JP2011204081A - Semiconductor design program, semiconductor design method and semiconductor design device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor design program, a semiconductor design method and a semiconductor design device, for facilitating calculation for predicting separation of a wiring layer.SOLUTION: The semiconductor design device 1 for predicting separation between wiring layers of a semiconductor integrated circuit includes an energy calculation part 5a and a conversion part 5b. The energy calculation part 5a calculates energy for closing a crack generated by virtually separating the wiring layers of a target part of a circuit model formed by modeling the semiconductor integrated circuit to be designed. The conversion part 5b converts the energy calculated by the energy calculation part 5a to energy per unit area of the crack.

Description

本発明は半導体設計プログラム、半導体設計方法および半導体設計装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor design program, a semiconductor design method, and a semiconductor design apparatus.

PC(Personal Computer)や携帯電話等の電子機器には多数のLSI(Large Scale Integration)パッケージが多数搭載されている。
これらのLSIパッケージが有するLSIチップをパッケージに搭載する際のリフロー加熱時の熱応力や温度サイクル等によって、LSIチップの配線層の層間が剥離することがある。
A large number of LSI (Large Scale Integration) packages are mounted in electronic devices such as PCs (Personal Computers) and mobile phones.
The layers of the LSI chip wiring layer may be peeled off due to thermal stress, temperature cycle, or the like during reflow heating when the LSI chip included in these LSI packages is mounted on the package.

特に近年ではLSIの高速化に伴って層間絶縁膜の低誘電率化が進められており、剥離強度(単位幅当たりの剥離に必要な平均荷重)の低下が顕著になっている。
LSIチップの層間の剥離強度に影響を与える要因として、配線層の製造時のプロセスにより密着強度が変化することが知られている。
In particular, in recent years, the dielectric constant of the interlayer insulating film has been reduced with the increase in the speed of LSI, and the decrease in peel strength (average load necessary for peel per unit width) has become remarkable.
As a factor that affects the peel strength between layers of LSI chips, it is known that the adhesion strength changes depending on the process during the production of the wiring layer.

また、実際に層間が剥離するか否かは、LSIチップの寸法等の構造の要因により大きく影響されることが知られている。構造の要因としては、例えば、LSIチップのチップサイズ、チップの厚さ、配線層を積層する構成、各層厚、LSIチップのはんだバンプの配置、ピッチ、はんだ接合部電極パッド直径、パッド厚、リフロー加熱等の温度プロファイル、冷却速度、接合対象となるパッケージ基板の材料、パッケージ厚、はんだ接合部のアンダーフィル補強有無等が挙げられる。   It is also known that whether or not the layers are actually peeled off is greatly influenced by structural factors such as the dimensions of the LSI chip. Factors of the structure include, for example, the chip size of the LSI chip, the thickness of the chip, the configuration in which wiring layers are stacked, the thickness of each layer, the placement of solder bumps on the LSI chip, the pitch, the solder joint electrode pad diameter, the pad thickness, and the reflow The temperature profile such as heating, the cooling rate, the material of the package substrate to be joined, the package thickness, the presence or absence of underfill reinforcement at the solder joint, and the like.

こうした層間の剥離を事前に予測する方法として、LSIチップに付加される温度プロファイルによりLSIチップに発生する熱応力を検証する有限要素解析が知られている。
しかしながら、LSIチップサイズが数mm〜数10mmオーダの寸法であり、薄膜の配線や、絶縁層の膜厚が数nmオーダの寸法である場合、有限要素解析に基づいて、LSIチップ全体の配線層を含めてモデル化すると、総メッシュ数は数百億オーダになる場合がある。このため、計算の実現が容易ではない規模となる。
As a method for predicting such delamination in advance, a finite element analysis is known in which thermal stress generated in an LSI chip is verified by a temperature profile applied to the LSI chip.
However, when the LSI chip size is on the order of several millimeters to several tens of millimeters and the thickness of the thin film wiring or the insulating layer is on the order of several nanometers, the wiring layer of the entire LSI chip is based on finite element analysis. Modeled, the total number of meshes may be on the order of tens of billions. For this reason, the scale is not easy to realize the calculation.

このため、複合の材料の物性値を用いてLSIチップのモデルを簡易化して応力を解析する方法や、剥離発生の予測を多段階のステップに分けて解析することで、計算を容易にする方法等が提案されている。   For this reason, a method for simplifying LSI chip models using physical property values of composite materials and analyzing stress, and a method for facilitating calculations by analyzing separation prediction in multiple steps Etc. have been proposed.

また、LSIチップの特定箇所の剥離強度を評価するために、配線層間のエネルギー解放率を計算し、剥離強度を予測する手法が提案されている。   In addition, in order to evaluate the peel strength at a specific location on an LSI chip, a method for calculating the energy release rate between wiring layers and predicting the peel strength has been proposed.

特開2007−213269号公報JP 2007-213269 A

Guotao Wang, Steven Groothuis and Paul S. Ho著、「Effect of Packaging on Interfacial Cracking in Cu/Low k Damascene Structures」、2003 Electronic Components and Technology Conference、米国、Laboratory for Interconnect and Packaging、2003年 IEEE、p.727−732Guotao Wang, Steven Groothuis and Paul S. Ho, `` Effect of Packaging on Interfacial Cracking in Cu / Low k Damascene Structures '', 2003 Electronic Components and Technology Conference, USA, Laboratory for Interconnect and Packaging, 2003 IEEE, p.727 −732 望月宣宏、他3名、「CMP中のlow−k材料界面のはく離可能性の予測方法」、エバラ時報、株式会社荏原総合研究所、No.219、2008年4月、p.21-27Nobuhiro Mochizuki and three others, “Prediction Method of Peelability of Low-k Material Interface during CMP”, Ebara Times, Ebara Research Institute, No. 219, April 2008, p.21-27

しかしながら、エネルギー解放率を計算するためには、特殊な解析モデルやプログラムを必要とし、配線層の剥離予測を行うことは困難であった。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、配線層の剥離予測の計算を容易にする半導体設計プログラム、半導体設計方法および半導体設計装置を提供することを目的とする。
However, in order to calculate the energy release rate, a special analysis model or program is required, and it is difficult to predict the separation of the wiring layer.
The present invention has been made in view of these points, and an object of the present invention is to provide a semiconductor design program, a semiconductor design method, and a semiconductor design apparatus that facilitate calculation of wiring layer separation prediction.

上記目的を達成するために、半導体集積回路の配線層間の剥離の発生を予測する半導体設計プログラムが提供される。この半導体設計プログラムは、コンピュータに、エネルギー計算手順と換算手順とを実行させる。   In order to achieve the above object, a semiconductor design program for predicting occurrence of peeling between wiring layers of a semiconductor integrated circuit is provided. This semiconductor design program causes a computer to execute an energy calculation procedure and a conversion procedure.

エネルギー計算手順では、設計対象の半導体集積回路をモデル化した回路モデルの、測定対象部位の配線層間を仮想的に剥離させることにより発生した亀裂を閉じるエネルギーを計算する。   In the energy calculation procedure, an energy for closing a crack generated by virtually peeling a wiring layer of a measurement target portion of a circuit model obtained by modeling a semiconductor integrated circuit to be designed is calculated.

換算手順では、エネルギー計算手順により計算されたエネルギーを亀裂の単位面積あたりのエネルギーに換算する。   In the conversion procedure, the energy calculated by the energy calculation procedure is converted into energy per unit area of the crack.

開示の半導体設計プログラムによれば、配線層の剥離予測の計算を容易にすることができる。   According to the disclosed semiconductor design program, it is possible to easily calculate the separation prediction of the wiring layer.

第1の実施の形態の半導体設計装置の概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of the semiconductor design apparatus of 1st Embodiment. 第2の実施の形態の半導体設計装置のハードウェア構成例を示す図である。It is a figure which shows the hardware structural example of the semiconductor design apparatus of 2nd Embodiment. 第2の実施の形態の半導体設計装置の機能を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the function of the semiconductor design apparatus of 2nd Embodiment. 全体構造解析モデルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a whole structure analysis model. 剥離発生率の予測に使用するグラフを示す図である。It is a figure which shows the graph used for prediction of peeling incidence. 剥離発生率予測値と、実測した剥離発生率との関係を示す図(グラフ)である。It is a figure (graph) which shows the relationship between peeling incidence prediction value and the measured peeling incidence. はんだバンプの配置に伴うLSIチップの最大主応力分布の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the largest principal stress distribution of LSI chip accompanying arrangement | positioning of a solder bump. 最外周部の応力が低下する原因を説明する図である。It is a figure explaining the cause that the stress of an outermost peripheral part falls. アンダーフィルを充填する場合の剥離を抑制するはんだバンプの配置例を示す図である。It is a figure which shows the example of arrangement | positioning of the solder bump which suppresses peeling in the case of filling an underfill. アンダーフィルを充填しない場合の剥離を抑制するはんだバンプの配置例を示す図である。It is a figure which shows the example of arrangement | positioning of the solder bump which suppresses peeling when not filling an underfill. 詳細解析モデルの一部を示す図である。It is a figure which shows a part of detailed analysis model. 亀裂入り解析メッシュモデルを示す図である。It is a figure which shows a cracked analysis mesh model. 節点の変位に差が生じる様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that a difference arises in the displacement of a node. エネルギー解放率と剥離発生率との関係を示すグラフを示す図である。It is a figure which shows the graph which shows the relationship between an energy release rate and peeling incidence. 結果出力部がモニタに表示する情報の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the information which a result output part displays on a monitor. 半導体設計装置の全体処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the whole process of a semiconductor design apparatus. 第1判定処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows a 1st determination process. 第2判定処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows a 2nd determination process. 剥離発生率予測値の算出処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the calculation process of peeling incidence rate prediction value.

以下、実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
まず、実施の形態の半導体設計装置について説明し、その後、実施の形態をより具体的に説明する。
Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings.
First, the semiconductor design apparatus according to the embodiment will be described, and then the embodiment will be described more specifically.

<第1の実施の形態>
図1は、第1の実施の形態の半導体設計装置の概要を示す図である。
実施の形態の半導体設計装置(コンピュータ)1は、LSIチップ(半導体集積回路)の入出力端子であるはんだバンプのレイアウトがLSIチップの配線層の層間の剥離強度に与える影響を評価し、剥離に強いはんだバンプのレイアウトを備えたLSIパッケージを提供する装置である。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a diagram showing an outline of the semiconductor design apparatus according to the first embodiment.
The semiconductor design apparatus (computer) 1 according to the embodiment evaluates the influence of the layout of solder bumps, which are input / output terminals of an LSI chip (semiconductor integrated circuit), on the peel strength between the layers of the LSI chip wiring layer. This device provides an LSI package with a strong solder bump layout.

この半導体設計装置1は、応力分布計算部2と、判定部3と、詳細解析モデル作成部4と、エネルギー解放率計算部5と、判定部6と、出力部7とを有している。
応力分布計算部2は、LSIパッケージが有する各部品、例えば、LSIチップ、基板、および、LSIチップを基板に電気的に接続するはんだバンプを含む有限要素全体解析モデルに温度等の荷重条件を付加し、LSIチップに作用する応力分布を求める。
The semiconductor design apparatus 1 includes a stress distribution calculation unit 2, a determination unit 3, a detailed analysis model creation unit 4, an energy release rate calculation unit 5, a determination unit 6, and an output unit 7.
The stress distribution calculation unit 2 adds a load condition such as temperature to each component of the LSI package, for example, an LSI chip, a substrate, and an entire finite element analysis model including solder bumps that electrically connect the LSI chip to the substrate. Then, the stress distribution acting on the LSI chip is obtained.

判定部3は、応力分布計算部2により求められた応力分布に基づいて、有限要素全体解析モデルの配線層の剥離の可能性を判定することで、有限要素全体解析モデルの良否を判定する。判定方法としては、例えば、LSIチップの特定箇所(以下、一例として、配線層のはんだバンプとの接合部(はんだ接合部))に作用する各応力を組み合わせた評価式にLSIチップの特定箇所に作用する各種応力を代入して、剥離発生率の予測値を取得する。   The determination unit 3 determines the pass / fail of the entire finite element analysis model by determining the possibility of peeling of the wiring layer of the entire finite element analysis model based on the stress distribution obtained by the stress distribution calculation unit 2. As a determination method, for example, an evaluation formula that combines each stress acting on a specific portion of the LSI chip (hereinafter, as an example, a joint portion with a solder bump of the wiring layer (solder joint portion)) is applied to the specific portion of the LSI chip. Substituting various acting stresses, the predicted value of the occurrence rate of peeling is obtained.

組み合わせる応力としては、例えば、最大主応力と配線層の積層方向の応力とを組み合わせるのが好ましい。これにより、剥離発生率の予測値の精度が向上する。
そして、判定部3は、取得した予測値が所定値以下か否かを判定する。判定部3は、全てのはんだ接合部について予測値が所定値以下である場合、有限要素全体解析モデルが「良」であると判定する。他方、予測値が所定値より大きいはんだ接合部が存在する場合、有限要素全体解析モデルが「否」であると判定する。
As the stress to be combined, for example, it is preferable to combine the maximum principal stress and the stress in the stacking direction of the wiring layer. Thereby, the accuracy of the predicted value of the peeling occurrence rate is improved.
And the determination part 3 determines whether the acquired predicted value is below a predetermined value. The determination unit 3 determines that the entire finite element analysis model is “good” when the predicted value is equal to or less than a predetermined value for all the solder joints. On the other hand, if there is a solder joint having a predicted value larger than the predetermined value, it is determined that the entire finite element analysis model is “NO”.

判定部3は、有限要素全体解析モデルが「否」であると判定したはんだ接合部について、ユーザの指定に応じてはんだバンプの配置位置を変更する。この場合、判定部3は、再度、はんだバンプの配置位置が変更された有限要素全体解析モデルについて、良否を判定する。半導体設計装置1は、この動作を、有限要素全体解析モデルが「良」であると判定されるまで繰り返し行う。   The determination unit 3 changes the placement position of the solder bumps according to the user's designation for the solder joint portion that is determined as “No” for the entire finite element analysis model. In this case, the determination unit 3 again determines pass / fail for the entire finite element analysis model in which the solder bump placement position is changed. The semiconductor design apparatus 1 repeats this operation until it is determined that the entire finite element analysis model is “good”.

