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【资料图】

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Part 1

主要内容介绍

图 1 芯片封装结构

芯片封闭结构六面体网格划分可分为三步：几何处理，焊球网格划分，焊球和芯片板 / PCB 板网格共节点，主要步骤如图 2 所示。难点在于第二步，焊球网格划分。

图 2 芯片封装结构六面体网络划分流程

对于复杂的芯片封装结构，网格划分工作全部在 HyperMesh 中完成；相对简单的焊球结构，可直接使用 SimLab 自动生成六面体网格。

Part 2

几何处理

几何处理主要分为三部分：几何分组，布尔操作和实体切割。

创建芯片封装结构几何体时，焊球、芯片、PCB 板、铜板、填充体等部件都是分开创建，几何上不存在连接关系，创建好单个焊球几何体后，阵列可得到所有的焊球。

一般来说，每个几何体单独分配一个 component，若将相同结构保存到同一个 component 中，可以极大减少 component 数量。

分组完成后，复制一组焊球、芯片、铜板以及填充体，保存到一个新的 component 中，方便后续操作。分组使用 Assembly 面板下的 Organize 工具。

图 3 几何分组

图 4 分组工具

完成几何分组后，通过布尔操作将焊球、芯片、铜板、填充体以及 PCB 板进行连接。在 HyperMesh 中的 Topology 显示模式下，连接面显示为黄色，则表示存在几何拓扑连接关系。布尔操作工具如图 6 所示。

图 5 布尔操作

图 6 布尔操作工具

完成布尔操作后，为了方便进行六面体网格划分，需要对焊球结构进行切割，若在 Mapple 显示模式下显示为全透明状态，即表示 HyperMesh 可以自动生成六面体网格，手动划分六面体网格也更方便，网格质量更好。至此几何操作完成。切割工具如图 8 所示。

图 7 Mapple显示

图 8 切割工具

Part 3

焊球网格划分

在不考虑铜线、电容电阻等结构时，芯片和 PCB 板可直接简化为平板，其网格划分非常简单，因此封装结构网格划分的主要工作集中在焊球上。

焊球结构丰富多样，最简单的焊球结构如图 9 所示，对应的封装结构如图 10 所示。该类型焊球结构简单，直接在上表面划分出面网格，然后沿着球面扫略即可得到整个焊球的六面体网格。

图 9 简单焊球

SimLab自动生成焊球网格

SimLab 中 Advanced > Electronics > BGA 工具可基于模板生成三种焊球，分别为不带铜板，外置铜板以及内嵌铜板结构，其截面形状如图 10 – 图 12 所示。

图 10 封装结构 – 不带铜板

图 11 封装结构 – 外置铜板

图 12 封装结构 – 内嵌铜板

BGA 工具面板中可设置焊球类型，焊球、芯片板 / PCB 板尺寸，如图 13 所示。

图 13 BGA工具

实际芯片封装结构中，焊球数量可达到数百个，其排布方式多为正交排布、Z 字形排布。BGA 工具支持正交排布和 Z 字形排布两种常见排布方式。

图 14 正交排布

图 15 Z字形排布

对于不规则排布形式可通过 BGA 工具 > Pattern > CSV File 进行设置。CSV 文件中指定焊球球心坐标，可快速生成不规则排布的焊球，CSV 文件格式如图 16 所示。 图 16 CSV文件指定焊球中心点坐标

若已创建出不规则排布的焊球几何体，将其导入 SimLab，然后打开BGA工具> Pattern > Spherical bodies，选中焊球，设置好焊球类型后，SimLab 会在焊球几何位置自动生成焊球网格。

在 SimLab 中生成的焊球可以导出为求解器文件，如 OptiStruct 的 fem 文件，再导入 HyperMesh，与 PCB 板 / 芯片板进行共节点操作。

HyperMesh 手动划分焊球网格

对于 SimLab 中没有的焊球结构，需要完全在 HyperMesh 中完成网格划分。

芯片封装结构六面体网格划分顺序为：焊球 > 铜板 > 填充料 > 芯片板 / PCB 板。铜板、芯片板和PCB板通常非常规则，可自动生成六面体网格，被铜板和填料等部件切割的焊球网格划分较复杂。

六面体网格划分过程中需用到以下工具：automesh 和solid map。automesh 工具路径：2D > automesh，或者直接按快捷键 F12。solid map 工具路径为：3D > solid map。

下面以图 17 所示半个焊球为例展示六面体网格划分方法。使用 solid map > general 工具，elems to drag 栏选择红色网格，dest geom 栏选择底部黄色面，along geom 栏选择侧面的两个灰色的半球面，along parameters 栏切换为 density，设置参数为 3，即沿拉伸方向生成 3 层网格，设置参数见图 18，点击mesh即可得到如图 18 所示的半球六面体网格。

图 17 半球网格划分

图 18 半球六面体网格

得到半球的六面体网格后，划分铜板六面体网格，再使用 Tool > reflect 工具将半球网格进行对称，得到整个焊球网格。

图 19 reflect工具

完成单个焊球网格后，需要通过 Transformation 工具进行阵列，可得到所有焊球。该工具仅适用于规则正交排布的焊球排布方式。

图 20 阵列工具

Part 4

焊球与芯片网格共节点

焊球、铜板、填充料等部件网格划分完成后，通过2D > mesh edit > imprint 工具将焊球上下表面的网格压印到芯片 / PCB 板网格上。

Source 栏选择图 22 所示焊球上表面节点，destination 栏选择图 23 所示的 PCB 板网格所在 component，remain 栏切换为 destination，其余参数按图 21 所示进行设置，点击 create 即可开始压印。

图 21 压印工具

图 22 焊球网格

图 23 PCB板网格

压印完成后，使用 3D > solid map > line drag 工具，只需设置 elems to drag 栏和 along geom 栏参数即可，其余参数按图 24 所示进行设置，点 mesh 即可得到 PCB 板 / 芯片六面体网格。 图 24 拉伸网格

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