，基于不同相关函数拟合设计变量与响应变量，分别构建响应面代理模型和kriging代理模型；检验代理模型的拟合精度是否满足需求，若r2adjust＞0.9，则满足需求；

15、

16、其中，p为设计变量个数；xi为代理模型预测值；为软件模拟值；li为软件模拟值的平均值。

17、进一步的，步骤(4)中，拟合响应面代理模型采用线性相关函数、二次相关函数、三次相关函数、四次相关函数，拟合kriging代理模型采用高斯相关函数、指数型相关函数、线性相关函数、立方形相关函数，根据不同相关函数拟合结果，选取拟合精度满足要求，且拟合精度最高的代理模型作为唯一代理模型。

18、进一步的，步骤(5)中，采用不同的多目标优化算法对精度最高的代理模型进行优化，寻优范围为步骤(2)中所确定的工艺参数水平范围，迭代后分别得出最佳工艺参数组合，选取误差最小的最佳工艺参数作为翘曲变形和最小的工艺参数组合。

19、有益效果，与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益技术效果：

20、本发明先通过田口正交试验确定塑封材料和进浇口方案，然后通过pb设计确定各个工艺参数综合影响质量指标程度排名前四位的初步优化，再通过响应面法和最优拉丁超立方抽样两种方法将筛选出的工艺参数作为设计变量分别设计试验表格，并构建工艺参数与质量指标之间的代理模型的二次优化，最后根据多目标寻优算法获得最佳工艺参数组合，取得了明显的优化效果，缩短了分析时间，提高了分析效率，满足当下芯片封装的生产需求及质量要求。

技术特征：

1.一种多目标芯片塑封工艺参数优化方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种多目标芯片塑封工艺参数优化方法，其特征在于，步骤(1)中，所述建立芯片有限元模型的方法为：通过rhino建立芯片塑封产品有限元模型表面网格，利用moldex3d模流仿真软件对表面网格进行模拟仿真，根据最大轮廓线原则，通过moldex3d软件分析出最佳浇口区间范围。

3.根据权利要求2所述的一种多目标芯片塑封工艺参数优化方法，其特征在于，步骤(1)中，利用田口正交法设计试验包括：依据moldex3d的材料库选取所有材料，材料包括导线架材料、金线材料、塑封材料、基板材料，并结合最佳浇口区间范围，采用minitab软件设计正交表，在默认工艺参数条件下进行仿真分析得出质量指标，统计到试验表中。

4.根据权利要求1所述的一种多目标芯片塑封工艺参数优化方法，其特征在于，步骤(2)中，所述工艺参数为模具温度、塑料温度、冲胶压力、冲胶时间、熟化压力、熟化时间、空气温度、开模时间、初始转化率、熟化切换、开模后至顶出时间中的四种及四种以上，所述质量指标包括翘曲量、von mises应力、金线偏移、导线架偏移、体积收缩率中的两种或者多种，依据moldex3d的成型条件参数范围确定工艺参数的水平范围。

5.根据权利要求4所述的一种多目标芯片塑封工艺参数优化方法，其特征在于，步骤(2)中，针对多目标质量指标，通过综合评分实现多目标综合评估，权重占比按照平均分配：两个质量指标，则分别为50％；三个质量指标，则分别为33％，按百分制加权，百分制加权评估公式为：其中，i为试验序号；yi为第i组试验综合评分；wk为第k次试验权重占比；yki为第k次实验中第i组试验的质量指标数据结果；n为总试验次数。

6.根据权利要求1所述的一种多目标芯片塑封工艺参数优化方法，其特征在于，步骤(2)中，通过综合评分的标准化效应的pareto图筛选出综合影响质量指标程度前四位的工艺参数。

7.根据权利要求1所述的一种多目标芯片塑封工艺参数优化方法，其特征在于，步骤(3)中，将步骤(2)筛选出的工艺参数作为设计变量，通过响应面法和最优拉丁超立方抽样设计试验表格，设计变量的参数范围依据moldex3d的成型条件确定。

8.根据权利要求1所述的一种多目标芯片塑封工艺参数优化方法，其特征在于，步骤(4)中，基于不同相关函数拟合设计变量与响应变量，分别构建响应面代理模型和kriging代理模型；检验代理模型的拟合精度是否满足需求，若r2adjust＞0.9，则满足需求；

9.根据权利要求8所述的一种多目标芯片塑封工艺参数优化方法，其特征在于，步骤(4)中，拟合响应面代理模型采用线性相关函数、二次相关函数、三次相关函数、四次相关函数，拟合kriging代理模型采用高斯相关函数、指数型相关函数、线性相关函数、立方形相关函数，根据不同相关函数拟合结果，选取拟合精度满足要求，且拟合精度最高的代理模型作为唯一代理模型。

10.根据权利要求1所述的一种多目标芯片塑封工艺参数优化方法，其特征在于，步骤(5)中，采用不同的多目标优化算法对精度最高的代理模型进行优化，寻优范围为步骤(2)中所确定的工艺参数水平范围，迭代后分别得出最佳工艺参数组合，选取误差最小的最佳工艺参数作为翘曲变形和最小的工艺参数组合。

技术总结
本发明提出一种多目标芯片塑封工艺参数优化方法，该方法包括(1)建立转注成型工艺的芯片有限元模型，确定最佳材料种类和进浇口方案；(2)选取试验所需工艺参数和所需优化质量指标，筛选综合影响质量指标的重要工艺参数；(3)利用响应面法、最优拉丁超立方抽样分别设计试验；(4)拟合设计变量与响应变量，基于不同相关函数分别构建代理模型，并检验模型精度是否满足要求；(5)采用多目标优化算法进行寻优，将最佳工艺参数进行反馈。

技术研发人员：蔡志匡,禹华宸,刘璐,吴洁,王子轩,肖建,郭宇锋
受保护的技术使用者：南京邮电大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4