詳細解析モデル作成部4は、判定部3が「良」であると判定した有限要素全体解析モデルについて、有限要素全体解析モデルの一部を詳細にモデル化した詳細解析モデルを作成する。   The detailed analysis model creation unit 4 creates a detailed analysis model in which a part of the entire finite element analysis model is modeled in detail for the entire finite element analysis model determined by the determination unit 3 to be “good”.

ここで、詳細解析モデルを作成する部分は、例えば、判定部3が取得した予測値が最も大きい、すなわち、剥離が発生する可能性が最も大きいと予測したはんだ接合部と、このはんだ接合部上の配線層とする。   Here, the part for creating the detailed analysis model includes, for example, a solder joint that is predicted to have the largest predicted value acquired by the determination unit 3, that is, the highest possibility of occurrence of peeling, and the solder joint on the solder joint The wiring layer.

そして、詳細解析モデル作成部4は、作成した詳細解析モデルの配線層間を仮想的に剥離させる。具体的には、配線層間をメッシュで区切ったメッシュモデルを作成する。そして、配線層間で共有するメッシュの1節点を分離する。   Then, the detailed analysis model creation unit 4 virtually separates the wiring layers of the created detailed analysis model. Specifically, a mesh model in which the wiring layers are separated by a mesh is created. Then, one node of the mesh shared between the wiring layers is separated.

ここで、詳細解析モデル作成部4は、詳細解析モデルに有限要素全体解析の結果から得られた温度変化や荷重等の条件を付加するのが好ましい。これにより、より予測の精度を高めることができる。   Here, the detailed analysis model creation unit 4 preferably adds conditions such as temperature change and load obtained from the result of the entire finite element analysis to the detailed analysis model. Thereby, the precision of prediction can be improved more.

エネルギー解放率計算部5は、エネルギー計算部5aと、換算部5bとを有している。
エネルギー計算部5aは、詳細解析モデル作成部4により作成された詳細解析モデルについて、配線層間を仮想的に剥離させることにより発生した亀裂を閉じるエネルギーを計算する。
The energy release rate calculation unit 5 includes an energy calculation unit 5a and a conversion unit 5b.
The energy calculation unit 5a calculates the energy for closing a crack generated by virtually separating the wiring layers with respect to the detailed analysis model created by the detailed analysis model creating unit 4.

換算部5bは、エネルギー計算部5aにより計算されたエネルギーを、亀裂の単位面積当たりのエネルギーに換算したエネルギー解放率を計算する。具体的には、エネルギー計算部5aにより計算されたエネルギーを、亀裂の面積で除算することにより亀裂の単位面積当たりのエネルギーを計算する。亀裂の面積は、例えば、メッシュの一辺を半径とする円の面積を前記亀裂の総面積として算出する。   The conversion part 5b calculates the energy release rate which converted the energy calculated by the energy calculation part 5a into the energy per unit area of a crack. Specifically, the energy per unit area of the crack is calculated by dividing the energy calculated by the energy calculation unit 5a by the area of the crack. The area of the crack is calculated as, for example, the area of a circle having a radius on one side of the mesh as the total area of the crack.

判定部6は、換算部5bにより換算されたエネルギー解放率を用意された評価式に代入することで、有限要素全体解析モデルの良否を判定する。
出力部7は、判定部6により、「良」であると判定された有限要素全体解析モデルのエネルギー解放率等、各種情報を出力する。
The determination unit 6 determines pass / fail of the entire finite element analysis model by substituting the energy release rate converted by the conversion unit 5b into the prepared evaluation formula.
The output unit 7 outputs various types of information such as the energy release rate of the whole finite element analysis model determined to be “good” by the determination unit 6.

このような、半導体設計装置1によれば、応力分布計算部2により、LSIチップに作用する応力分布が求められる。判定部3により、応力分布計算部2によって求められた応力分布に基づいて、有限要素全体解析モデルの良否が判定される。そして、有限要素全体解析モデルが「否」であると判定された場合に、ユーザの指定に応じてはんだバンプの配置位置が変更される。   According to such a semiconductor design apparatus 1, the stress distribution calculating unit 2 calculates the stress distribution acting on the LSI chip. Based on the stress distribution obtained by the stress distribution calculation unit 2, the determination unit 3 determines the quality of the finite element overall analysis model. When it is determined that the entire finite element analysis model is “NO”, the placement position of the solder bumps is changed according to the user's designation.

また、詳細解析モデル作成部4により、判定部3によって「良」であると判定された有限要素全体解析モデルについて、詳細解析モデルが作成され、詳細解析モデルの配線層間が仮想的に剥離させられる。エネルギー計算部5aにより、作成された詳細解析モデルについて、配線層間を仮想的に剥離させることにより発生した亀裂を閉じるエネルギーが計算される。換算部5bにより、計算されたエネルギーを、亀裂の単位面積当たりのエネルギーに換算したエネルギー解放率が計算される。   Further, the detailed analysis model creation unit 4 creates a detailed analysis model for the entire finite element analysis model determined to be “good” by the determination unit 3, and virtually separates the wiring layers of the detailed analysis model. . The energy calculation unit 5a calculates the energy for closing the cracks generated by virtually separating the wiring layers in the created detailed analysis model. The conversion unit 5b calculates an energy release rate obtained by converting the calculated energy into energy per unit area of the crack.

そして、判定部6により、換算部5bによって換算されたエネルギー解放率に基づいて、有限要素全体解析モデルの良否が判定される。
出力部7により、判定部6によって「良」であると判定された有限要素全体解析モデルのエネルギー解放率等、各種情報が出力される。
And the determination part 6 determines the quality of the whole finite element analysis model based on the energy release rate converted by the conversion part 5b.
The output unit 7 outputs various types of information such as the energy release rate of the whole finite element analysis model determined to be “good” by the determination unit 6.

この半導体設計装置1によれば、エネルギー解放率計算部5の処理により、エネルギー解放率を容易に計算することができる。従って、配線層の剥離予測の計算を容易にすることができる。   According to this semiconductor design device 1, the energy release rate can be easily calculated by the processing of the energy release rate calculation unit 5. Accordingly, it is possible to facilitate calculation of the wiring layer peeling prediction.

なお、応力分布計算部2、判定部3、詳細解析モデル作成部4、エネルギー解放率計算部5、判定部6、および、出力部7は、半導体設計装置1が有するCPU(Central Processing Unit)が備える機能により実現することができる。   The stress distribution calculation unit 2, the determination unit 3, the detailed analysis model creation unit 4, the energy release rate calculation unit 5, the determination unit 6, and the output unit 7 are provided by a CPU (Central Processing Unit) included in the semiconductor design apparatus 1. It can be realized by the function provided.

また、本実施の形態では、半導体設計装置1が、応力分布計算部2、判定部3、詳細解析モデル作成部4、エネルギー解放率計算部5、エネルギー計算部5a、換算部5b、判定部6、および、出力部7の機能を有するようにした。しかし、これに限らず、エネルギー解放率計算部5以外の機能は、半導体設計装置1の外部に設けるようにしてもよい。   In the present embodiment, the semiconductor design apparatus 1 includes a stress distribution calculation unit 2, a determination unit 3, a detailed analysis model creation unit 4, an energy release rate calculation unit 5, an energy calculation unit 5a, a conversion unit 5b, and a determination unit 6. And the function of the output unit 7. However, the present invention is not limited to this, and functions other than the energy release rate calculation unit 5 may be provided outside the semiconductor design apparatus 1.

以下、実施の形態をより具体的に説明する。
<第2の実施の形態>
図2は、第2の実施の形態の半導体設計装置のハードウェア構成例を示す図である。
Hereinafter, the embodiment will be described more specifically.
<Second Embodiment>
FIG. 2 is a diagram illustrating a hardware configuration example of the semiconductor design apparatus according to the second embodiment.

半導体設計装置100は、CPU101によって装置全体が制御されている。CPU101には、バス108を介してRAM(Random Access Memory)102、ハードディスクドライブ(HDD:Hard Disk Drive)103、グラフィック処理装置104、入力インタフェース105、外部補助記憶装置106および通信インタフェース107が接続されている。   The entire semiconductor design apparatus 100 is controlled by the CPU 101. A random access memory (RAM) 102, a hard disk drive (HDD) 103, a graphic processing device 104, an input interface 105, an external auxiliary storage device 106, and a communication interface 107 are connected to the CPU 101 via a bus 108. Yes.

RAM102には、CPU101に実行させるOS(Operating System)のプログラムやアプリケーションプログラムの少なくとも一部が一時的に格納される。また、RAM102には、CPU101による処理に必要な各種データが格納される。HDD103には、OSやアプリケーションプログラムが格納される。また、HDD103内には、プログラムファイルが格納される。   The RAM 102 temporarily stores at least part of an OS (Operating System) program and application programs to be executed by the CPU 101. The RAM 102 stores various data necessary for processing by the CPU 101. The HDD 103 stores an OS and application programs. A program file is stored in the HDD 103.

グラフィック処理装置104には、モニタ104aが接続されている。グラフィック処理装置104は、CPU101からの命令に従って、画像をモニタ104aの画面に表示させる。入力インタフェース105には、キーボード105aとマウス105bとが接続されている。入力インタフェース105は、キーボード105aやマウス105bから送られてくる信号を、バス108を介してCPU101に送信する。   A monitor 104 a is connected to the graphic processing device 104. The graphic processing device 104 displays an image on the screen of the monitor 104a in accordance with a command from the CPU 101. A keyboard 105 a and a mouse 105 b are connected to the input interface 105. The input interface 105 transmits a signal transmitted from the keyboard 105 a and the mouse 105 b to the CPU 101 via the bus 108.

外部補助記憶装置106は、記録媒体に書き込まれた情報を読み取ったり、記録媒体に情報を書き込んだりする。外部補助記憶装置106で読み書きが可能な記録媒体としては、例えば、磁気記録装置、光ディスク、光磁気記録媒体、半導体メモリ等が挙げられる。磁気記録装置としては、例えば、HDD、フレキシブルディスク(FD)、磁気テープ等が挙げられる。光ディスクとしては、例えば、DVD(Digital Versatile Disc)、DVD−RAM(Random Access Memory)、CD−ROM(Compact Disc Read Only Memory)、CD−R(Recordable)/RW(ReWritable)等が挙げられる。光磁気記録媒体としては、例えば、MO(Magneto-Optical disk)等が挙げられる。   The external auxiliary storage device 106 reads information written on the recording medium and writes information on the recording medium. Examples of the recording medium that can be read and written by the external auxiliary storage device 106 include a magnetic recording device, an optical disc, a magneto-optical recording medium, and a semiconductor memory. Examples of the magnetic recording device include an HDD, a flexible disk (FD), and a magnetic tape. Examples of the optical disc include a DVD (Digital Versatile Disc), a DVD-RAM (Random Access Memory), a CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory), and a CD-R (Recordable) / RW (ReWritable). Examples of the magneto-optical recording medium include MO (Magneto-Optical disk).

通信インタフェース107は、ネットワーク30に接続されている。通信インタフェース107は、ネットワーク30を介して、他のコンピュータとの間でデータの送受信を行う。   The communication interface 107 is connected to the network 30. The communication interface 107 transmits and receives data to and from other computers via the network 30.

以上のようなハードウェア構成によって、本実施の形態の処理機能を実現することができる。このようなハードウェア構成の半導体設計装置100内には、以下のような機能が設けられる。   With the hardware configuration as described above, the processing functions of the present embodiment can be realized. The following functions are provided in the semiconductor design apparatus 100 having such a hardware configuration.

図3は、第2の実施の形態の半導体設計装置の機能を示すブロック図である。
半導体設計装置100は、有限要素解析モデルDB110と、有限要素全体解析部120と、評価DB130と、はんだバンプレイアウト情報DB140と、判定部150と、詳細解析モデルDB160と、LSI詳細モデル配置部170と、有限要素詳細解析部180と、変位抽出部190と、有限要素詳細解析部200と、エネルギー解放率計算部210と、判定部220と、結果出力部230とを有している。
FIG. 3 is a block diagram illustrating functions of the semiconductor design apparatus according to the second embodiment.
The semiconductor design apparatus 100 includes a finite element analysis model DB 110, a finite element whole analysis unit 120, an evaluation DB 130, a solder bump layout information DB 140, a determination unit 150, a detailed analysis model DB 160, and an LSI detailed model placement unit 170. The finite element detailed analysis unit 180, the displacement extraction unit 190, the finite element detailed analysis unit 200, the energy release rate calculation unit 210, the determination unit 220, and the result output unit 230 are included.

有限要素解析モデルDB110には、LSIチップをプリント基板に実装したときに作用する、マクロな応力分布を調査するための全体構造解析用のモデル(以下、「全体構造解析モデル」と言う)が格納されている。   The finite element analysis model DB 110 stores a model for whole structure analysis (hereinafter referred to as “whole structure analysis model”) for investigating a macro stress distribution that acts when an LSI chip is mounted on a printed circuit board. Has been.

この全体構造解析モデルは、LSIチップ、はんだバンプ、実装基板、および、これらの付属部材(ソルダーレジスト、電極等)を有している。
また、全体構造解析モデルは、はんだ接合部のレイアウト情報を有している。
This overall structural analysis model has an LSI chip, solder bumps, a mounting board, and their attached members (solder resist, electrodes, etc.).
The overall structural analysis model has solder joint layout information.

全体構造解析モデルのLSIチップの配線層は、厚さ方向に複数の層を有している。
以下、有限要素解析モデルDB110に格納されている全体構造解析モデルの一例を説明する。
The wiring layer of the LSI chip of the overall structural analysis model has a plurality of layers in the thickness direction.
Hereinafter, an example of the entire structural analysis model stored in the finite element analysis model DB 110 will be described.

図4は、全体構造解析モデルの一例を示す図である。
図4に示す全体構造解析モデル10は、基板モデル11上に複数のはんだバンプモデル12を介してLSIチップモデル13が載置されている。
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the entire structural analysis model.
In an overall structural analysis model 10 shown in FIG. 4, an LSI chip model 13 is placed on a substrate model 11 via a plurality of solder bump models 12.

