(57)【要約】      （修正有）【課題】樹脂により封止成形される半導体装置において、封止金型内へ充填される樹脂の流動挙動の予測と、樹脂との衝突によるワイヤーの変形量の予測とを、正確に行えるようにした樹脂流動予測装置及びその方法を提供する。【解決手段】封止金型内での樹脂の流動挙動を計算する流動解析部１０２ａと、ワイヤーに作用する応力を計算する構造解析部１０２ｂとを有する。設定された充填時間を細分化した微小分割時間毎に、流動解析部１０２ａと構造解析部１０２ｂとにより計算が収束するまで反復計算するとともに、微小分割時間をもとに進めた計算が収束した場合、次の微小分割時間に関し同様に反復計算することにより、設定された充填時間に到達するまで計算処理を繰り返す。【選択図】図５
2007165732.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップと、外部端子となるリードと、前記リードと半導体素子の電極とを結線したワイヤーとを、封止金型内に配置して、樹脂により封止成形される半導体装置について、前記封止金型内へ充填される前記樹脂の流動挙動を予測するとともに、前記樹脂との衝突による前記ワイヤーの変形量を予測するための樹脂流動予測装置であって、
前記封止金型内での樹脂の流動挙動を計算する流動解析手段と、
前記流動解析手段により解析した樹脂の各部での流動挙動を利用して、前記ワイヤーに作用する応力を計算し、前記ワイヤーの変形量を取得する構造解析手段と、
設定された充填時間を細分化した微小分割時間毎に、前記流動解析手段と構造解析手段とにおいて計算が収束するまで反復計算するとともに、前記微小分割時間をもとに進めた計算が収束した場合に、次の微小分割時間について同様に前記流動解析手段と構造解析手段とにおいて計算が収束するまで反復計算することにより、前記設定された充填時間に到達するまで計算処理を繰り返す解析処理手段と、
を備えたことを特徴とする樹脂流動予測装置。
【請求項２】
解析処理手段は、微小分割時間についての流動解析と構造解析の計算により求められたワイヤーの変形量に基づいて、前記ワイヤーの形状を変形させるものであることを特徴とする請求項１記載の樹脂流動予測装置。
【請求項３】
解析処理手段は、微小分割時間についての流動解析と構造解析の計算により求められた樹脂の流動挙動に基づいて、樹脂流路の形状を変形させるものであることを特徴とする請求項１または２記載の樹脂流動予測装置。
【請求項４】
ワイヤーの形状を梁要素で細分化して構成するための入力データ処理手段を備えたことを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項記載の樹脂流動予測装置。
【請求項５】
樹脂流路の形状を３次元要素で細分化して構成するための入力データ処理手段を備えたことを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項記載の樹脂流動予測装置。
【請求項６】
入力データ処理手段は、ワイヤーを要素と接点とを用いて細分化するものであるとともに、前記ワイヤーの接点と重複する接点を持つように樹脂流路の形状を要素に細分化して構成するものであることを特徴とする請求項４または５記載の樹脂流動予測装置。
【請求項７】
変形した樹脂流路の形状の要素のアスペクト比を計算して、前記アスペクト比が設定値未満ならば、前記変形した樹脂流路の形状を用いて計算を行うように指示する再細分化判定手段を備えたことを特徴とする請求項３から６までのいずれか１項記載の樹脂流動予測装置。
【請求項８】
変形した樹脂流路の形状の要素のアスペクト比を計算して、前記アスペクト比が設定値以上ならば、前記変形した樹脂流路の形状の再細分化を行うように指示する再細分化判定手段を備えたことを特徴とする請求項３から７までのいずれか１項記載の樹脂流動予測装置。
【請求項９】
半導体チップと、外部端子となるリードと、前記リードと半導体素子の電極とを結線したワイヤーとを、封止金型内に配置して、樹脂により封止成形される半導体装置について、前記封止金型内へ充填される前記樹脂の流動挙動を予測するとともに、前記樹脂との衝突による前記ワイヤーの変形量を予測するための樹脂流動予測方法であって、
前記封止金型内での樹脂の流動挙動を計算し、
前記計算した樹脂の各部での流動挙動を利用して、前記ワイヤーに作用する応力を計算することで、前記ワイヤーの変形量を取得し、
