本發(fā)明涉及濕擴(kuò)散仿真，具體涉及一種濕擴(kuò)散仿真裝置、濕氣分布的仿真方法及計(jì)算機(jī)設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、嵌入式組件封裝(embedded?component?packaging，ecp)是一種將電子組件(例如電阻、電容、電感或芯片等)直接嵌入到印刷電路板(printed?circuit?board，pcb)或其他類型的基板內(nèi)部的封裝技術(shù)，與表面貼裝(surface?mount?technology，smt)技術(shù)相比，ecp可以實(shí)現(xiàn)更小的封裝尺寸、增強(qiáng)可靠性、提高生產(chǎn)效率以及電子元件的設(shè)計(jì)靈活性更高。

2、然而，ecp結(jié)構(gòu)中常用的聚合物材料因易于吸收周圍環(huán)境中的濕氣，對(duì)自身的可靠性產(chǎn)生了較大的影響，例如，濕氣引起不同成分材料的膨脹從而產(chǎn)生濕應(yīng)力，濕氣改變材料本身性質(zhì)從而改變封裝中的傳熱及應(yīng)力分布或改變封裝介質(zhì)的電性能及光學(xué)性能影響器件工作性能等。局部濕氣對(duì)ecp結(jié)構(gòu)的影響更明顯，例如，削弱封裝材料界面間的粘合力，在高溫回流過程中由于內(nèi)部濕氣不能快速排出而產(chǎn)生蒸汽壓力，在有內(nèi)部裂紋的情況下，蒸汽壓可能導(dǎo)致“爆米花”失效發(fā)生而使器件失效，在電場(chǎng)及熱作用下引起腐蝕，如電遷移、導(dǎo)電陽極絲等情況發(fā)生，嚴(yán)重情況可能導(dǎo)致短路、開路等。因此，準(zhǔn)確的模擬計(jì)算出ecp結(jié)構(gòu)各處的濕氣濃度分布，對(duì)評(píng)估ecp結(jié)構(gòu)的可靠性十分重要。

3、目前，可以基于有限元軟件對(duì)ecp結(jié)構(gòu)各處的濕氣濃度分布進(jìn)行仿真模擬，但是，有限元軟件作為集多種分析于一體的通用軟件，主要的分析功能為結(jié)構(gòu)分析、熱分析或電磁場(chǎng)分析等，并不具備濕氣相關(guān)的仿真功能，直接使用有限元軟件的求解器實(shí)現(xiàn)濕氣求解功能，可能導(dǎo)致仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性較低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供了一種濕擴(kuò)散仿真裝置、濕氣分布的仿真方法及計(jì)算機(jī)設(shè)備，以提升濕氣濃度分布的仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2、第一方面，本發(fā)明提供了一種濕擴(kuò)散仿真裝置，包括工程項(xiàng)目模塊、機(jī)械設(shè)計(jì)平臺(tái)、幾何結(jié)構(gòu)模塊、求解器和插件模塊，機(jī)械設(shè)計(jì)平臺(tái)包括網(wǎng)格劃分模塊和后處理模塊，工程項(xiàng)目模塊配置有表征多種材料的濕氣屬性的材料庫，求解器配置有濕氣擴(kuò)散理論模型，濕氣擴(kuò)散理論模型用于表征濕氣在嵌入式組件封裝結(jié)構(gòu)中的擴(kuò)散過程；幾何結(jié)構(gòu)模塊用于接收或生成嵌入式組件封裝結(jié)構(gòu)，并將嵌入式組件封裝結(jié)構(gòu)發(fā)送至網(wǎng)格劃分模塊，網(wǎng)格劃分模塊用于對(duì)嵌入式組件封裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行網(wǎng)格劃分，并將網(wǎng)格劃分后的嵌入式組件封裝結(jié)構(gòu)發(fā)送至求解器；插件模塊用于從材料庫讀取嵌入式組件封裝結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的濕氣屬性和接收濕氣邊界條件，用于將濕氣屬性轉(zhuǎn)化為第一命令流和將濕氣邊界條件轉(zhuǎn)換為第二命令流，以及用于將第一命令流和第二命令流發(fā)送至求解器；求解器用于基于濕氣擴(kuò)散理論模型、第一命令流和第二命令流生成第一結(jié)果文件，并通過插件模塊將第一結(jié)果文件發(fā)送至后處理模塊，后處理模塊用于基于第一結(jié)果文件生成表征濕氣濃度分布結(jié)果的圖像。