基板モデル11のサイズは、47.5mm×47.5mm×1.32mmである。
LSIチップモデル13のサイズは、10mm×10mm×0.55mmである。
図4の右下には、全体構造解析モデル10全体の右上1/4を切り出した全体構造解析モデル10を表している。従って、図4に示すLSIチップモデル13の辺の長さは5mmである。
The size of the substrate model 11 is 47.5 mm × 47.5 mm × 1.32 mm.
The size of the LSI chip model 13 is 10 mm × 10 mm × 0.55 mm.
The lower right part of FIG. 4 represents the entire structural analysis model 10 obtained by cutting out the upper right quarter of the entire entire structural analysis model 10. Therefore, the side length of the LSI chip model 13 shown in FIG. 4 is 5 mm.

はんだバンプモデル12は、例えば、スズと銀の合金(Sn−Ag)を構成要素とするはんだバンプのモデルである。はんだバンプモデル12は、LSIチップモデル13の全ての配置位置に配置されており(フルグリッドであり)、各はんだバンプモデル12のピッチは0.176mmである。   The solder bump model 12 is a model of a solder bump having, for example, an alloy of tin and silver (Sn—Ag) as a constituent element. The solder bump models 12 are arranged at all arrangement positions of the LSI chip model 13 (full grid), and the pitch of each solder bump model 12 is 0.176 mm.

有限要素全体解析部120は、有限要素解析モデルDB110に格納されている全体構造解析モデルの有限要素解析を実行する。具体的には、有限要素全体解析部120は、有限要素全体解析モデルに温度等の荷重条件を付加し、LSIチップに作用する各種応力の分布を求める。この際、配線層の厚さ方向に分割されたLSIチップの配線層面の要素に関して、複数の応力を抽出する。   The finite element whole analysis unit 120 executes finite element analysis of the whole structure analysis model stored in the finite element analysis model DB 110. Specifically, the finite element whole analysis unit 120 adds a load condition such as temperature to the finite element whole analysis model, and obtains distributions of various stresses acting on the LSI chip. At this time, a plurality of stresses are extracted for the elements on the wiring layer surface of the LSI chip divided in the thickness direction of the wiring layer.

有限要素解析によって抽出される因子としては、例えば、以下(a)〜(d)等が挙げられる。
(a) LSIチップ全体の最大、中間、最小主応力σ1、σ2、σ3、最大ミーゼス応力σm、各応力成分(XYZ垂直応力σx、σy、σz、せん断応力τxy、τyz、τzx)。
Examples of factors extracted by the finite element analysis include the following (a) to (d).
(A) Maximum, intermediate and minimum principal stresses σ1, σ2, σ3, maximum Mises stress σm, and stress components (XYZ normal stress σx, σy, σz, shear stress τxy, τyz, τzx) of the entire LSI chip.

(b) またこれらの応力に対応するひずみ、最大、中間、最小主応力ε1、ε2、ε3、相当ひずみεm、各ひずみ成分(XYZ垂直ひずみεx、εy、εz、せん断ひずみγxy、γyz、γzx)。   (B) Strain corresponding to these stresses, maximum, intermediate, minimum principal stress ε1, ε2, ε3, equivalent strain εm, each strain component (XYZ vertical strain εx, εy, εz, shear strain γxy, γyz, γzx) .

(c) LSIチップの特定箇所(配線層とはんだバンプとの接合部位(以下、「はんだ接合部」と言う)や、LSIチップがはんだバンプと接続される面(回路素子面)における上記(a)や(b)に相当する各種最大応力、または、最大ひずみ。   (C) The above-mentioned (a) in a specific part of the LSI chip (joint part between the wiring layer and the solder bump (hereinafter referred to as “solder joint part”) and the surface (circuit element surface) where the LSI chip is connected to the solder bump. ) And (b), various maximum stresses or maximum strains.

(d) はんだ接合部の最大相当塑性ひずみ。
なお、有限要素全体解析部120は、これらの因子の解析結果をモニタ104aに表示するようにしてもよい。
(D) Maximum equivalent plastic strain at the solder joint.
Note that the finite element overall analysis unit 120 may display the analysis results of these factors on the monitor 104a.

評価DB130には、各種応力を変数として有する評価式(後述する式(1))の関係を有するグラフが格納されている。この評価式は、LSIチップの配線層の剥離発生率を予測する式である。   The evaluation DB 130 stores a graph having a relationship of an evaluation formula (formula (1) described later) having various stresses as variables. This evaluation expression is an expression for predicting the occurrence rate of peeling of the wiring layer of the LSI chip.

また、評価DB130には、他にも、上記評価式により求めた剥離発生率の予測値と実測した剥離発生率との関係を示すグラフや、エネルギー解放率と剥離発生率との関係を示すグラフを格納するようにしてもよい。   In addition, in the evaluation DB 130, there are other graphs showing the relationship between the predicted value of the peeling occurrence rate obtained by the above evaluation formula and the actually measured peeling occurrence rate, and the graph showing the relationship between the energy release rate and the peeling occurrence rate. May be stored.

はんだバンプレイアウト情報DB140には、はんだバンプの配置位置情報(レイアウト情報)が格納されている。
判定部150は、有限要素全体解析部120が解析した因子のなかから、剥離発生率に直接的または間接的に影響を与えていると思われる応力を抽出する。
Solder bump layout information DB 140 stores solder bump arrangement position information (layout information).
The determination unit 150 extracts stress that seems to directly or indirectly affect the separation occurrence rate from the factors analyzed by the finite element overall analysis unit 120.

そして、判定部150は、抽出した応力と、はんだバンプレイアウト情報DB140に格納されているはんだバンプの配置位置情報とに基づいて、各はんだ接合部の中心座標の応力を抽出する。そして、判定部150は、評価DB130に格納されている評価式に、抽出した応力を代入して各はんだ接合部の中心座標上の配線層について剥離発生の予測値を求める。   Then, the determination unit 150 extracts the stress at the center coordinate of each solder joint based on the extracted stress and the solder bump placement position information stored in the solder bump layout information DB 140. And the determination part 150 calculates | requires the predicted value of peeling generation | occurrence | production about the wiring layer on the center coordinate of each solder joint part by substituting the extracted stress for the evaluation formula stored in evaluation DB130.

ここで、中心座標上の配線層とは、はんだ接合部の中心座標から配線層の厚さ方向(Z軸方向)に直線を延長させたときに、その直線上に位置する各配線層を意味する。
そして、判定部150は、得られた予測値に基づいて、全体構造解析モデルの良否を判定する。以下、詳しく説明する。
Here, the wiring layer on the center coordinate means each wiring layer located on the straight line when the straight line is extended in the thickness direction of the wiring layer (Z-axis direction) from the central coordinate of the solder joint. To do.
And the determination part 150 determines the quality of the whole structure analysis model based on the obtained predicted value. This will be described in detail below.

各はんだ接合部の中心座標上の配線層の剥離発生率は、LSIチップの特定の応力と相関がある。具体的には、ミーゼス相当応力等とは相関が低く、LSIチップの素子面のLSIチップの最大主応力(以下、「LSIチップ最大主応力」と言う)、および、LSIチップの素子面のZ方向(積層方向)の応力(以下、「LSIチップZ方向応力」と言う)と相関が高い。   The rate of occurrence of peeling of the wiring layer on the center coordinates of each solder joint has a correlation with a specific stress of the LSI chip. Specifically, it has a low correlation with Mises equivalent stress and the like, and the maximum principal stress of the LSI chip on the element surface of the LSI chip (hereinafter referred to as “LSI chip maximum principal stress”) and the Z of the element surface of the LSI chip There is a high correlation with the stress in the direction (stacking direction) (hereinafter referred to as “LSI chip Z direction stress”).

以下、LSIチップ最大主応力、LSIチップのミーゼス相当応力、および、LSIチップZ方向応力と剥離発生率との相関を重回帰分析により調査した結果を示す。
LSIチップ最大主応力(MPa)は、係数:0.119828、t値:0.653806である。
The following shows the results of investigation by multiple regression analysis of the LSI chip maximum principal stress, the LSI chip Mises equivalent stress, and the correlation between the LSI chip Z-direction stress and the separation occurrence rate.
The LSI chip maximum principal stress (MPa) has a coefficient of 0.119828 and a t value of 0.653806.

ミーゼス応力(MPa)は、係数:0.018603、t値:0.487123である。
LSIチップZ方向応力(MPa)は、係数:0.16817、t値:1.48594である。
The Mises stress (MPa) is a coefficient: 0.018603, t value: 0.487123.
The LSI chip Z direction stress (MPa) is a coefficient: 0.16817 and a t value: 1.48594.

従って、以下、判定部150が、剥離発生率に相関の高いLSIチップ最大主応力とLSIチップZ方向応力とを有限要素解析結果から抽出した場合を例に判定部150の動作を説明する。   Therefore, hereinafter, the operation of the determination unit 150 will be described by taking as an example the case where the determination unit 150 extracts the LSI chip maximum principal stress and the LSI chip Z direction stress that are highly correlated with the separation occurrence rate from the finite element analysis result.

判定部150は、LSIチップ最大主応力とLSIチップZ方向応力とを線形で組み合わせた次式(1)で剥離発生率の予測値を計算する。
剥離発生率予測値Y(%)=A×LSIチップ最大主応力+B×LSIチップZ方向応力+C・・・(1)
但し、A、B、Cは、実際の剥離発生率との回帰分析により得られる係数である。
The determination unit 150 calculates a predicted value of the occurrence rate of peeling by the following equation (1) that linearly combines the LSI chip maximum principal stress and the LSI chip Z direction stress.
Predicted peeling rate Y (%) = A × LSI chip maximum principal stress + B × LSI chip Z direction stress + C (1)
However, A, B, and C are coefficients obtained by regression analysis with an actual peeling occurrence rate.

図5は、剥離発生率の予測に使用するグラフを示す図である。
図5に示すグラフ141のX軸は、LSIチップ最大主応力(Mpa)(上記Aに該当)であり、Y軸は、剥離発生率予測値Y(%)である。
FIG. 5 is a diagram illustrating a graph used for predicting the occurrence rate of peeling.
The X-axis of the graph 141 shown in FIG. 5 is the LSI chip maximum principal stress (Mpa) (corresponding to A above), and the Y-axis is the predicted delamination rate Y (%).

グラフ141は、LSIチップZ方向応力を0〜3にそれぞれ設定したときの式(1)によって、得られる直線を示している。
グラフ141では、A=0.075292(MPa)である。B=−0.06384(MPa)である。
A graph 141 shows a straight line obtained by Expression (1) when the LSI chip Z-direction stress is set to 0 to 3, respectively.
In the graph 141, A = 0.075292 (MPa). B = −0.06384 (MPa).

例えば、式(1)において、LSIチップ最大主応力=1、LSIチップZ方向応力=0、C=0の場合の剥離発生率予測値Yは、0.075292×1−(−0.06384)×0=0.075292となる。   For example, in Equation (1), the predicted peeling rate Y when LSI chip maximum principal stress = 1, LSI chip Z-direction stress = 0, and C = 0 is 0.075292 × 1 − (− 0.06384). X0 = 0.075292.

また、式(1)において、LSIチップ最大主応力=1、LSIチップZ方向応力=1、C=0の場合の剥離発生率予測値Yは、0.075292×1−(−0.06384)×1=0.139132となる。   In Formula (1), when the LSI chip maximum principal stress = 1, LSI chip Z-direction stress = 1, and C = 0, the predicted peeling occurrence rate Y is 0.075292 × 1 − (− 0.06384). X1 = 0.139132.

なお、判定部150は、グラフ141をモニタ104aに表示するようにしてもよい。
次に、式(1)の剥離発生率予測値Yの信頼性について説明する。
図6は、剥離発生率予測値と、実測した剥離発生率との関係を示す図(グラフ)である。
Note that the determination unit 150 may display the graph 141 on the monitor 104a.
Next, the reliability of the predicted occurrence rate of peeling Y in Equation (1) will be described.
FIG. 6 is a diagram (graph) showing the relationship between the predicted peeling occurrence rate and the actually measured peeling occurrence rate.

図6(a)は、上記式(1)による(LSIチップ最大主応力とLSIチップZ方向応力を組み合わせた)剥離発生率予測値Yと、実測剥離発生率との関係を示すグラフである。グラフ142aでは、モデルの当てはまり具合を示す決定係数R2は、0.9946である。 FIG. 6A is a graph showing the relationship between the predicted peeling occurrence value Y (combining the LSI chip maximum principal stress and the LSI chip Z direction stress) according to the above equation (1) and the actually measured peeling occurrence rate. In graph 142a, the coefficient of determination R 2 indicating the true condition of the model is 0.9946.

他方、図6(b)は、ミーゼス応力による剥離発生率予測値と、実測した剥離発生率との関係を示すグラフである。グラフ142bでは、モデルの当てはまり具合を示す決定係数R2は、0.0525である。 On the other hand, FIG.6 (b) is a graph which shows the relationship between the peeling incidence rate prediction value by Mises stress, and the measured peeling incidence rate. In graph 142b, the coefficient of determination R 2 indicating the true condition of the model is 0.0525.

このように、式(1)を用いて剥離発生率予測値Yを計算することにより、ミーゼス応力を使用して剥離発生率予測値を計算する場合、また、単一の応力のみを使用して剥離発生率予測値を計算する場合に比べて剥離予測の精度を高くすることができる。   Thus, by calculating the peeling occurrence rate prediction value Y using the equation (1), when calculating the peeling occurrence rate prediction value using Mises stress, or using only a single stress. The accuracy of the peeling prediction can be increased as compared with the case where the predicted peeling occurrence rate is calculated.

そして、判定部150は、計算の結果得られた各はんだ接合部の中心座標上の配線層の剥離発生率予測値Yに基づいて、全体構造解析モデルの良否を判定する。全体構造解析モデルの良否は、例えば、以下のようにして判定することができる。   Then, the determination unit 150 determines pass / fail of the overall structural analysis model based on the predicted peeling rate Y of the wiring layer on the center coordinates of each solder joint obtained as a result of the calculation. The quality of the overall structural analysis model can be determined as follows, for example.

剥離発生率予測値Yに予めしきい値(以下「許容値P1」と言う)を設ける。そして、あるはんだ接合部の中心座標上の配線層の剥離発生率予測値Yが、この許容値P1を超えた場合、このはんだ接合部の中心座標上の配線層について、「否」と判定する。例えば、許容値P1を0%に設定した場合、剥離発生率予測値Yが、0%であった場合、「良」と判定する。0%より大きい場合、「否」と判定する。   A threshold value (hereinafter referred to as “allowable value P1”) is provided in advance to the predicted peeling occurrence value Y. When the predicted peeling rate Y of the wiring layer on the center coordinates of a certain solder joint exceeds this allowable value P1, the wiring layer on the center coordinates of this solder joint is determined as “No”. . For example, when the allowable value P1 is set to 0%, when the peeling occurrence rate prediction value Y is 0%, it is determined as “good”. If it is greater than 0%, it is determined as “No”.