設定された充填時間を細分化した微小分割時間毎に、前記樹脂の流動挙動とワイヤーに作用する応力との計算が収束するまで反復計算するとともに、前記微小分割時間をもとに進めた計算が収束した場合に、次の微小分割時間について同様に計算が収束するまで反復計算することにより、前記設定された充填時間に到達するまで計算処理を繰り返す、
ことを特徴とする樹脂流動予測方法。
【請求項１０】
微小分割時間についての計算により求められたワイヤーの変形量に基づいて、前記ワイヤーの形状を変形させることを特徴とする請求項９記載の樹脂流動予測方法。
【請求項１１】
微小分割時間について計算により求められた樹脂の流動挙動に基づいて、樹脂流路の形状を変形させることを特徴とする請求項９または１０記載の樹脂流動予測方法。
【請求項１２】
ワイヤーの形状を梁要素で細分化して構成することを特徴とする請求項９から１１までのいずれか１項記載の樹脂流動予測方法。
【請求項１３】
樹脂流路の形状を３次元要素で細分化して構成することを特徴とする請求項９から１２までのいずれか１項記載の樹脂流動予測方法。
【請求項１４】
ワイヤーを要素と接点とを用いて細分化するとともに、細分化されたワイヤーの接点と重複する接点を持つように、樹脂流路の形状を細分化して構成することを特徴とする請求項１２または１３記載の樹脂流動予測方法。
【請求項１５】
変形した樹脂流路の形状の要素のアスペクト比を計算して、前記アスペクト比が設定値未満ならば、前記変形した樹脂流路の形状を用いて計算を行うことを特徴とする請求項１１から１４までのいずれか１項記載の樹脂流動予測方法。
【請求項１６】
変形した樹脂流路の形状の要素のアスペクト比を計算して、前記アスペクト比が設定値以上ならば、前記変形した樹脂流路の形状の再細分化を行うことを特徴とする請求項１１から１５までのいずれか１項記載の樹脂流動予測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は樹脂流動予測装置及びその方法に関し、特に、半導体チップと、外部端子となるリードと、前記リードと半導体素子の電極とを結線したワイヤーとを、封止金型内に配置して、樹脂により封止成形するようにした半導体装置において、封止金型内へ充填される樹脂の流動挙動を予測するとともに、封止樹脂との衝突によるワイヤーの変形量を予測するための、樹脂流動予測装置及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣ（Integrated Circuit）、ＬＳＩ（Large Scale Integrated Circuit）等の半導体装置は、電子回路が形成された半導体チップを基板あるいはリードフレーム上に載置し、これら半導体チップと基板あるいはリードフレームとをワイヤーにより電気的に接続した状態で封止金型内に配置し、この封止金型内に熱硬化性樹脂を流し込んで樹脂封止することにより成形される。
【０００３】
近年の電子機器の多機能化、小型・薄型化に伴い、半導体装置においても小型化薄型化が進む一方で、機能が複雑化し、端子数も増加傾向にある。このため、樹脂が流れる封止金型内での流路の厚さや幅が小さくなり、その結果として、未充填ボイド、ダイパッド変位、ワイヤーの変形によるショート、断線等の不良が発生する率が高くなっている。
【０００４】
そこで、このような半導体装置の製造工程において、樹脂封止する場合には、封止金型内へ充填される樹脂の流動挙動を考慮した設計を行う必要があり、従来においては、試作を繰り返すことにより、最適な成形条件や製品形状を求めている。このため多くの工数と時間が費やされている。
【０００５】
一方、コンピュータを使用したシミュレーションを用いて、樹脂の充填挙動とワイヤーの変形量とを算出する手法が実用化されている。これは封止金型内の樹脂の流路を多数の微小空間に分割（以下、「要素分割」という）し、溶融樹脂の流動挙動を算出し、その樹脂の挙動から得られた結果を基にワイヤーの変形量を算出するものである。その手法として、通常は有限要素法が用いられる。
【０００６】
半導体装置の封止金型内へ充填される樹脂の流動挙動を予測し、かつ樹脂との衝突によるワイヤーの変形量を予測するための、従来の樹脂流動予測方法は、図８に示す手順で行われている。この手順を説明すると次のようになる。
【０００７】
