在封装成型过程中，塑封成型是一种将半导体芯片置于塑料壳体中以提供物理保护和热导散的方法。本文主要关注的是芯片在塑封成型过程中的翘曲变形现象，以及这种变形与热、流体流动和结构应力的耦合关系。要深入理解这一过程，首先需要了解塑封成型的基本原理和相关技术。
塑封成型过程通常涉及将半导体芯片放置在模具中，然后在高温高压条件下将液态塑料注入模具中以形成外壳。芯片在这一过程中可能受到来自热效应和流动应力的共同作用，从而发生形变。在封装工程中，翘曲变形是一个关键问题，因为它会直接影响到封装的质量、性能和可靠性。
为了研究芯片在塑封成型过程中的翘曲变形机理，研究人员采用了Castro-Macosko固化动力学模型。这个模型能够描述固化反应的动力学过程，从而能够准确预测塑封过程中熔体的流动和固化行为。在此基础上，研究人员建立了一个理论模型，以模拟塑封填充过程及其芯片热-流-固多场耦合翘曲变形的形成过程。
数值模拟技术在这个研究中扮演着重要的角色。通过数值模拟，研究人员能够观察到不同时间点的翘曲变化，了解翘曲变形随熔体充填流动时间增加而变化的规律。实验结果表明，翘曲变形先随熔体流动时间的增加而快速增加，达到最大值后又逐渐减小，最终趋于恒定状态。这说明翘曲变形是随时间变化的动态过程。
进一步分析指出，芯片热-流-固耦合综合翘曲变形主要由两部分组成：热-流-固耦合压力场诱发的翘曲变形和不均匀温度场诱发的热变形。研究发现，压力场诱发的翘曲变形主要是向外部凸起的翘曲，这种变形与芯片上下表面熔体充填不平衡流动的流长差和充填流动速度差成正比。此外，这种由压力场诱发的变形在轴向上呈现先增后减的对称抛物线分布。
研究中还发现，在芯片热-流-固耦合翘曲变形中，压力场诱发的翘曲变形远大于不均匀温度场诱发的热变形。这意味着，在塑封成型过程中，控制翘曲变形的关键在于如何管理和控制熔体流动的平衡性，减少压力场的不均匀性。
通过这个研究，封装工程师和技术人员能够更加深入地了解塑封成型过程中的翘曲变形机制，从而采取措施减少或控制翘曲变形。例如，通过优化模具设计、改善熔体流动性或者调整固化过程中的工艺参数来实现。此外，这项研究也提供了理论依据和数值工具，帮助工程师预测和模拟塑封成型过程，实现封装过程的精确控制。
总结来说，芯片热-流-固耦合变形机理的数值模拟研究是一个多学科交叉的领域，涉及到固化动力学、流体力学、热力学、固体力学和数值分析等。通过对芯片塑封成型过程中的翘曲变形进行深入分析，不仅有助于提升封装技术，还能够推动微电子封装领域的发展。随着电子封装技术的不断进步，这类研究将对提高电子设备的可靠性和性能起到关键作用。