判定部150は、LSIチップモデルの全てのはんだ接合部について上記判定を行う。そして、「否」と判定された箇所が存在した場合に、モニタ104aにその旨、および、「否」と判定されたはんだ接合部の識別情報を表示し、ユーザに報知する。この報知方法としては、例えば、後述する図7に示すような、LSIチップモデルを画面に表示し、「否」と判定されたはんだ接合部のはんだバンプモデルを異なる色で表示したり、点滅させたりする方法等が挙げられる。   The determination unit 150 performs the above determination for all solder joints of the LSI chip model. If there is a location determined as “NO”, the fact is displayed on the monitor 104a and the identification information of the solder joint determined as “NO” is notified to the user. As this notification method, for example, as shown in FIG. 7 to be described later, an LSI chip model is displayed on the screen, and the solder bump model of the solder joint portion determined to be “No” is displayed in a different color or blinked. Or the like.

ユーザは、キーボード105aやマウス105bを操作して、はんだバンプが配置されていない部位の中から、はんだバンプを移動する候補点の座標(候補点座標)を選択することができる。   The user can select the coordinates (candidate point coordinates) of the candidate point for moving the solder bump from the part where the solder bump is not arranged by operating the keyboard 105a and the mouse 105b.

このときユーザは、以下のように候補点座標を選択することにより、剥離発生率予測値Yの値を小さくすることを試みることができる。
以下、候補点座標の選択方法を説明する。まず、はんだバンプの配置に伴うLSIチップの最大主応力分布の変化について説明し、次に、はんだバンプの配置移動例を説明する。
At this time, the user can try to decrease the peeling occurrence rate prediction value Y by selecting the candidate point coordinates as follows.
Hereinafter, a method for selecting candidate point coordinates will be described. First, a change in the maximum principal stress distribution of the LSI chip accompanying the solder bump arrangement will be described, and then an example of the solder bump arrangement movement will be described.

<候補点座標の選択方法>
図7は、はんだバンプの配置に伴うLSIチップの最大主応力分布の変化を示す図である。
<Selection method of candidate point coordinates>
FIG. 7 is a diagram showing a change in the maximum principal stress distribution of the LSI chip accompanying the arrangement of the solder bumps.

ここで、図7(a)〜図7(f)は、LSIチップモデル13上の全ての配置位置にはんだバンプモデル12が配置された場合のLSIチップモデル13の左上1/4を切り出したときの配線面を示す図である。すなわち、図7(a)〜図7(f)に示すLSIチップモデル13の左上が、LSIチップモデル13の角部に対応し、右下がLSIチップモデル13の中央部に対応している。   Here, FIG. 7A to FIG. 7F show a case where the upper left quarter of the LSI chip model 13 is cut out when the solder bump model 12 is arranged at all the arrangement positions on the LSI chip model 13. It is a figure which shows the wiring surface. That is, the upper left of the LSI chip model 13 shown in FIGS. 7A to 7F corresponds to the corner of the LSI chip model 13, and the lower right corresponds to the center of the LSI chip model 13.

図7(b)は、図7(a)におけるLSIチップモデル13にシミュレーションを施したときのLSIチップの最大主応力の応力分布を示す図である。
色が濃い部分(黒に近い部分)は、色が薄い部分(白に近い部分)に比べて、応力が大きいことを示している。
FIG. 7B is a diagram showing the stress distribution of the maximum principal stress of the LSI chip when the LSI chip model 13 in FIG. 7A is simulated.
A dark portion (portion close to black) indicates that the stress is larger than a light portion (portion close to white).

このように、LSIチップの最大主応力は、単純にLSIチップの最外周部に発生するのではなく、ある程度内側で発生する。
図7(c)、(e)は、それぞれ、図7(a)に示すLSIチップモデル13に比べて、はんだバンプモデル12の配置個数を減少させたときのLSIチップモデル13の配線面を示す図である。図7(d)は、図7(c)におけるLSIチップモデル13にシミュレーションを施したときのLSIチップの最大主応力の応力分布を示す図である。図7(f)は、図7(e)におけるLSIチップモデル13にシミュレーションを施したときのLSIチップの最大主応力の応力分布を示す図である。
As described above, the maximum principal stress of the LSI chip does not simply occur at the outermost peripheral portion of the LSI chip, but occurs to some extent inside.
FIGS. 7C and 7E show wiring surfaces of the LSI chip model 13 when the number of solder bump models 12 is reduced compared to the LSI chip model 13 shown in FIG. FIG. FIG. 7D is a diagram showing the stress distribution of the maximum principal stress of the LSI chip when the LSI chip model 13 in FIG. 7C is simulated. FIG. 7F is a diagram showing the stress distribution of the maximum principal stress of the LSI chip when the LSI chip model 13 in FIG. 7E is simulated.

なお、図7(b)、図7(d)、および、図7(f)に示すLSIチップモデル13は、アンダーフィルが充填される場合の応力分布を示している。
図7(b)、図7(d)、および、図7(f)に示すモデルから分かるように、LSIチップの最大主応力は、はんだバンプを配置する個数によって変化する。
The LSI chip model 13 shown in FIGS. 7B, 7D, and 7F shows the stress distribution when the underfill is filled.
As can be seen from the models shown in FIGS. 7B, 7D, and 7F, the maximum principal stress of the LSI chip varies depending on the number of solder bumps.

しかし、いずれの配列の場合もアンダーフィルが充填される構造の場合、LSIチップの最大主応力は、はんだバンプが配置された外周部からある程度内側で発生する。また、最外周部は、むしろ応力が低下、または、圧縮応力が作用している。   However, in any arrangement, in the case of a structure filled with underfill, the maximum principal stress of the LSI chip is generated to some extent from the outer peripheral portion where the solder bumps are arranged. Further, the outermost peripheral portion is rather subjected to stress reduction or compressive stress.

図8は、最外周部の応力が低下する原因を説明する図である。
図8に示すLSIパッケージ20では、基板21上にはんだバンプ22を介してLSIチップ23が配置されている。そして、斜線で示す部分、すなわち、LSIチップ23とはんだバンプ22との接合面の接合強度を補強するようにアンダーフィル24が配置されている。
FIG. 8 is a diagram for explaining the cause of a decrease in stress at the outermost periphery.
In the LSI package 20 shown in FIG. 8, an LSI chip 23 is arranged on a substrate 21 via solder bumps 22. An underfill 24 is disposed so as to reinforce the bonding strength of the portion indicated by the oblique lines, that is, the bonding surface of the LSI chip 23 and the solder bump 22.

温度を低下させた場合、図8に示すように、アンダーフィル24とLSIチップ23の外周部が基板21の反りに追従して引っ張られる。このため、LSIチップ23の最外周部付近に圧縮応力が作用する。従って、最外周部の応力が低下する。   When the temperature is decreased, the underfill 24 and the outer peripheral portion of the LSI chip 23 are pulled following the warp of the substrate 21 as shown in FIG. For this reason, compressive stress acts near the outermost periphery of the LSI chip 23. Accordingly, the stress at the outermost peripheral portion is reduced.

図9は、アンダーフィルを充填する場合の剥離を抑制するはんだバンプの配置例を示す図である。
以上の結果より、LSIパッケージ20にアンダーフィル24を充填する構造とする場合、LSIチップ23の角部の最外周部の内側におけるはんだバンプ22を他の位置に移動した配置とするのが好ましい。
FIG. 9 is a diagram illustrating an arrangement example of solder bumps for suppressing peeling when filling with underfill.
From the above results, when the LSI package 20 is filled with the underfill 24, it is preferable that the solder bumps 22 inside the outermost peripheral portion of the corner portion of the LSI chip 23 be moved to another position.

例えば、図9(a)に示すように、LSIチップ23の角部の最外周部に隣接する部位(点線で囲んだ部位)のはんだバンプ22の全てを他の位置に移動した配置とするのが好ましい。   For example, as shown in FIG. 9A, all of the solder bumps 22 in the portion adjacent to the outermost peripheral portion of the corner portion of the LSI chip 23 (the portion surrounded by the dotted line) are moved to another position. Is preferred.

また、他の例では、図9(b)に示すように、LSIチップ23の角部の最外周部に隣接する部位(点線で囲んだ部位)のはんだバンプ22の一部を他の位置に移動させて、この部位のはんだバンプの密度を減少させた配置とするのが好ましい。   In another example, as shown in FIG. 9B, a part of the solder bump 22 in a portion (a portion surrounded by a dotted line) adjacent to the outermost peripheral portion of the corner portion of the LSI chip 23 is placed at another position. It is preferable to displace the solder bumps at this portion to reduce the density.

これにより、この箇所に発生するLSIチップ23の応力を低下させることができる。
図10は、アンダーフィルを充填しない場合の剥離を抑制するはんだバンプの配置例を示す図である。
Thereby, the stress of the LSI chip 23 generated at this location can be reduced.
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of the arrangement of solder bumps for suppressing peeling when the underfill is not filled.

アンダーフィル24を充填しないLSIパッケージ20のLSIチップ23では、LSIチップ23の辺の中央部で応力が最大となる箇所が発生する。このため、LSIチップ23の辺の中央部のはんだバンプ22の配列を他の位置に移動した配置とするのが好ましい。   In the LSI chip 23 of the LSI package 20 that is not filled with the underfill 24, a portion where the stress is maximum occurs at the center of the side of the LSI chip 23. For this reason, it is preferable that the arrangement of the solder bumps 22 at the center of the side of the LSI chip 23 is moved to another position.

例えば、図10(a)に示すように、LSIチップ23の辺の中央部の最外列の部位(点線で囲んだ部位)のはんだバンプ22の全てを他の位置に移動した配置とするのが好ましい。   For example, as shown in FIG. 10A, all the solder bumps 22 in the outermost row (the portion surrounded by the dotted line) at the center of the side of the LSI chip 23 are moved to other positions. Is preferred.

また、他の例では、図10(b)に示すように、LSIチップ23の辺の中央部の最外列の部位(点線で囲んだ部位)のはんだバンプ22の一部を他の位置に移動させて、この部位のはんだバンプの密度を減少させた配置とするのが好ましい。   In another example, as shown in FIG. 10B, a part of the solder bump 22 in the outermost row portion (the portion surrounded by the dotted line) at the center of the side of the LSI chip 23 is placed at another position. It is preferable to displace the solder bumps at this portion to reduce the density.

これにより、この箇所に発生するLSIチップ23の応力を低下することができる。
再び図3に戻って説明する。
判定部150は、ユーザが入力する、代替となる候補点の座標を受け付けると、その座標にはんだバンプを配置移動した全体構造解析モデルを仮配置する。ここで仮としたのは、本来、LSIチップモデルの候補点の座標には、はんだバンプが配置されていないからである。そして、仮配置した全体構造解析モデルの各種応力を有限要素全体解析部120の解析結果から近似して算出する。なお、この算出方法は、公知の方法で求めることができるため、詳細な説明を省略する。
Thereby, the stress of the LSI chip 23 generated at this location can be reduced.
Returning to FIG. 3, the description will be continued.
When the determination unit 150 receives the coordinates of an alternative candidate point input by the user, the determination unit 150 temporarily arranges the entire structural analysis model in which the solder bumps are arranged and moved at the coordinates. Here, the provisional assumption is that solder bumps are not arranged at the coordinates of candidate points of the LSI chip model. Then, various stresses of the temporarily placed overall structural analysis model are approximated and calculated from the analysis result of the finite element overall analysis unit 120. Since this calculation method can be obtained by a known method, detailed description thereof is omitted.

そして、判定部150は、抽出した応力を式(1)に代入し、前述した方法を繰り返して仮配置した全体構造解析モデルについて良否を判定する。
なお、判定部150は、候補点座標が複数存在する場合、全ての候補点座標についての全体構造解析モデルを仮配置する。そして、仮配置した全ての全体構造解析モデルについて剥離発生率予測値Yを計算することによって、全体構造解析モデルの良否を判定する。そして、「良」と判定された全体構造解析モデルの候補点座標(優良候補点座標)を抽出する。
Then, the determination unit 150 substitutes the extracted stress into Expression (1), and determines pass / fail for the entire structural analysis model temporarily arranged by repeating the above-described method.
Note that when there are a plurality of candidate point coordinates, the determination unit 150 provisionally arranges the entire structural analysis model for all candidate point coordinates. Then, the quality of the overall structural analysis model is determined by calculating the peeling occurrence rate prediction value Y for all the temporarily placed overall structural analysis models. Then, candidate point coordinates (excellent candidate point coordinates) of the overall structural analysis model determined as “good” are extracted.

そして、判定部150は、優良候補点座標にはんだバンプを配置移動した全体構造解析モデルを作成する。
また、優良候補点座標が複数存在する場合は、判定部150は、抽出した優良候補点座標の中から、さらに剥離発生率予測値Yが最も小さい候補点座標(最優良候補点座標)に、はんだバンプを配置移動した全体構造解析モデルを作成する。
Then, the determination unit 150 creates an overall structural analysis model in which the solder bumps are arranged and moved at the excellent candidate point coordinates.
Further, when there are a plurality of excellent candidate point coordinates, the determination unit 150 further selects the candidate point coordinates (the best candidate point coordinates) with the smallest peeling occurrence rate prediction value Y from the extracted excellent candidate point coordinates. Create an overall structural analysis model with solder bumps placed and moved.

有限要素全体解析部120は、判定部150により作成された全体構造解析モデルを用いて有限要素全体解析を実施する。
判定部150は、以上の有限要素全体解析と結果判定を全てのはんだ接合部の中心座標で判定結果が「良」となるまで繰り返し実行する。
The finite element whole analysis unit 120 performs a finite element whole analysis using the whole structure analysis model created by the determination unit 150.
The determination unit 150 repeatedly executes the above finite element overall analysis and result determination until the determination result becomes “good” at the center coordinates of all the solder joints.