図８において、１０１は入力データ処理部、１０２は解析処理部である。また、解析処理部１０２において、１０２ａは流動解析部、１０２ｂは構造解析部である。入力データ処理部１０１において、流動解析部１０２ａで使用する半導体装置の樹脂部分つまり封止金型内において樹脂が流れる流路の形状モデルを作成（ステップＳ５１）し、構造解析部１０２ｂで使用するワイヤーの形状モデルを作成（ステップＳ５２）する。
【０００８】
図９に解析対象となる半導体装置を示す。図９（ａ）は、その半導体装置の拡大断面図を示す。図９（ａ）のワイヤー５の形状モデルを作成したものが図９（ｂ）、樹脂の流路２０の形状モデルを作成したものが図９（ｃ）である。
【０００９】
図９（ａ）において、４は半導体チップで、接着剤３を介してダイパッド２の上に装着されている。６はリードである。ワイヤー５は半導体チップ４とリード６とを結線している。８は、樹脂を充填するための上金型、２０は樹脂の流路、２１は樹脂の注入方向である。
【００１０】
図９（ｂ）に示すように、ワイヤー５の形状モデルは要素分割（ステップＳ５３）され、要素５ａと接点５ｂで表現される。ここでは、要素数の増大を防ぐため、要素５ａは梁要素で構成している。また、図９（ｃ）において、樹脂の流路２０の形状モデルは要素分割（ステップＳ５４）され、要素２０ａと接点（図１０参照）で表現される。ここでは、図１０に示すように、要素２０ａは３次元四面体要素で構成し、各頂点には接点２０ｂが存在する。
【００１１】
図８の流動解析部１０２ａに、ステップＳ５４で要素分割された流路形状モデルを読み込み、樹脂物性データ入力（ステップＳ５５）と、成形条件入力（ステップＳ５６）とを行い、設定した充填時間が完了するまでの流動計算を実行する（ステップＳ５７）。この解析では、溶融状態で封止金型内に充填される樹脂の流動挙動を解析し、要素分割した流路形状モデルの各要素における、充填過程での樹脂の粘度、速度、温度、圧力等の予測データが得られる（ステップＳ５８）。このとき、従来においては、封止金型内にワイヤーが存在しないものとして、解析が行われている。
【００１２】
次に、構造解析部１０２ｂに、上記流動解析部１０２ａで実行された流動解析により得られた予測データと、ステップＳ５３で要素分割されたワイヤー形状モデルとを読み込むとともに、ワイヤー物性データを入力（ステップＳ５９）して、樹脂封止時にワイヤーに作用する応力の計算を行う（ステップＳ６０）。この解析では、封止金型内に充填された樹脂との衝突によるワイヤーの変形を解析することで、図９（ｂ）に示すように要素分割したワイヤー形状モデルの各要素に働く応力、変位等の予測データが得られる。このとき、流動解析部１０２ａで得られたデータは流路形状データの各要素に関して得られたデータであるため、ワイヤー形状モデルデータの各要素に適合するように補間されたデータが用いられる。最後にワイヤーの応力計算の結果から、ワイヤーの変形量などの算出を行い（ステップＳ６１）、樹脂流動予測の解析を終了する。
【００１３】
図９（ａ）に示した半導体装置における樹脂の流動挙動の様子を図１１に示す。図１１においては、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の順に時間が経過している。図１１（ａ）では樹脂流路２０にまだ障害物が何も存在しないため、樹脂１の流れは均一である。しかし、図１１（ｂ）及び（ｃ）では、樹脂流路２０に障害物であるワイヤー５が存在するため、このワイヤー５に樹脂１が衝突することにより、樹脂１はワイヤー５を変形させながら流れることになる。そのため、ワイヤー５の有無により、流れる樹脂１の流動挙動は変化する。
【００１４】
しかしながら、図８に示す従来の方法では、流動解析部１０２ａで計算した流動挙動では、ワイヤー５が存在しない状態で計算されているため、図１２に示すような結果が得られる。図１２においては、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の順に時間経過している。すなわち、本来のワイヤー５のある場所を流れる樹脂１とない場所を流れる樹脂１との流動挙動の差が表現できない。従って、実際の流動挙動と一致していない流動解析結果に基づいて計算がされてしまい、このためワイヤー５の変形量も計算結果と実測結果が一致しないという問題が発生する。
【００１５】