3、本實(shí)施例提供的濕擴(kuò)散仿真裝置，在有限元工作平臺(tái)的工程項(xiàng)目模塊110配置表征多種材料的濕氣屬性的材料庫，在有限元工作平臺(tái)的求解器140配置濕氣擴(kuò)散理論模型和在有限元工作平臺(tái)上增設(shè)插件模塊150，能夠使有限元工作平臺(tái)的求解器更適用于濕氣擴(kuò)散仿真，從而準(zhǔn)確地模擬計(jì)算嵌入式組件封裝結(jié)構(gòu)各處的濕氣濃度，提升獲取的嵌入式組件封裝結(jié)構(gòu)關(guān)鍵位置(例如引線或芯片等)的濕氣濃度的精度，以及提升分析的濕氣擴(kuò)散的路徑和速度的準(zhǔn)確性，進(jìn)而能夠更準(zhǔn)確的評(píng)估濕氣引起的界面分層、電化學(xué)腐蝕或短路等失效問題。

4、在一種可選的實(shí)施方式中，濕氣擴(kuò)散理論模型為雙階擴(kuò)散理論模型，雙階擴(kuò)散理論模型包括物理擴(kuò)散模型和化學(xué)吸附模型，第一結(jié)果文件包括物理擴(kuò)散結(jié)果文件和化學(xué)吸附結(jié)果文件；求解器用于基于物理擴(kuò)散模型、第一命令流和第二命令流生成物理擴(kuò)散結(jié)果文件，用于基于化學(xué)吸附模型、第一命令流和第二命令流生成化學(xué)吸附結(jié)果文件，并將物理擴(kuò)散結(jié)果文件和化學(xué)吸附結(jié)果文件發(fā)送至插件模塊；插件模塊基于物理擴(kuò)散結(jié)果文件和化學(xué)吸附結(jié)果文件生成疊加結(jié)果文件，并將疊加結(jié)果文件發(fā)送至后處理模塊，后處理模塊用于基于疊加結(jié)果文件生成表征濕氣濃度分布結(jié)果的圖像。

5、在本實(shí)施例中，通過雙階擴(kuò)散理論模型表示濕氣擴(kuò)散理論模型，可以考慮到濕氣在高分子材料擴(kuò)散過程中出現(xiàn)化學(xué)吸附生成結(jié)合水的情況，能夠使?jié)駳鈹U(kuò)散的仿真結(jié)果更接近實(shí)際情況，從而更準(zhǔn)確的指導(dǎo)封裝結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì)以及封裝材料選型，降低濕氣帶來的可靠性問題。

6、在一種可選的實(shí)施方式中，雙階擴(kuò)散理論模型通過如下公式表示：

7、

8、其中，mt表示t時(shí)刻下嵌入式組件封裝結(jié)構(gòu)的濕氣含量，msat,1表示嵌入式組件封裝結(jié)構(gòu)在物理擴(kuò)散階段的飽和質(zhì)量，d1表示物理擴(kuò)散階段的擴(kuò)散系數(shù)，t表示時(shí)間，h表示嵌入式組件封裝結(jié)構(gòu)的厚度，msat,2表示嵌入式組件封裝結(jié)構(gòu)在化學(xué)吸附階段的飽和質(zhì)量，d2表示化學(xué)吸附階段的擴(kuò)散系數(shù)。

9、在一種可選的實(shí)施方式中，插件模塊基于物理擴(kuò)散結(jié)果文件和化學(xué)吸附結(jié)果文件，通過如下公式生成疊加結(jié)果文件：