判定部150は、上記判定方法により、全てのLSIチップのはんだ接合部の中心座標(はんだバンプの全ての配置点)で「良」と判定した場合、すなわち、全ての中心座標で剥離発生率の予測値が許容値P1以下になった場合は、以下の処理を行う。   When the determination unit 150 determines “good” at the center coordinates (all placement points of the solder bumps) of the solder joints of all the LSI chips by the above determination method, that is, the separation occurrence rate at all the center coordinates. When the predicted value falls below the allowable value P1, the following processing is performed.

判定部150は、式(1)から剥離が発生する可能性の最も高いはんだ接合部の座標、すなわち、最大応力の発生しているはんだ接合部の座標を求め、求めた座標をLSI詳細モデル配置部170に転送する。   The determination unit 150 obtains the coordinates of the solder joint where peeling is most likely to occur from Equation (1), that is, the coordinates of the solder joint where the maximum stress is generated, and places the obtained coordinates in the LSI detailed model arrangement. To the unit 170.

詳細解析モデルDB160には、全体構造解析モデルのうち、はんだ接合部と配線層の細部をモデル化した詳細解析モデルが格納されている。
LSI詳細モデル配置部170は、詳細解析モデルDB160を参照し、詳細解析モデルを取得する。そして、LSI詳細モデル配置部170は、判定部150により最大応力が発生すると判定されたはんだ接合部の中心座標に、詳細解析モデルの中心座標を移動する。
The detailed analysis model DB 160 stores a detailed analysis model in which the details of the solder joint and the wiring layer are modeled out of the entire structural analysis model.
The LSI detailed model placement unit 170 refers to the detailed analysis model DB 160 and acquires a detailed analysis model. Then, the LSI detailed model placement unit 170 moves the center coordinates of the detailed analysis model to the center coordinates of the solder joint determined by the determination unit 150 that the maximum stress is generated.

この中心座標は、ユーザがキーボード105aやマウス105bを操作して指定することができる。
有限要素詳細解析部180は、移動された座標、すなわち、最大応力が発生するはんだ接合部の座標における詳細解析モデルに全体構造解析モデルの解析結果から得られた温度変化や荷重等の条件を付加し、詳細な解析を行う。
The center coordinates can be designated by the user operating the keyboard 105a and the mouse 105b.
The finite element detailed analysis unit 180 adds conditions such as temperature change and load obtained from the analysis result of the overall structural analysis model to the detailed analysis model at the coordinate of the moved position, that is, the coordinate of the solder joint where the maximum stress occurs. And perform a detailed analysis.

図11は、詳細解析モデルの一部を示す図である。
詳細解析モデル10aは、基板モデル11aと回転対称形状を有するはんだバンプモデル12aと配線層の詳細な配線レイアウトを有するLSIチップモデル13aとレジスト、電極パッド等これらの付属部品、材料とを有している。
FIG. 11 is a diagram illustrating a part of the detailed analysis model.
The detailed analysis model 10a includes a solder bump model 12a having a rotationally symmetric shape with the substrate model 11a, an LSI chip model 13a having a detailed wiring layout of the wiring layer, and these accessories and materials such as resists and electrode pads. Yes.

有限要素詳細解析部180は、詳細解析モデル10aのはんだバンプモデル12aの回転中心の真上(中心軸12b上)に位置するLSIチップモデル13aの配線層における解析用のメッシュモデル(亀裂入り解析メッシュモデル)を作成する。なお、中心軸12b上のはんだバンプモデル12aとLSIチップモデル13aとの接合部が、はんだ接合部の中心座標となる。以下、図を用いて説明する。   The finite element detailed analysis unit 180 is a mesh model (analysis mesh with cracks) for analysis in the wiring layer of the LSI chip model 13a located directly above the rotation center (on the central axis 12b) of the solder bump model 12a of the detailed analysis model 10a. Model). The joint between the solder bump model 12a and the LSI chip model 13a on the central axis 12b is the center coordinate of the solder joint. This will be described below with reference to the drawings.

図12は、亀裂入り解析メッシュモデルを示す図である。
亀裂入り解析メッシュモデルは、配線層間が剥離することにより発生する亀裂を想定したモデルである。
FIG. 12 is a diagram showing a cracked analysis mesh model.
The cracked analysis mesh model is a model that assumes a crack that occurs due to separation between wiring layers.

有限要素詳細解析部180は、剥離が予測される配線層間の中心1節点間を上下方向に分離(解放)し、2つの独立節点とする亀裂モデルを有する亀裂入り解析メッシュモデルを作成する。   The finite element detailed analysis unit 180 vertically separates (releases) one central node between wiring layers where separation is predicted, and creates a cracked analysis mesh model having a crack model with two independent nodes.

例えば、図12(a)に示すメッシュモデル15は、詳細解析モデル10aのLSIチップモデル13aの複数の配線層を行列状にメッシュ化したモデルである。1つのメッシュの大きさ(メッシュ長R)は、ユーザが任意に決定することができる。   For example, the mesh model 15 shown in FIG. 12A is a model obtained by meshing a plurality of wiring layers of the LSI chip model 13a of the detailed analysis model 10a in a matrix. The size of one mesh (mesh length R) can be arbitrarily determined by the user.

このメッシュモデル15は、図12(a)中、強調した太枠で示す2つの配線層モデル13b、13c間に位置する1つの節点131を図示している。剥離が発生していない状態では、2つの配線層モデル13b、13cが、1つの節点131を共有している。   The mesh model 15 illustrates one node 131 located between the two wiring layer models 13b and 13c indicated by the highlighted thick frame in FIG. 12A. In a state where no peeling occurs, the two wiring layer models 13b and 13c share one node 131.

有限要素詳細解析部180は、図12(b)に示すように、節点131を上下方向に分離することで、2つの独立節点132、133、並びに、節点132、および、節点133間に形成された亀裂134(図12(b)中、斜線部で示す部分)を有する亀裂入り解析メッシュモデルを作成する。   As illustrated in FIG. 12B, the finite element detailed analysis unit 180 is formed between the two independent nodes 132 and 133, the node 132, and the node 133 by separating the node 131 in the vertical direction. A cracked analysis mesh model having a crack 134 (a portion indicated by a hatched portion in FIG. 12B) is created.

再び図11に戻って説明する。
また、有限要素詳細解析部180は、亀裂134の面積(亀裂面積)Sを算出する。
ここで、亀裂面積Sを算出するに際し、亀裂134の形状を平面視で正多角形とする。この多角形の角の数は、16以上(16角形以上)とするのが好ましい。こうすることによって、亀裂の形状は、ほぼ円形とみなせるため、亀裂面積Sは円の面積と等しいとみなすことができる。
Returning to FIG. 11, the description will be continued.
Further, the finite element detailed analysis unit 180 calculates the area (crack area) S of the crack 134.
Here, when calculating the crack area S, the shape of the crack 134 is a regular polygon in plan view. The number of corners of the polygon is preferably 16 or more (16 or more). By doing so, since the shape of the crack can be regarded as a substantially circular shape, the crack area S can be regarded as equal to the area of the circle.

また、1節点間を上下方向に分離しているため、亀裂134の半径はメッシュ長Rに等しい。従って、亀裂面積S=πR2により近似的に計算することができる。図11では、亀裂面積Sの半分(S/2)の面積を斜線で示している。有限要素詳細解析部180は、計算した亀裂面積Sをエネルギー解放率計算部210に送る。 In addition, since one node is separated in the vertical direction, the radius of the crack 134 is equal to the mesh length R. Therefore, it can be approximately calculated by the crack area S = πR 2 . In FIG. 11, the area of half (S / 2) of the crack area S is indicated by hatching. The finite element detailed analysis unit 180 sends the calculated crack area S to the energy release rate calculation unit 210.

さらに、有限要素詳細解析部180は、温度変化や荷重等の負荷条件をメッシュモデルに与える。与えられた負荷により、節点132、133の変位に差が生じる。
図13は、節点の変位に差が生じる様子を示す図である。
Furthermore, the finite element detailed analysis unit 180 gives a load condition such as a temperature change and a load to the mesh model. Due to the applied load, a difference occurs in the displacement of the nodes 132 and 133.
FIG. 13 is a diagram illustrating a state in which a difference occurs in the displacement of the nodes.

変位抽出部190は、節点132、133の変位の差分(変位差ΔU)を抽出する。
具体的には、節点132の変位をu1(u1x,u1y,u1z)、節点133の変位をu2(u2x,u2y,u2z)とすると、変位差ΔU=u1(u1x,u1y,u1z)−u2(u2x,u2y,u2z)となる。
The displacement extraction unit 190 extracts a displacement difference (displacement difference ΔU) between the nodes 132 and 133.
Specifically, if the displacement of the node 132 is u1 (u1x, u1y, u1z) and the displacement of the node 133 is u2 (u2x, u2y, u2z), the displacement difference ΔU = u1 (u1x, u1y, u1z) −u2 ( u2x, u2y, u2z).

有限要素詳細解析部200は、変位抽出部190により変位差ΔUが抽出された場合、この変位差ΔUを打ち消し、両節点の変位を等しくする反力Fを有限要素解析結果から抽出する。   When the displacement extraction unit 190 extracts the displacement difference ΔU, the finite element detailed analysis unit 200 cancels the displacement difference ΔU and extracts a reaction force F that equalizes the displacements of both nodes from the finite element analysis result.

具体的には、図13(b)に示すように、亀裂134を閉じる方向の変位(強制変位)を付加し、節点132、133間を閉じる際に発生する反力Fを有限要素解析結果から抽出する。そして、抽出した反力Fを節点132に与える。これにより、節点132、133間の変位が等しくなり、節点132の変位と節点133変位とが一致する。このようにすることで、亀裂134が閉じる。   Specifically, as shown in FIG. 13B, displacement (forced displacement) in the direction of closing the crack 134 is added, and the reaction force F generated when closing between the nodes 132 and 133 is determined from the finite element analysis result. Extract. Then, the extracted reaction force F is applied to the node 132. Thereby, the displacement between the nodes 132 and 133 becomes equal, and the displacement of the node 132 coincides with the displacement of the node 133. By doing so, the crack 134 is closed.

エネルギー解放率計算部210は、変位抽出部190から得られる変位差ΔUと、有限要素詳細解析部200から得られる反力Fとを用いて、亀裂閉口エネルギーE(=ΔU×F/2)を計算する。   The energy release rate calculation unit 210 uses the displacement difference ΔU obtained from the displacement extraction unit 190 and the reaction force F obtained from the finite element detailed analysis unit 200 to calculate the crack closing energy E (= ΔU × F / 2). calculate.

また、エネルギー解放率計算部210は、計算により求めた亀裂閉口エネルギーEを、有限要素詳細解析部200から取得した亀裂面積Sで割って単位面積当たりのエネルギーを計算し、これをエネルギー解放率ERRとする。具体的には、エネルギー解放率ERR=E/S=(ΔU×F/2)/Sとなる。   Further, the energy release rate calculation unit 210 calculates the energy per unit area by dividing the crack closing energy E obtained by the calculation by the crack area S acquired from the finite element detailed analysis unit 200, and calculates the energy release rate ERR. And Specifically, the energy release rate ERR = E / S = (ΔU × F / 2) / S.

なお、エネルギー解放率計算部210は、得られたエネルギー解放率ERRをモニタ104aに表示するようにしてもよい。
判定部220は、エネルギー解放率計算部210により求められたエネルギー解放率ERRを評価DB130に格納されているエネルギー解放率ERRと剥離発生率との関係を示すグラフに代入し、全体構造解析モデルの良否を判定する。
The energy release rate calculation unit 210 may display the obtained energy release rate ERR on the monitor 104a.
The determination unit 220 substitutes the energy release rate ERR obtained by the energy release rate calculation unit 210 into a graph showing the relationship between the energy release rate ERR stored in the evaluation DB 130 and the separation occurrence rate, and Judge the quality.

図14は、エネルギー解放率と剥離発生率との関係を示すグラフを示す図である。
図14におけるグラフ143は、横軸が、エネルギー解放率ERR(J/mm2)を示しており、縦軸が剥離発生率を示している。
FIG. 14 is a graph showing a relationship between the energy release rate and the separation occurrence rate.
In the graph 143 in FIG. 14, the horizontal axis indicates the energy release rate ERR (J / mm 2 ), and the vertical axis indicates the separation occurrence rate.

全体構造解析モデルの良否は、例えば、以下のようにして判定することができる。
剥離発生率に予めしきい値(以下、「許容値P2」と言う)を設ける。そして、エネルギー解放率ERRをグラフ143に代入して得られた剥離発生率が、この許容値P2を超えた場合、「否」と決定する。例えば、許容値P2を0%に設定した場合、エネルギー解放率ERRが、0%であった場合、「良」と判定する。0%より大きい場合、「否」と判定する。
The quality of the overall structural analysis model can be determined as follows, for example.
A threshold value (hereinafter referred to as “allowable value P2”) is provided in advance to the peeling occurrence rate. Then, when the peeling occurrence rate obtained by substituting the energy release rate ERR into the graph 143 exceeds the allowable value P2, “No” is determined. For example, when the allowable value P2 is set to 0%, when the energy release rate ERR is 0%, it is determined as “good”. If it is greater than 0%, it is determined as “No”.

判定部220は、「否」と判定された場合に、他の候補点座標が更に存在するか否かを判断する。本実施の形態では、他の前述した優良候補点座標が存在するか否かを判断し、存在する場合に、他の候補点座標が更に存在すると判断する。   If the determination unit 220 determines “No”, the determination unit 220 determines whether there are other candidate point coordinates. In the present embodiment, it is determined whether or not there are other above-described excellent candidate point coordinates, and if they are present, it is determined that other candidate point coordinates are further present.

また、他の例として、モニタ104aに「否」と判定された旨、および、「否」と判定されたはんだ接合部の識別情報を表示してユーザに報知し、ユーザが入力する、候補点座標(はんだバンプが配置されていない部位の座標)を受け付けるようにしてもよい。   Further, as another example, a candidate point that the monitor 104a displays “not determined” and the identification information of the solder joint determined to be “not” is notified to the user and input by the user You may make it receive a coordinate (coordinate of the site | part in which the solder bump is not arrange | positioned).

そして、判定部220は、他の候補点座標、すなわち、他の優良候補点座標が存在する場合、剥離発生率予測値Yが最も小さい優良候補点座標をはんだバンプの配置位置候補に決定する。   Then, when there are other candidate point coordinates, that is, other excellent candidate point coordinates, the determination unit 220 determines an excellent candidate point coordinate having the smallest peeling occurrence rate prediction value Y as a solder bump arrangement position candidate.