そこで、樹脂流路の形状モデルにワイヤーの形状モデルに相当する穴をあらかじめ開けておき、ワイヤーの存在する場所に樹脂が流れないようにして、流動解析をする方法が考えられる。この方法で、ワイヤー変形に伴い、樹脂流路の形状モデルも変形できれば、より厳密な解析が実行できる。しかし、半導体装置では、ワイヤーは非常に細く、多数張られているため、要素数が膨大になり、計算に多大な時間を要するため、実用的ではない。また、樹脂流路の形状モデルを変形することで、要素の品質が悪くなり、解析精度の低下が懸念される。
【００１６】
なお、要素数が膨大になって計算に多大な時間を費やすことを防止した、ワイヤ変形予測装置およびワイヤ変形予測方法が、特許文献１において提案されている。しかし、この方法では、樹脂の流動解析時にワイヤーの形状を考慮していないため、封止金型内において、樹脂との衝突によるワイヤーの移動による樹脂流路の形状の変形が表現されない。このため、正確な樹脂の流動挙動を予測することができない。従って、ワイヤーの変形量も正確に予測できないこととなる。
【特許文献１】特開２００３−２３４３６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、半導体チップとその電極とをワイヤーで結線して封止金型内に配置したうえで、樹脂により封止成形するようにした半導体装置について、封止金型内へ充填される樹脂の流動挙動と、樹脂との衝突によるワイヤーの変形量とを正確に予測可能な樹脂流動予測装置及びその方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
前記目的を達成するため、本発明の、半導体チップと、外部端子となるリードと、前記リードと半導体素子の電極とを結線したワイヤーとを、封止金型内に配置して、樹脂により封止成形される半導体装置について、前記封止金型内へ充填される前記樹脂の流動挙動を予測するとともに、前記樹脂との衝突による前記ワイヤーの変形量を予測するための樹脂流動予測装置は、
前記封止金型内での樹脂の流動挙動を計算する流動解析手段と、
前記流動解析手段により解析した樹脂の各部での流動挙動を利用して、前記ワイヤーに作用する応力を計算し、前記ワイヤーの変形量を取得する構造解析手段と、
設定された充填時間を細分化した微小分割時間毎に、前記流動解析手段と構造解析手段とにおいて計算が収束するまで反復計算するとともに、前記微小分割時間をもとに進めた計算が収束した場合に、次の微小分割時間について同様に前記流動解析手段と構造解析手段とにおいて計算が収束するまで反復計算することにより、前記設定された充填時間に到達するまで計算処理を繰り返す解析処理手段とを備えたことを特徴とする。
【００１９】
本発明の樹脂流動予測装置によれば、上記において、解析処理手段は、微小分割時間についての流動解析と構造解析の計算により求められたワイヤーの変形量に基づいて、前記ワイヤーの形状を変形させるものであることが好適である。
【００２０】
本発明の樹脂流動予測装置によれば、上記において、解析処理手段は、微小分割時間についての流動解析と構造解析の計算により求められた樹脂の流動挙動に基づいて、樹脂流路の形状を変形させるものであることが好適である。
【００２１】
本発明の樹脂流動予測装置によれば、上記において、ワイヤーの形状を梁要素で細分化して構成するための入力データ処理手段を備えることが好適である。
本発明の樹脂流動予測装置によれば、上記において、樹脂流路の形状を３次元要素で細分化して構成するための入力データ処理手段を備えることが好適である。
【００２２】
本発明の樹脂流動予測装置によれば、上記において、入力データ処理手段は、ワイヤーを要素と接点とを用いて細分化するものであるとともに、前記ワイヤーの接点と重複する接点を持つように樹脂流路の形状を要素に細分化して構成するものであることが好適である。
【００２３】
本発明の樹脂流動予測装置によれば、上記において、変形した樹脂流路の形状の要素のアスペクト比を計算して、前記アスペクト比が設定値未満ならば、前記変形した樹脂流路の形状を用いて計算を行うように指示する再細分化判定手段を備えることが好適である。
【００２４】
本発明の樹脂流動予測装置によれば、上記において、変形した樹脂流路の形状の要素のアスペクト比を計算して、前記アスペクト比が設定値以上ならば、前記変形した樹脂流路の形状の再細分化を行うように指示する再細分化判定手段を備えることが好適である。
【００２５】