10、

11、其中，c表示嵌入式組件封裝結(jié)構(gòu)的濕氣濃度，c1表示嵌入式組件封裝結(jié)構(gòu)在物理擴(kuò)散階段的濕氣濃度，csat1表示嵌入式組件封裝結(jié)構(gòu)在物理擴(kuò)散階段的濕氣飽和濃度，csat2表示嵌入式組件封裝結(jié)構(gòu)在化學(xué)吸附階段的濕氣飽和濃度，c2表示嵌入式組件封裝結(jié)構(gòu)在化學(xué)吸附階段的濕氣濃度。

12、在一種可選的實(shí)施方式中，擴(kuò)散系數(shù)和/或濕氣飽和濃度基于溫度確定。

13、在一種可選的實(shí)施方式中，求解器還配置有濕應(yīng)力理論模型，濕應(yīng)力理論模型用于表征嵌入式組件封裝結(jié)構(gòu)的濕應(yīng)力隨濕氣濃度的變化過程；求解器還用于基于濕應(yīng)力理論模型和第一結(jié)果文件生成第二結(jié)果文件，并將第二結(jié)果文件發(fā)送至后處理模塊，后處理模塊還用于基于第二結(jié)果文件生成表征濕應(yīng)力分布結(jié)果的圖像。

14、在本實(shí)施例中，通過求解器和后處理模塊確定表征濕應(yīng)力分布結(jié)果的圖像，能夠方便用戶了解嵌入式組件封裝結(jié)構(gòu)各個(gè)位置處的濕應(yīng)力，分析應(yīng)力不匹配和界面分層等問題，從而準(zhǔn)確地指導(dǎo)封裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

15、在一種可選的實(shí)施方式中，求解器還配置有濕熱耦合應(yīng)力理論模型，濕熱耦合應(yīng)力理論模型用于表征嵌入式組件封裝結(jié)構(gòu)的濕熱耦合應(yīng)力隨濕氣濃度和溫度的變化過程；求解器還用于基于濕熱耦合應(yīng)力理論模型和第一結(jié)果文件生成第三結(jié)果文件，并將第三結(jié)果文件發(fā)送至后處理模塊，后處理模塊還用于基于第三結(jié)果文件生成表征濕熱耦合應(yīng)力分布結(jié)果的圖像。

16、在一種可選的實(shí)施方式中，求解器還配置有回流蒸汽壓應(yīng)力理論模型，回流蒸汽壓應(yīng)力理論模型用于表征嵌入式組件封裝結(jié)構(gòu)的濕熱耦合應(yīng)力隨濕氣濃度、溫度和蒸汽壓的變化過程；求解器還用于基于回流蒸汽壓應(yīng)力理論模型和第三結(jié)果文件生成第四結(jié)果文件，并將第四結(jié)果文件發(fā)送至后處理模塊，后處理模塊還用于基于第四結(jié)果文件生成表征回流蒸汽壓應(yīng)力分布結(jié)果的圖像。

17、在本實(shí)施例中，通過求解器和后處理模塊確定表征回流蒸汽壓應(yīng)力分布結(jié)果的圖像，能夠模擬回流過程，求解裂紋未出現(xiàn)前封裝結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力，預(yù)測(cè)封裝結(jié)構(gòu)可能失效位置。

18、第二方面，本發(fā)明提供了一種濕氣分布的仿真方法，方法包括：向濕擴(kuò)散仿真裝置輸入嵌入式組件封裝結(jié)構(gòu)，或基于濕擴(kuò)散仿真裝置生成嵌入式組件封裝結(jié)構(gòu)，其中，濕擴(kuò)散仿真裝置為上述第一方面或其對(duì)應(yīng)的任一實(shí)施方式的濕擴(kuò)散仿真裝置；向濕擴(kuò)散仿真裝置輸入嵌入式組件封裝結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的濕氣邊界條件和濕氣屬性；基于濕擴(kuò)散仿真裝置的輸出，確定嵌入式組件封裝結(jié)構(gòu)的濕氣濃度分布結(jié)果。

19、第三方面，本發(fā)明提供了一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括上述第一方面或其對(duì)應(yīng)的任一實(shí)施方式的濕擴(kuò)散仿真裝置。