そして、判定部220は、決定した配置位置候補にはんだバンプを配置移動した全体構造解析モデルを作成する。
この場合、半導体設計装置100は、作成した全体構造解析モデルを用いて、再度、有限要素全体解析部120の処理から判定部220の処理までを繰り返し実施する。
Then, the determination unit 220 creates an overall structural analysis model in which the solder bumps are arranged and moved to the decided arrangement position candidates.
In this case, the semiconductor design apparatus 100 repeatedly performs the process from the finite element overall analysis unit 120 to the process of the determination unit 220 again using the created overall structure analysis model.

判定部220は、全体構造解析モデルが「良」であると判定した場合、「良」と判定された全体構造解析モデルのエネルギー解放率ERRを結果出力部230に転送する。
結果出力部230は、転送されたエネルギー解放率ERRを数値化、および、グラフ化してモニタ104aに表示する。
If the determination unit 220 determines that the overall structural analysis model is “good”, the determination unit 220 transfers the energy release rate ERR of the overall structural analysis model determined to be “good” to the result output unit 230.
The result output unit 230 digitizes and graphs the transferred energy release rate ERR and displays it on the monitor 104a.

図15は、結果出力部がモニタに表示する情報の一例を示す図である。
モニタ104aには、転送されたエネルギー解放率ERRが数値化、および、グラフ化して表示されている。
FIG. 15 is a diagram illustrating an example of information displayed on the monitor by the result output unit.
On the monitor 104a, the transferred energy release rate ERR is displayed as a numerical value and a graph.

図15中、「モデル1」、「モデル2」、「モデル3」は、それぞれ異なるLSIチップモデルを示している。また、「G−1(X方向)」は、LSIチップモデル13のX方向のエネルギー解放率ERRを示している。「G−2(Y方向)」は、LSIチップモデル13のY方向のエネルギー解放率ERRを示している。「G−3(Z方向)」は、LSIチップモデル13のZ方向のエネルギー解放率ERRを示している。なお、X方向、Y方向、Z方向は、それぞれ図4に示す方向に対応している。   In FIG. 15, “Model 1”, “Model 2”, and “Model 3” indicate different LSI chip models. “G-1 (X direction)” indicates the energy release rate ERR in the X direction of the LSI chip model 13. “G-2 (Y direction)” indicates the energy release rate ERR in the Y direction of the LSI chip model 13. “G-3 (Z direction)” indicates the energy release rate ERR in the Z direction of the LSI chip model 13. The X direction, the Y direction, and the Z direction correspond to the directions shown in FIG.

「モデル1」の「G−1(X方向)」は、例えば、以下のようにして求めることができる。
u1x=−0.0088311、u2x=−0.0088309とすると、ΔUx=2.00E−07となる。
“G-1 (X direction)” of “Model 1” can be obtained as follows, for example.
If u1x = −0.0088311 and u2x = −0.0088309, then ΔUx = 2.00E-07.

反力F=−9.25E−06とすると、亀裂閉口エネルギーE(=ΔUx×F/2)=2.00E−07×(−9.25E−06)/2=−9.25E−13となる。
また、メッシュ長R=0.002690315とすると、亀裂面積S=2.27E−05となる。
When the reaction force F = −9.25E-06, the crack closing energy E (= ΔUx × F / 2) = 2.00E−07 × (−9.25E-06) /2=−9.25E-13 Become.
Further, if the mesh length R is 0.002690315, the crack area S is 2.27E-05.

従って、「モデル1」の「G−1(X方向)」は、|E/(R×S)|=|−1.5113E−05|=1.5113E−05となる。
同様に、「モデル1」の「G−2(Y方向)」は、1.5521E−05となる。「モデル1」の「G−3(Z方向)」は、5.9757E−05となる。
Therefore, “G-1 (X direction)” of “Model 1” is | E / (R × S) | = | −1.5113E−05 | = 1.5113E−05.
Similarly, “G-2 (Y direction)” of “Model 1” is 1.5521E-05. “G-3 (Z direction)” of “Model 1” is 5.9757E-05.

従って、「モデル1」のエネルギー解放率ERRは、1.5113E−05+1.5521E−05+5.9757E−05=6.0063E−03となる。
同様に、「モデル2」のエネルギー解放率ERRは、1.0080E−03+1.0452E−03+1.5956E−02=1.8010E−02となる。「モデル3」のエネルギー解放率ERRは、3.8936E−03+3.9597E−03+2.2893E−02=3.0747E−02となる。
Therefore, the energy release rate ERR of “Model 1” is 1.5113E−05 + 1.5521E−05 + 5.9757E−05 = 6.00063E−03.
Similarly, the energy release rate ERR of “Model 2” is 1.0080E-03 + 1.0452E-03 + 1.5956E-02 = 1.810E-02. The energy release rate ERR of “Model 3” is 3.8936E-03 + 3.9597E-03 + 2.2893E-02 = 3.0747E-02.

次に、半導体設計装置100の全体処理を説明する。
<全体処理>
図16は、半導体設計装置の全体処理を示すフローチャートである。
Next, the entire process of the semiconductor design apparatus 100 will be described.
<Overall processing>
FIG. 16 is a flowchart showing the overall processing of the semiconductor design apparatus.

[ステップS1] 有限要素全体解析部120が、有限要素解析モデルDB110に格納されている全体構造解析モデルに基づいて、有限要素解析を実行する。
また、ステップS4またはステップS13から処理が遷移した場合、有限要素全体解析部120は、仮作成した全体構造解析モデルに基づいて、有限要素解析を実行する。
[Step S <b> 1] The finite element overall analysis unit 120 executes finite element analysis based on the overall structural analysis model stored in the finite element analysis model DB 110.
When the process transitions from step S4 or step S13, the finite element overall analysis unit 120 executes finite element analysis based on the provisionally created overall structure analysis model.

[ステップS2] 判定部150が、各はんだ接合部の中心座標上の剥離発生予測値Yを計算する。そして、計算した予測値に基づいて、全体構造解析モデルの良否を判定する。   [Step S <b> 2] The determination unit 150 calculates a predicted peeling occurrence value Y on the center coordinates of each solder joint. Then, the quality of the entire structural analysis model is determined based on the calculated predicted value.

[ステップS3] 判定の結果、少なくとも1つのはんだ接合部の中心座標上の配線層について「否」と判定された場合(ステップS3のNo)、ステップS4に遷移する。全てのはんだ接合部の中心座標上の配線層について「良」と判定された場合(ステップS3のYes)、ステップS5に遷移する。   [Step S3] As a result of the determination, if it is determined “No” for the wiring layer on the center coordinates of at least one solder joint (No in Step S3), the process proceeds to Step S4. When it is determined that the wiring layer on the center coordinates of all the solder joints is “good” (Yes in step S3), the process proceeds to step S5.

[ステップS4] 判定部150は、候補点座標を抽出する。そして、抽出した候補点座標にはんだバンプを配置移動した全体構造解析モデルを作成する。その後、ステップS1に遷移する。   [Step S4] The determination unit 150 extracts candidate point coordinates. Then, an overall structural analysis model in which solder bumps are arranged and moved to the extracted candidate point coordinates is created. Thereafter, the process proceeds to step S1.

[ステップS5] LSI詳細モデル配置部170は、判定部150により最大応力が発生すると判定されたはんだ接合部の中心座標に、詳細解析モデルのユーザが入力した中心座標を移動する。その後、ステップS6に遷移する。   [Step S5] The LSI detailed model placement unit 170 moves the center coordinates input by the user of the detailed analysis model to the center coordinates of the solder joint determined by the determination unit 150 that the maximum stress is generated. Then, the process proceeds to step S6.

[ステップS6] 有限要素詳細解析部180は、剥離が予測される配線層間の中心1節点間を上下方向に分離し、亀裂入り解析メッシュモデルを作成する。その後、ステップS7に遷移する。   [Step S6] The finite element detailed analysis unit 180 creates a cracked analysis mesh model by separating the center one node between wiring layers where separation is predicted in the vertical direction. Then, the process proceeds to step S7.

[ステップS7] 有限要素詳細解析部180は、亀裂入り解析メッシュモデルの亀裂面積Sを算出する。その後、ステップS8に遷移する。
[ステップS8] 変位抽出部190は、メッシュモデルの節点132、133の変位の差分(変位差ΔU)を抽出する。その後、ステップS9に遷移する。
[Step S7] The finite element detailed analysis unit 180 calculates the crack area S of the cracked analysis mesh model. Thereafter, the process proceeds to operation S8.
[Step S8] The displacement extraction unit 190 extracts a displacement difference (displacement difference ΔU) between the nodes 132 and 133 of the mesh model. Thereafter, the process proceeds to operation S9.

[ステップS9] 有限要素詳細解析部200は、変位抽出部190により変位差ΔUが抽出された場合、この変位差ΔUを打ち消し、両節点の変位を等しくする反力Fを有限要素解析結果から抽出する。その後、ステップS10に遷移する。   [Step S9] When the displacement difference ΔU is extracted by the displacement extraction unit 190, the finite element detailed analysis unit 200 cancels the displacement difference ΔU and extracts the reaction force F that equalizes the displacements of both nodes from the finite element analysis result. To do. Then, the process proceeds to step S10.

[ステップS10] エネルギー解放率計算部210は、変位抽出部190から得られる変位差ΔUと、有限要素詳細解析部200から得られる反力Fとを用いて、亀裂閉口エネルギーEを計算する。そして、エネルギー解放率計算部210は、計算により求めた亀裂閉口エネルギーEを、有限要素詳細解析部200から取得した亀裂面積Sで割ってエネルギー解放率ERRを計算する。その後、ステップS11に遷移する。   [Step S <b> 10] The energy release rate calculation unit 210 calculates the crack closing energy E using the displacement difference ΔU obtained from the displacement extraction unit 190 and the reaction force F obtained from the finite element detailed analysis unit 200. Then, the energy release rate calculation unit 210 calculates the energy release rate ERR by dividing the crack closing energy E obtained by the calculation by the crack area S acquired from the finite element detailed analysis unit 200. Then, the process proceeds to step S11.

[ステップS11] 判定部220は、エネルギー解放率計算部210により求められたエネルギー解放率ERRをグラフ143に代入し、全体構造解析モデルの良否を判定する。   [Step S11] The determination unit 220 substitutes the energy release rate ERR obtained by the energy release rate calculation unit 210 into the graph 143, and determines whether the overall structure analysis model is acceptable.

[ステップS12] 判定の結果、全体構造解析モデルが「否」と判定された場合(ステップS12のNo)、ステップS13に遷移する。全体構造解析モデルが「良」と判定された場合(ステップS12のYes)、ステップS14に遷移する。   [Step S12] As a result of the determination, if the entire structural analysis model is determined as “No” (No in Step S12), the process proceeds to Step S13. When it is determined that the overall structural analysis model is “good” (Yes in step S12), the process proceeds to step S14.

[ステップS13] 判定部220は、はんだバンプを候補点座標に配置移動した全体構造解析モデルを作成する。その後、ステップS1に遷移する。
[ステップS14] 結果出力部230は、転送されたエネルギー解放率ERRを数値化、および、グラフ化してモニタ104aに表示する。その後、全体処理を終了する。
[Step S13] The determination unit 220 creates an overall structural analysis model in which the solder bumps are arranged and moved to the candidate point coordinates. Thereafter, the process proceeds to step S1.
[Step S14] The result output unit 230 digitizes and graphs the transferred energy release rate ERR and displays it on the monitor 104a. Thereafter, the entire process is terminated.

以上で全体処理の説明を終了する。
<判定処理>
次に、判定部150の処理(第1判定処理)を詳しく説明する。
This is the end of the description of the entire process.
<Judgment process>
Next, the process of the determination unit 150 (first determination process) will be described in detail.

図17は、第1判定処理を示すフローチャートである。
[ステップS21] 判定部150は、有限要素全体解析部120が解析したLSIチップ最大主応力、および、LSIチップZ方向応力を取得する。また、実際の剥離発生率との回帰分析により得られる定数A、B、Cを取得する。その後、ステップS22に遷移する。
FIG. 17 is a flowchart showing the first determination process.
[Step S <b> 21] The determination unit 150 acquires the LSI chip maximum principal stress and the LSI chip Z direction stress analyzed by the finite element overall analysis unit 120. Also, constants A, B, and C obtained by regression analysis with the actual peeling occurrence rate are acquired. Thereafter, the process proceeds to operation S22.

[ステップS22] 判定部150は、取得した各応力、および、定数A、B、Cを式(1)に代入して剥離発生率予測値Yを計算する。その後、ステップS23に遷移する。
[ステップS23] 判定部150は、計算した剥離発生率予測値Yが、予め定めた許容値P1以下であるか否かを判定する。剥離発生率予測値Yが、許容値P1以下である場合(ステップS23のYes)、ステップS24に遷移する。剥離発生率予測値Yが、許容値P1より大きい場合(ステップS23のNo)、ステップS25に遷移する。
[Step S22] The determination unit 150 substitutes the acquired stresses and the constants A, B, and C into the equation (1) to calculate the predicted occurrence rate of peeling Y. Thereafter, the process proceeds to operation S23.
[Step S <b> 23] The determination unit 150 determines whether or not the calculated peeling occurrence rate prediction value Y is equal to or less than a predetermined allowable value P <b> 1. When the peeling occurrence rate prediction value Y is equal to or less than the allowable value P1 (Yes in step S23), the process proceeds to step S24. When the peeling occurrence rate prediction value Y is larger than the allowable value P1 (No in Step S23), the process proceeds to Step S25.

[ステップS24] 判定部150は、式(1)から剥離が発生する可能性の最も高いはんだ接合部の座標、すなわち、最大応力の発生しているはんだ接合部の座標を求め、求めた座標をLSI詳細モデル配置部170に転送する。その後、第1判定処理を終了する。   [Step S24] The determination unit 150 obtains the coordinates of the solder joint that has the highest possibility of peeling from Equation (1), that is, the coordinates of the solder joint where the maximum stress occurs, and obtains the obtained coordinates. Transfer to the LSI detailed model placement unit 170. Thereafter, the first determination process is terminated.