本発明の、半導体チップと、外部端子となるリードと、前記リードと半導体素子の電極とを結線したワイヤーとを、封止金型内に配置して、樹脂により封止成形される半導体装置について、前記封止金型内へ充填される前記樹脂の流動挙動を予測するとともに、前記樹脂との衝突による前記ワイヤーの変形量を予測するための樹脂流動予測方法は、
前記封止金型内での樹脂の流動挙動を計算し、
前記計算した樹脂の各部での流動挙動を利用して、前記ワイヤーに作用する応力を計算することで、前記ワイヤーの変形量を取得し、
設定された充填時間を細分化した微小分割時間毎に、前記樹脂の流動挙動とワイヤーに作用する応力との計算が収束するまで反復計算するとともに、前記微小分割時間をもとに進めた計算が収束した場合に、次の微小分割時間について同様に計算が収束するまで反復計算することにより、前記設定された充填時間に到達するまで計算処理を繰り返すことを特徴とする。
【００２６】
本発明の樹脂流動予測方法によれば、上記において、微小分割時間についての計算により求められたワイヤーの変形量に基づいて、前記ワイヤーの形状を変形させることが好適である。
【００２７】
本発明の樹脂流動予測方法によれば、上記において、微小分割時間について計算により求められた樹脂の流動挙動に基づいて、樹脂流路の形状を変形させることが好適である。
本発明の樹脂流動予測方法によれば、上記において、ワイヤーの形状を梁要素で細分化して構成することが好適である。
【００２８】
本発明の樹脂流動予測方法によれば、上記において、樹脂流路の形状を３次元要素で細分化して構成することが好適である。
本発明の樹脂流動予測方法によれば、上記において、ワイヤーを要素と接点とを用いて細分化するとともに、細分化されたワイヤーの接点と重複する接点を持つように、樹脂流路の形状を細分化して構成することが好適である。
【００２９】
本発明の樹脂流動予測方法によれば、上記において、変形した樹脂流路の形状の要素のアスペクト比を計算して、前記アスペクト比が設定値未満ならば、前記変形した樹脂流路の形状を用いて計算を行うことが好適である。
【００３０】
本発明の樹脂流動予測方法によれば、上記において、変形した樹脂流路の形状の要素のアスペクト比を計算して、前記アスペクト比が設定値以上ならば、前記変形した樹脂流路の形状の再細分化を行うことが好適である。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の樹脂流動予測装置およびその方法によれば、封止金型内へ充填される樹脂の流動挙動を予測するとともに、樹脂との衝突によるワイヤーの変形量を予測する樹脂流動予測装置において、充填時間を細分化し、微小分割時間ごとに、封止金型内での樹脂の流動挙動を計算し、その結果から得られた値を利用して、ワイヤーに作用する応力を計算し、その計算に際しては、樹脂の流動計算とワイヤーの構造計算とを収束するまで反復して、ワイヤーの変形量を求めるものであるため、充填時間を細かく分割すればするほど、及び要素の大きさを小さく分割すればするほど、精度のよい樹脂の流動挙動とワイヤー変形量を算出することができる。
【００３２】
また、変形後の流路形状モデルの要素のアスペクト比を計算する再細分化判定手段を備え、アスペクト比が悪化した場合に、流路形状モデルの要素の再分割を行い、良好な要素に変更するものであることにより、解析精度の低下及び計算時間の長大化を防止することができる。また、アスペクト比が設定値未満ならば、そのままの流路形状モデルを利用し、要素の再分割の作業にかかる時間を省略することができる。そのため、解析に要する時間を短縮することができる。
【００３３】
また、ワイヤーモデルを梁要素で構成することで、要素数が膨大になって計算に多大な時間を費やすようになることを防止できる。さらに、ワイヤーモデルの接点と共有化するように流路形状モデルを要素分割することで、樹脂の流動と連動してワイヤーが変形するように解析することができ、これにより、精度のよい樹脂の流動挙動とワイヤー変形量を算出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
まず、本発明の実施の形態の樹脂流動予測装置によって樹脂の流動挙動とワイヤー変形との予測が行われる半導体装置について説明する。この半導体装置を図１に示す。図１（ａ）は同半導体装置の断面図、図１（ｂ）はその上側の樹脂を除いて示す平面図である。なお、図１（ａ）は、図１（ｂ）におけるＡ―Ａ線に沿った断面図である。図示のように、半導体チップ４はダイパッド２の部分に接着剤３を介したダイボンディングにより搭載され、半導体チップ４の電極（図示せず）と、ダイパッド２の周辺にある複数本のインナーリード６ａのそれぞれの先端とが、ワイヤー５でワイヤーボンディングされて電気的接続がなされている。６はリード、７は吊りリードである。これらが、図示のように、所定の形状の金型にて四辺形の平板状に形成された樹脂１でモールドされて、半導体装置５０を構成している。