[ステップS25] 判定部150は、ユーザの候補点座標の入力に応じて、候補点座標が存在するか否かを判定する。候補点座標が存在する場合(ステップS25のYes)、ステップS26に遷移する。候補点座標が存在しない場合(ステップS25のNo)、ステップS30に遷移する。   [Step S25] The determination unit 150 determines whether there is a candidate point coordinate in response to the input of the candidate point coordinate by the user. When the candidate point coordinates exist (Yes in step S25), the process proceeds to step S26. If there is no candidate point coordinate (No in step S25), the process proceeds to step S30.

[ステップS26] 判定部150は、候補点座標でのLSIチップ最大主応力、および、LSIチップZ方向応力を有限要素全体解析部120の解析結果から近似して算出する。候補点座標が複数存在する場合は、各候補点座標でのLSIチップ最大主応力、および、LSIチップZ方向応力をそれぞれ算出する。その後、ステップS27に遷移する。   [Step S <b> 26] The determination unit 150 calculates the LSI chip maximum principal stress and the LSI chip Z-direction stress at the candidate point coordinates by approximating them from the analysis result of the entire finite element analysis unit 120. When there are a plurality of candidate point coordinates, the LSI chip maximum principal stress and the LSI chip Z direction stress at each candidate point coordinate are calculated. Thereafter, the process proceeds to operation S27.

[ステップS27] 判定部150は、算出した各応力、および、定数A、B、Cを式(1)に代入して剥離発生率予測値Yを計算する。候補点座標が複数存在する場合は、各候補点座標での剥離発生率予測値Yを計算する。その後、ステップS28に遷移する。   [Step S27] The determination unit 150 substitutes the calculated stresses and the constants A, B, and C into the equation (1) to calculate the predicted occurrence rate of peeling Y. When there are a plurality of candidate point coordinates, a peeling occurrence rate prediction value Y at each candidate point coordinate is calculated. Then, the process proceeds to step S28.

[ステップS28] 判定部150は、候補点座標が1つである場合は、その候補点座標をはんだバンプの配置位置候補に決定する。候補点座標が複数存在する場合は、そのうちの剥離発生率予測値Yの値が最も小さな候補点座標を、はんだバンプの配置位置候補に決定する。その後、ステップS29に遷移する。   [Step S28] When there is one candidate point coordinate, the determination unit 150 determines the candidate point coordinate as a solder bump arrangement position candidate. If there are a plurality of candidate point coordinates, the candidate point coordinate having the smallest peeling occurrence rate predicted value Y is determined as a solder bump arrangement position candidate. Thereafter, the process proceeds to operation S29.

[ステップS29] 判定部150は、はんだバンプの配置位置をステップS28にて決定したはんだバンプの配置位置候補に配置移動した全体構造解析モデルを作成する。そして、作成した全体構造解析モデルを有限要素全体解析部120に送る。その後、第1判定処理を終了する。   [Step S29] The determination unit 150 creates an overall structural analysis model in which the solder bump placement position is placed and moved to the solder bump placement position candidate determined in step S28. Then, the created whole structure analysis model is sent to the finite element whole analysis unit 120. Thereafter, the first determination process is terminated.

[ステップS30] 判定部150は、モニタ104aにエラーを出力する。その後、第1判定処理を終了する。
以上で第1判定処理の説明を終了する。
[Step S30] The determination unit 150 outputs an error to the monitor 104a. Thereafter, the first determination process is terminated.
This is the end of the description of the first determination process.

次に、判定部220の処理(第2判定処理)を説明する。
図18は、第2判定処理を示すフローチャートである。
[ステップS31] 判定部220は、エネルギー解放率計算部210が計算したエネルギー解放率ERRを取得する。その後、ステップS32に遷移する。
Next, the process (second determination process) of the determination unit 220 will be described.
FIG. 18 is a flowchart showing the second determination process.
[Step S31] The determination unit 220 acquires the energy release rate ERR calculated by the energy release rate calculation unit 210. Thereafter, the process proceeds to operation S32.

[ステップS32] 判定部220は、取得したエネルギー解放率ERRを図14に示すグラフ143に代入して用いて剥離発生率を取得する。その後、ステップS33に遷移する。   [Step S32] The determination unit 220 substitutes the acquired energy release rate ERR into the graph 143 shown in FIG. Thereafter, the process proceeds to operation S33.

[ステップS33] 判定部220は、取得した剥離発生率が、許容値P2以下であるか否かを判定する。剥離発生率が、許容値P2以下である場合(ステップS33のYes)、ステップS34に遷移する。剥離発生率が、許容値P2より大きい場合(ステップS33のNo)、ステップS35に遷移する。   [Step S <b> 33] The determination unit 220 determines whether the acquired peeling occurrence rate is equal to or less than the allowable value P <b> 2. When the peeling occurrence rate is equal to or less than the allowable value P2 (Yes in step S33), the process proceeds to step S34. When the peeling occurrence rate is larger than the allowable value P2 (No in step S33), the process proceeds to step S35.

[ステップS34] 判定部220は、判定されたエネルギー解放率ERRを結果出力部230に転送する。その後、第2判定処理を終了する。
[ステップS35] 判定部220は、候補点座標が存在するか否かを判定する。候補点座標が存在する場合(ステップS35のYes)、ステップS36に遷移する。候補点座標が存在しない場合(ステップS35のNo)、ステップS38に遷移する。
[Step S <b> 34] The determination unit 220 transfers the determined energy release rate ERR to the result output unit 230. Thereafter, the second determination process is terminated.
[Step S35] The determination unit 220 determines whether there is a candidate point coordinate. If the candidate point coordinates exist (Yes in step S35), the process proceeds to step S36. When there is no candidate point coordinate (No in step S35), the process proceeds to step S38.

[ステップS36] 判定部220は、はんだバンプの配置位置候補を決定する。その後、ステップS37に遷移する。
[ステップS37] 判定部220は、決定した配置位置候補にはんだバンプを配置移動した全体構造解析モデルを作成する。そして、作成した全体構造解析モデルを有限要素全体解析部120に送る。その後、第2判定処理を終了する。
[Step S36] The determination unit 220 determines a solder bump placement position candidate. Thereafter, the process proceeds to operation S37.
[Step S37] The determination unit 220 creates an overall structural analysis model in which solder bumps are arranged and moved to the decided arrangement position candidates. Then, the created whole structure analysis model is sent to the finite element whole analysis unit 120. Thereafter, the second determination process is terminated.

[ステップS38] 判定部220は、モニタ104aにエラーを出力する。その後、第2判定処理を終了する。
以上で第2判定処理の説明を終了する。
[Step S38] The determination unit 220 outputs an error to the monitor 104a. Thereafter, the second determination process is terminated.
This is the end of the description of the second determination process.

<剥離発生率予測値Yの求め方>
次に、剥離発生率予測値Yを算出する処理(算出処理)を詳しく説明する。
図19は、剥離発生率予測値の算出処理を示すフローチャートである。
<How to obtain the predicted peeling rate Y>
Next, the process (calculation process) for calculating the predicted peeling occurrence rate Y will be described in detail.
FIG. 19 is a flowchart showing a process for calculating a predicted peeling occurrence rate.

[ステップS2a] 判定部150が、剥離発生率に直接・間接的に影響を与えていると思われる因子で有限要素解析によって求められるものを候補として抽出する。影響するかしないか良く分からないときはとりあえず全て因子の候補に含める。   [Step S <b> 2 a] The determination unit 150 extracts candidates that are obtained by finite element analysis with factors that are thought to directly or indirectly affect the separation occurrence rate. If you are not sure whether it affects or not, for the time being, include all of them in the candidate factor.

これらの影響因子の具体例としては、前述した(a)〜(d)等が挙げられる。
[ステップS2b] ステップS2aで抽出した各因子を説明変数とし、実験、実測等から得られた剥離発生率を被説明変数として、線形重回帰分析を行う。なお、ステップS2b以降の手順については、一般的な重回帰分析の手順にしたがっている(参考文献例:「データの科学」、栗原考次(著)、放送大学教材;89193-1-0111、ISBN4-595-89193-8 C1341、 PP.103-106)。
Specific examples of these influencing factors include (a) to (d) described above.
[Step S2b] A linear multiple regression analysis is performed using each factor extracted in Step S2a as an explanatory variable, and using a peeling occurrence rate obtained from an experiment, actual measurement, or the like as an explanatory variable. In addition, about the procedure after step S2b, it follows the procedure of the general multiple regression analysis (reference example: “Science of data”, Koji Kurihara (Author), Hodai University teaching materials; 89193-1-0111, ISBN4 -595-89193-8 C1341, PP.103-106).

具体的にはX1,X2,X3,・・・,Xkを各説明変数、実測した剥離発生率を被説明変数Yとしての回帰式(2)
Y=β0+β1・X1+β2・X2+β3・X3+・・・・+βk・Xk・・・(2)
但し、β0,β1,β2,β3,・・・・,βkは、k個の各変数に対応する係数。
Specifically, regression equation (2) where X1, X2, X3,..., Xk are explanatory variables, and the actually measured peeling occurrence rate is an explained variable Y.
Y = β0 + β1 · X1 + β2 · X2 + β3 · X3 + ··· + βk · Xk (2)
Here, β0, β1, β2, β3,..., Βk are coefficients corresponding to k variables.

を仮定し、β0〜βnの回帰係数を最小2乗法によって決定する。
回帰係数は回帰式による予測値(Y(X)と実測値Yiの差(Y(X)−Yi)の2乗和(残差2乗和))が最小となるように決定する。
And the regression coefficient of β0 to βn is determined by the least square method.
The regression coefficient is determined so that a predicted value (Y (X) −Yi) squared sum (residual sum of squares)) of the regression equation is minimized.

例として説明変数が1変数の場合の回帰式(2)は、Y=β0+β1・X1であり、回帰係数 β0,β1は、それぞれ以下の式(3)、式(4)で計算される。   For example, when the explanatory variable is one variable, the regression equation (2) is Y = β0 + β1 · X1, and the regression coefficients β0 and β1 are calculated by the following equations (3) and (4), respectively.

Figure 2011204081
Figure 2011204081

Figure 2011204081
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但し、ここでnは実測データのサンプル数、yi(=Yi)は、第i番目の実測データ(剥離発生率)であり、xi(=Xi)は、実測データに対応する説明変数(シミュレーションの応力等)である。また一般的なk変数の場合は、Yをベクトル、Xをマトリックス表示して、次式(5)〜式(8)   Here, n is the number of samples of actual measurement data, yi (= Yi) is the i-th actual measurement data (peeling occurrence rate), and xi (= Xi) is an explanatory variable (simulation of simulation) corresponding to the actual measurement data. Stress, etc.). In the case of a general k variable, Y is displayed as a vector and X is displayed as a matrix, and the following equations (5) to (8)

Figure 2011204081
Figure 2011204081

Figure 2011204081
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Figure 2011204081
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Figure 2011204081
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から得られる値を用いた次式(9)から各係数ベクトルの推定値βを計算できる。 The estimated value β of each coefficient vector can be calculated from the following equation (9) using the value obtained from:

Figure 2011204081
Figure 2011204081

[ステップS2c] ステップS2bで得られた各係数推定値βiから各説明変数のt値を計算する。t値は各説明変数の標準誤差SE(βi)と各係数推定値βiから計算される。   [Step S2c] The t value of each explanatory variable is calculated from each coefficient estimated value βi obtained in Step S2b. The t value is calculated from the standard error SE (βi) of each explanatory variable and each coefficient estimated value βi.

標準誤差SE(βi)とt値はそれぞれ次式(10)、(11)にて計算される。   Standard error SE (βi) and t value are calculated by the following equations (10) and (11), respectively.

Figure 2011204081
Figure 2011204081

Figure 2011204081
Figure 2011204081

但し、Ciiはここで行列(XTX)-1のi行i列成分である。
[ステップS2d] t値による変数の除外、採択を判定する。具体的には、ステップS2cで計算されたt値が一定値より小さい場合、この変数を予測式から除外する。一般にこの基準値としてt分布関数t(α/2,n−k−1)(αは一般に5%(=0.05))が用いられる。すなわち、
|t値i|>t(α/2,n−k−1)であれば(ステップS2dのYes)、変数は有効となる。また、|t値i|≦(α/2,n−k−1)であれば(ステップS2dのNo)、変数は除外される。
Here, Cii is an i row i column component of the matrix (XTX) −1 .
[Step S2d] It is determined whether to exclude or adopt a variable based on the t value. Specifically, when the t value calculated in step S2c is smaller than a certain value, this variable is excluded from the prediction formula. In general, a t distribution function t (α / 2, nk−1) (α is generally 5% (= 0.05)) is used as the reference value. That is,
If | t value i |> t (α / 2, nk−1) (Yes in step S2d), the variable is valid. If | t value i | ≦ (α / 2, n−k−1) (No in step S2d), the variable is excluded.

また、上記の判定式では、本来有効な変数まで除外されてしまう場合では、経験的に一定のしきい値を定めて簡便に判定することも可能である。すなわち経験的なしきい値をT(例えばT=0.8)として、
|t値i|>Tであれば、変数を有効とし、|t値i|≦Tであれば、変数を除外する等とすることも可能である。
Further, in the above-described determination formula, when even an originally valid variable is excluded, it is possible to determine simply by empirically setting a certain threshold value. In other words, an empirical threshold is T (for example, T = 0.8),
If | t value i |> T, the variable may be valid, and if | t value i | ≦ T, the variable may be excluded.

[ステップS2e] ステップS2dで除外された変数が存在した場合、ステップS2bに遷移し、ステップS2b〜ステップS2dの処理を繰り返し行う。これは変数の増減があった場合に、他の各係数、t値も変化するためである。   [Step S2e] When there is a variable excluded in step S2d, the process proceeds to step S2b, and the processes in steps S2b to S2d are repeated. This is because when each variable is increased or decreased, the other coefficients and t values also change.

以上で、剥離発生率予測値Yの算出処理の説明を終了する。
以上述べたように、半導体設計装置100によれば、エネルギー解放率計算部210の処理を行うことにより、特別なプログラムを用いることなく有限要素解析プログラムを用いてエネルギー解放率を計算することができる。従って、配線層の剥離予測の計算を容易にすることができる。また、配線層の剥離の発生を安価に予測することができる。
This is the end of the description of the process for calculating the peeling occurrence rate prediction value Y.
As described above, according to the semiconductor design apparatus 100, the energy release rate can be calculated using the finite element analysis program without using a special program by performing the processing of the energy release rate calculation unit 210. . Accordingly, it is possible to facilitate calculation of the wiring layer peeling prediction. In addition, the occurrence of peeling of the wiring layer can be predicted at a low cost.