【００３５】
次に、半導体装置を樹脂封止する様子を、図２を参照して説明する。図１と同様に、図２（ａ）は断面図、図２（ｂ）は上側の部分を除いた平面図であり、図２（ａ）は図２（ｂ）におけるＢ―Ｂ線に沿った断面図である。図示のように、ダイパッド２上に半導体チップ４が搭載され、ワイヤー５でリード６に電気的に接続されたリードフレームを、封止金型の上金型８と下金型９とで密封し、注入ゲート１０より樹脂１を注入方向２１に注入して樹脂封止する。このとき、樹脂１が流動してワイヤー５に衝突し、ワイヤー５はその力を受けて変形する。封止樹脂１の硬化後に、封止金型の上金型８と下金型９とを開く。
【００３６】
次に、樹脂１の流動挙動によって生じるワイヤー５の変形の様子を、図３を参照して説明する。図３（ａ）（ｂ）は樹脂注入前のワイヤーの状態を示し、図３（ｃ）（ｄ）樹脂注入後のワイヤーの状態を示す。図３（ａ）は図３（ｂ）におけるＣ−Ｃ線に沿った断面図、図３（ｃ）は図３（ｄ）におけるＤ−Ｄ線に沿った断面図である。図３（ａ）（ｂ）に示すように、ワイヤー５は半導体チップ４の電極（図示せず）から放射状に延びて、インナーリード６ａに接続されている。樹脂は、注入方向２１に注入される。図３（ａ）（ｂ）に示すように樹脂注入前には直線状に配置されていたワイヤー５が、図３（ｃ）（ｄ）に示すように、樹脂注入後は、樹脂の流動により力を受けたことにより変形して湾曲している。
【００３７】
図４は図３における要部の拡大図であって、図４（ａ）はその断面図、図４（ｂ）はその平面図である。ここでは、樹脂注入前のワイヤーを破線５′で示すとともに、樹脂注入後のワイヤーを実線５で示している。
【００３８】
ワイヤー５、５′の変形量は、樹脂の流動方向に対しワイヤーが垂直に位置すると大きくなる。すなわち、図４において、樹脂の流速ベクトルとワイヤー５′とのなす角度θが直角に近い程、ワイヤーの変形量は大きくなる。また、ワイヤーの変形量は、その長さＬに比例して大きくなる。
【００３９】
次に、本発明の実施の形態の樹脂流動予測装置及びその方法について説明する。本発明の実施の形態の樹脂流動予測は、図５に示す装置及び手順で行われる。図５において、１０１は入力データ処理部、１０２は解析処理部、１０２ａは流動解析部、１０２ｂは構造解析部、１０３は再細分化判定部である。
【００４０】
まず、入力データ処理部１０１において、後で説明する流動解析及び構造解析で使用する半導体装置の樹脂部分、つまり封止金型内において樹脂が流れる流路の形状モデルの作成（ステップＳ１）を行うとともに、ワイヤーの形状モデルの作成（ステップＳ２）を行う。
【００４１】
図６に解析対象となる半導体装置を示す。図６（ａ）はその拡大断面図を示し、図６（ｂ）は図６（ａ）のワイヤー５の形状モデルを示し、図６（ｃ）は図６（ａ）樹脂の流路２０の形状モデルを示す。
【００４２】
図６（ｂ）に示すように、ワイヤー５の形状モデルは、図５の入力データ処理部１０１において要素分割（ステップＳ３）され、要素５ａと接点５ｂで表現される。ここでは、要素数の増大を防ぐため、要素５ａは梁要素で構成している。ここまでの手順は、上述の従来の樹脂流動予測方法と全く同じである。
【００４３】
図６（ｃ）に示すように、樹脂の流路２０の形状モデルは図５の入力データ処理部１０１において要素分割（ステップＳ４）され、要素２０ａと接点（図示せず）とで表現される。ここでは、従来の方法と同様に、図１０に示すように要素２０ａは３次元四面体要素で構成し、各頂点には接点２０ｂが存在する。ここで、流路の形状モデルの接点２０ｂは、ワイヤーの形状モデルの要素分割により作成された接点５ｂの全てと重複するように作成する。このように構成することで、樹脂の流路２０の形状モデルの変化と連動して、ワイヤー５の形状モデルも変化することになる。
【００４４】
またステップＳ４においては、流路形状モデルの要素のアスペクト比の上限値を設定する。図５において、「ＸＸ」はその設定値を示す
【００４５】
次に、図５において、解析処理部１０２の流動解析部１０２ａに、ステップＳ４で要素分割された流路形状モデルを読み込み、樹脂物性データや成形条件等の入力を行う。
【００４６】
樹脂物性データとして、
（１）粘度の、せん断速度依存性、温度依存性、硬化度依存性
（２）硬化度の温度依存性、時間依存性
（３）比熱
（４）熱伝導率
（５）密度
等を入力する（ステップＳ５）。
【００４７】
成形条件として、
（１）金型の温度
（２）注入時間
（３）注入圧力
（４）樹脂の温度
等を入力する（ステップＳ６）。
【００４８】
次に、時刻０から現在の時刻迄の時間ｔについての流動計算を行う（ステップＳ７）。半導体封止過程の流動計算には、一般的に使用されている樹脂流動解析装置であるところの、有限要素法等の手法により離散化して解く樹脂流動解析装置を用いればよい。このような樹脂流動解析装置では、熱硬化性樹脂の流動解析には次式が使用されている。
【００４９】
【数１】
2007165732.tif 000003
【００５０】
【数２】
2007165732.tif 000004
【００５１】
【数３】
2007165732.tif 000005
【００５２】
【数４】
2007165732.tif 000006
【００５３】
【数５】
2007165732.tif 000007
（式１）、（式２）、（式３）は、それぞれ、質量保存の法則、運動量保存の法則、エネルギー保存の法則を表す式であり、（式４）及び（式５）は、それぞれ、熱硬化性樹脂の物性を表す粘度式（Ｃｒｏｓｓ  Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ−Ｍａｃｏｓｋｏモデル）及び硬化反応式（Ｋａｍａｌモデル）である。
【００５４】
次に、流動計算の結果から、樹脂の流路形状モデルの全ての位置における、樹脂の粘度η、流速ｖ、流速ベクトル等を算出する（ステップＳ８）。
【００５５】
次に、図５の構造解析部１０２ｂに、ステップＳ３で要素分割されたワイヤー形状モデルを読み込むとともに、下記のワイヤー物性データを入力し、かつ上述の流動計算により得られた樹脂の粘度η、流速ｖ、流速ベクトル等を読み込む。ここで、ワイヤー形状モデルにはワイヤー直径ｄ（図４参照）が与えられ、ワイヤーの両端は完全拘束（変位ゼロ、回転ゼロ）されているものとする。ワイヤー物性データとして、ヤング率Ｅを入力（ステップＳ９）する。
【００５６】
次に、ワイヤーに作用する応力計算を行う（ステップＳ１０）。このワイヤーの応力計算には、一般的に使用されている構造解析装置を用いればよい。
【００５７】
まず、ステップＳ８で得られた樹脂の粘度η、流速ｖ、流速ベクトル等から、ワイヤーの各部分に作用する単位長さあたりの抗力Ｗを求める。この単位長さあたりの抗力Ｗは、実験より次式で表される。
【００５８】
【数６】
2007165732.tif 000008
次に、ワイヤーを両端固定の梁モデルとし、抗力Ｗが等分布荷重として負荷されたと考え、最大たわみ量δmax（図４参照）を求め、ワイヤーの変形量を予測する（ステップＳ１１）。ここで、最大たわみ量δmaxは、次式で表される。
【００５９】
【数７】
2007165732.tif 000009
次に、求まったワイヤーの変形量に従って、ワイヤーの形状モデルの形状を変更する（ステップＳ１２）。
【００６０】
次に、時間ｔ迄の樹脂の流路形状モデルの変形を求め、この変形が収束したか否かの判断を行う（ステップＳ１３）。流路形状モデルの変形が収束したと判断されない場合には、ステップＳ７からステップＳ１２迄の計算を再度実行する。流路形状モデルの変形が収束したと判断された場合には、次のステップＳ１４に進む。
【００６１】
次に、ステップＳ１４において、充填完了か否かの判断を行う。充填が完了していない場合には、ステップＳ１５に進み、充填時間ｔに単位時間Δｔを加えたｔ＋Δｔを新たな充填時間ｔとして、次の計算を実行する準備を行う。
【００６２】
続いて、再細分化判定部１０３において、ステップＳ１３で流路形状の変形が収束した流路形状モデルの要素のアスペクト比が設定値「ＸＸ」未満か否かの判断を行う（ステップＳ１６）。全ての要素が設定値未満の場合には、その流路を利用するとともに、ステップＳ１５で得られた新たな充填時間ｔを用いて、ステップＳ７からステップＳ１３迄の計算を繰り返し実行する。
【００６３】
これに対し、設定値「ＸＸ」以上の要素がある場合には、その流路形状モデルの要素のアスペクト比が設定値未満になるように、ステップＳ４で再要素分割を行ったうえで、新たな充填時間ｔを用いて、ステップＳ７からステップＳ１３迄の計算を繰り返し実行する。
【００６４】
図７は図６に示した半導体装置に樹脂が注入された様子を示す図であり、図７（ａ）はその要部の断面図、図７（ｂ）は図７（ａ）の部分についての解析結果を示す図、図７（ｃ）は図７（ｂ）の要素を再細分化した様子を示す図である。図６（ｂ）及び（ｃ）と図７（ｂ）とを比較すると、樹脂の注入により、樹脂流路２０すなわち要素２０ａの形状と、ワイヤー５の形状とが変化していることがわかる。ここで、図７（ｂ）の要素２０ａａは、アスペクト比が悪い要素を示している。このようなアスペクト比の悪い要素２０ａａがある場合は、図７（ｃ）に示すような要素になるように、すなわちアスペクト比の悪い要素がなくなるように、図５に示す再細分化判定部１０３が、入力データ処理部１０１へ、再要素分割作業を行う指示を出す。
【００６５】
図５のステップＳ１４の樹脂充填完了か否かの判断において、完了したと判断した場合には、樹脂流動予測の解析を終了する。
【００６６】
上記において説明した実施の形態によれば、封止金型内へ充填される樹脂の流動挙動を予測するとともに樹脂との衝突によるワイヤーの変形量を予測する樹脂流動予測装置において、充填時間を細分化し、微小分割時間ごとに、樹脂の流動計算とワイヤーの構造計算を収束するまで反復計算を行い、ワイヤーの変形量を求めるため、充填時間を細かく分割すればするほど、及び要素の大きさを小さく分割すればするほど、精度のよい樹脂の流動挙動とワイヤー変形量とを算出することができる樹脂流動予測装置を提供することができる。
【００６７】
なお、上記の実施の形態では、樹脂流路の形状を四面体の微小空間に分割したが、これに限られるものでなく、その他の多面体、例えば六面体であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明の樹脂流動予測装置及びその方法は、電子回路装置の樹脂流動予測装置及びその方法として有用であり、例えば、非常に細いワイヤーが密な状態で多数結線されている半導体装置、特に、チップ積層タイプの半導体装置の樹脂流動予測装置及びその方法として有効である。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の実施の形態の樹脂流動予測装置によって予測が行われる半導体装置を示す図
【図２】図１の半導体装置を樹脂封止する様子を説明する図
【図３】樹脂の流動挙動によって生じるワイヤーの変形の様子を説明する図
【図４】図３に示すワイヤー変形前後の様子を説明する拡大図
【図５】本発明の実施の形態の樹脂流動予測装置及びその解析の手順を示す図
【図６】本発明の実施の形態の樹脂流動予測装置及びその方法の解析対象としての半導体装置の拡大断面図
【図７】図６の半導体装置に樹脂が注入された様子を示す図
【図８】従来の樹脂流動予測装置及びその方法の解析の手順を示す図
【図９】従来の樹脂流動予測装置及びその方法の解析対象の半導体装置の拡大断面図
【図１０】図９に示された要素である３次元四面体要素を示す図
【図１１】図９の半導体装置における樹脂の流動挙動を示す図
【図１２】従来の樹脂流動予測装置で実行された解析結果を示す図
【符号の説明】
【００７０】
５      ワイヤー
５ａ    要素
５ｂ    接点
２０      樹脂流路
２０ａ    要素
２０ａａ  要素
２０ｂ    接点
２１      注入方向
１０１      入力データ処理部
１０２      解析処理部
１０２ａ    流動解析部
１０２ｂ    構造解析部
１０３      再細分化判定部
【図１】
2007165732.tif 000010
【図２】
2007165732.tif 000011
【図３】
2007165732.tif 000012
【図４】
2007165732.tif 000013
【図５】
2007165732.tif 000014
【図６】
2007165732.tif 000015
【図７】
2007165732.tif 000016
【図８】
2007165732.tif 000017
【図９】
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【図１０】
2007165732.tif 000019
【図１１】
2007165732.tif 000020
【図１２】
2007165732.tif 000021