また、判定部150の処理を行うことにより、精度の高い信頼性評価を行うことができる。
具体的には、LSIチップの層間剥離は、はんだバンプのレイアウト設計や、チップ寸法等とプロセス温度条件等の全体な熱応力により発生する剥離応力と、ミクロな層間の密着力の強度(密着強度)の大小により総合的に決定されるものである。このため、単純に全体な相当応力が大きい場所で発生するとは限らない。このため、単一の応力を使用した応力解析により、チップの最大相当応力を求めても、層間剥離発生の有無を判断することは困難である。
Further, by performing the processing of the determination unit 150, it is possible to perform highly accurate reliability evaluation.
Specifically, delamination of LSI chips is based on the solder bump layout design, delamination stress generated by the overall thermal stress such as chip dimensions and process temperature conditions, and the strength of adhesion between micro layers (adhesion strength). ) And is determined comprehensively. For this reason, it does not necessarily occur in a place where the entire equivalent stress is large. For this reason, even if the maximum equivalent stress of the chip is obtained by stress analysis using a single stress, it is difficult to determine whether or not delamination has occurred.

しかし、半導体設計装置100によれば、上記式(1)を使用して、全体構造解析モデルを評価することにより、従来の応力評価に比べて、精度の高い信頼性の評価を行うことができる。   However, according to the semiconductor design apparatus 100, it is possible to evaluate the reliability with higher accuracy than the conventional stress evaluation by evaluating the entire structural analysis model using the above formula (1). .

このため、LSIチップのはんだバンプのレイアウト設計や、製造プロセス温度条件を決定する上で非常に有用である。また、剥離の発生が懸念される場合に、回避する方法を事前に検討することが可能である。   For this reason, it is very useful in designing the layout of solder bumps of an LSI chip and determining manufacturing process temperature conditions. In addition, when there is a concern about the occurrence of peeling, it is possible to consider in advance how to avoid it.

従って、製品の歩留まりが向上し、高品質の製品を量産することができる。
なお、本実施の形態では、半導体設計装置100が、有限要素解析モデルDB110と、評価DB130と、はんだバンプレイアウト情報DB140と、詳細解析モデルDB160とを有する構成としたが、これに限らず、これらのDBのいずれか1つ、または、複数が半導体設計装置100の外部に設けられていてもよい。
Therefore, the product yield is improved, and high-quality products can be mass-produced.
In the present embodiment, the semiconductor design device 100 is configured to include the finite element analysis model DB 110, the evaluation DB 130, the solder bump layout information DB 140, and the detailed analysis model DB 160. Any one or a plurality of DBs may be provided outside the semiconductor design apparatus 100.

また、半導体設計装置100が行った処理が、複数の装置によって分散処理されるようにしてもよい。例えば、1つの装置が、判定部150の処理までを行って最大応力が発生している接合部の座標を求めておき、他の装置が、その座標を用いてエネルギー解放率を算出し、結果を出力するようにしてもよい。   Further, the processing performed by the semiconductor design device 100 may be distributedly processed by a plurality of devices. For example, one device performs processing up to the determination unit 150 to obtain the coordinates of the joint where the maximum stress is generated, and the other device calculates the energy release rate using the coordinates, and the result May be output.

以上、本発明の半導体設計プログラム、半導体設計方法および半導体設計装置を、図示の実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物や工程が付加されていてもよい。   The semiconductor design program, the semiconductor design method, and the semiconductor design apparatus of the present invention have been described based on the illustrated embodiment. However, the present invention is not limited to this, and the configuration of each part has the same function. Can be replaced with any structure having Moreover, other arbitrary structures and processes may be added to the present invention.

また、本発明は、前述した実施の形態のうちの、任意の2以上の構成(特徴)を組み合わせたものであってもよい。
なお、上記の処理機能は、コンピュータによって実現することができる。その場合、半導体設計装置1、100が有する機能の処理内容を記述したプログラムが提供される。そのプログラムをコンピュータで実行することにより、上記処理機能がコンピュータ上で実現される。処理内容を記述したプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録しておくことができる。コンピュータで読み取り可能な記録媒体としては、例えば、磁気記録装置、光ディスク、光磁気記録媒体、半導体メモリ等が挙げられる。磁気記録装置としては、例えば、ハードディスク装置(HDD)、フレキシブルディスク(FD)、磁気テープ等が挙げられる。光ディスクとしては、例えば、DVD、DVD−RAM、CD−ROM、CD−R/RW等が挙げられる。光磁気記録媒体としては、例えば、MO等が挙げられる。
In addition, the present invention may be a combination of any two or more configurations (features) of the above-described embodiments.
The above processing functions can be realized by a computer. In that case, a program describing the processing contents of the functions of the semiconductor design apparatuses 1 and 100 is provided. By executing the program on a computer, the above processing functions are realized on the computer. The program describing the processing contents can be recorded on a computer-readable recording medium. Examples of the computer-readable recording medium include a magnetic recording device, an optical disk, a magneto-optical recording medium, and a semiconductor memory. Examples of the magnetic recording device include a hard disk device (HDD), a flexible disk (FD), and a magnetic tape. Examples of the optical disc include a DVD, a DVD-RAM, a CD-ROM, and a CD-R / RW. Examples of the magneto-optical recording medium include MO.

プログラムを流通させる場合には、例えば、そのプログラムが記録されたDVD、CD−ROM等の可搬型記録媒体が販売される。また、プログラムをサーバコンピュータの記憶装置に格納しておき、ネットワークを介して、サーバコンピュータから他のコンピュータにそのプログラムを転送することもできる。   When distributing the program, for example, a portable recording medium such as a DVD or a CD-ROM in which the program is recorded is sold. It is also possible to store the program in a storage device of a server computer and transfer the program from the server computer to another computer via a network.

半導体設計プログラムを実行するコンピュータは、例えば、可搬型記録媒体に記録されたプログラムもしくはサーバコンピュータから転送されたプログラムを、自己の記憶装置に格納する。そして、コンピュータは、自己の記憶装置からプログラムを読み取り、プログラムに従った処理を実行する。なお、コンピュータは、可搬型記録媒体から直接プログラムを読み取り、そのプログラムに従った処理を実行することもできる。また、コンピュータは、サーバコンピュータからプログラムが転送される毎に、逐次、受け取ったプログラムに従った処理を実行することもできる。   A computer that executes a semiconductor design program stores, for example, a program recorded on a portable recording medium or a program transferred from a server computer in its own storage device. Then, the computer reads the program from its own storage device and executes processing according to the program. The computer can also read the program directly from the portable recording medium and execute processing according to the program. In addition, each time the program is transferred from the server computer, the computer can sequentially execute processing according to the received program.

以上の第1〜第2の実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
(付記1) 半導体集積回路の配線層間の剥離の発生を予測する半導体設計プログラムにおいて、
コンピュータに、
設計対象の前記半導体集積回路をモデル化した回路モデルの、測定対象部位の前記配線層間を仮想的に剥離させることにより発生した亀裂を閉じるエネルギーを計算するエネルギー計算手順、
前記エネルギー計算手順により計算された前記エネルギーを前記亀裂の単位面積あたりのエネルギーに換算する換算手順、
を実行させることを特徴とする半導体設計プログラム。
Regarding the above first to second embodiments, the following additional notes are further disclosed.
(Supplementary Note 1) In a semiconductor design program for predicting the occurrence of delamination between wiring layers of a semiconductor integrated circuit,
On the computer,
An energy calculation procedure for calculating energy for closing a crack generated by virtually peeling the wiring layer of the measurement target portion of the circuit model obtained by modeling the semiconductor integrated circuit to be designed;
Conversion procedure for converting the energy calculated by the energy calculation procedure into energy per unit area of the crack,
A semiconductor design program for executing

(付記2) 前記コンピュータに、さらに、
前記回路モデルに作用する複数の応力の関係に応じて前記配線層間に剥離が発生する確率を前記回路モデルのはんだバンプと前記配線層との接合部毎に演算し、前記回路モデルの良否を判定し、判定結果に基づいて、前記測定対象部位を決定する判定手順を実行させることを特徴とする付記1記載の半導体設計プログラム。
(Appendix 2) In addition to the computer,
The probability of delamination between the wiring layers according to the relationship between a plurality of stresses acting on the circuit model is calculated for each joint between the solder bump of the circuit model and the wiring layer to determine whether the circuit model is good or bad The semiconductor design program according to appendix 1, wherein a determination procedure for determining the measurement target part is executed based on a determination result.

(付記3) 前記判定手順では、前記複数の応力をそれぞれ独立変数とし、剥離が発生する確率を従属変数とする関係式に基づいて、前記確率を演算することを特徴とする付記2記載の半導体設計プログラム。   (Supplementary note 3) The semiconductor according to supplementary note 2, wherein, in the determination procedure, the probability is calculated based on a relational expression in which each of the plurality of stresses is an independent variable and the probability of occurrence of peeling is a dependent variable. Design program.

(付記4) 前記複数の応力は、前記回路モデルの最大主応力と前記回路モデルの積層方向の応力とを含むことを特徴とする付記2記載の半導体設計プログラム。
(付記5) 前記判定手順では、前記配線層間に剥離が発生する確率が所定値以上の前記接合部が存在する場合、前記はんだバンプの配置箇所を変更した前記回路モデルを作成し、作成した前記回路モデルについて再度、前記確率を演算することを特徴とする付記2記載の半導体設計プログラム。
(Supplementary note 4) The semiconductor design program according to supplementary note 2, wherein the plurality of stresses include a maximum principal stress of the circuit model and a stress in a stacking direction of the circuit model.
(Additional remark 5) In the said determination procedure, when the said junction part whose probability that peeling will generate | occur | produce between the said wiring layers exists more than predetermined value exists, the said circuit model which changed the arrangement | positioning location of the said solder bump was created, and the said created The semiconductor design program according to appendix 2, wherein the probability is calculated again for the circuit model.

(付記6) 前記コンピュータに、さらに、
前記測定対象部位の配線層間の一部を格子状に区切ったメッシュモデルを作成し、前記メッシュの1つの節点を剥離させて前記亀裂を作成するモデル作成手順を実行させ、
前記換算手順では、前記メッシュの一辺を半径とする円の面積を前記亀裂の総面積とみなして、前記エネルギーを前記亀裂の単位面積あたりのエネルギーに換算することを特徴とする付記1記載の半導体設計プログラム。
(Appendix 6) In addition to the computer,
Create a mesh model in which a part of the wiring layer of the measurement target part is divided into a grid, and execute a model creation procedure for creating a crack by peeling one node of the mesh,
The semiconductor according to claim 1, wherein in the conversion procedure, the area of a circle whose radius is one side of the mesh is regarded as the total area of the crack, and the energy is converted into energy per unit area of the crack. Design program.

(付記7) 前記コンピュータに、さらに、
前記換算手順により換算された前記亀裂の単位面積あたりのエネルギーに基づいて、前記配線層間の剥離強度を予測する予測手順、
を実行させることを特徴とする付記1記載の半導体設計プログラム。
(Appendix 7) In addition to the computer,
A prediction procedure for predicting the peel strength between the wiring layers based on the energy per unit area of the crack converted by the conversion procedure;
The semiconductor design program according to appendix 1, wherein the program is executed.

(付記8) 半導体集積回路の配線層間の剥離の発生を予測する半導体設計方法において、
コンピュータが、
設計対象の前記半導体集積回路をモデル化した回路モデルの、測定対象部位の前記配線層間を仮想的に剥離させることにより発生した亀裂を閉じるエネルギーを計算し、
計算された前記エネルギーを前記亀裂の単位面積あたりのエネルギーに換算する、
ことを特徴とする半導体設計方法。
(Supplementary Note 8) In a semiconductor design method for predicting the occurrence of peeling between wiring layers of a semiconductor integrated circuit,
Computer
In the circuit model obtained by modeling the semiconductor integrated circuit to be designed, the energy for closing the crack generated by virtually peeling the wiring layer of the measurement target part is calculated,
The calculated energy is converted into energy per unit area of the crack.
A semiconductor design method.

(付記9) 半導体集積回路の配線層間の剥離の発生を予測する半導体設計装置において、
設計対象の前記半導体集積回路をモデル化した回路モデルの、測定対象部位の前記配線層間を仮想的に剥離させることにより発生した亀裂を閉じるエネルギーを計算するエネルギー計算部と、
前記エネルギー計算部により計算された前記エネルギーを前記亀裂の単位面積あたりのエネルギーに換算する換算部と、
を有することを特徴とする半導体設計装置。
(Supplementary Note 9) In a semiconductor design apparatus for predicting occurrence of peeling between wiring layers of a semiconductor integrated circuit,
An energy calculation unit that calculates energy for closing a crack generated by virtually peeling the wiring layer of the measurement target portion of the circuit model obtained by modeling the semiconductor integrated circuit to be designed;
A conversion unit that converts the energy calculated by the energy calculation unit into energy per unit area of the crack;
A semiconductor design apparatus comprising:

(付記10) 基板と、
前記基板上に配置された半導体集積回路と、
前記半導体集積回路に充填されたアンダーフィルと、
前記半導体集積回路の最外周部に隣接する部位の配置の密度が、前記最外周部の配置の密度より大きくなるように前記基板と前記半導体集積回路との間に規則的に配置されたはんだバンプと、
を有することを特徴とする半導体装置。
(Supplementary Note 10) a substrate;
A semiconductor integrated circuit disposed on the substrate;
An underfill filled in the semiconductor integrated circuit;
Solder bumps regularly arranged between the substrate and the semiconductor integrated circuit so that the density of the portion adjacent to the outermost peripheral portion of the semiconductor integrated circuit is larger than the density of the outermost peripheral portion. When,
A semiconductor device comprising:

(付記11) 基板と、
前記基板上に配置された半導体集積回路と、
前記半導体集積回路の辺の中央部の配置の密度が、前記中央部以外の配置の密度より小さくなるように前記基板と前記半導体集積回路との間に規則的に配置されたはんだバンプと、
を有することを特徴とする半導体装置。
(Supplementary Note 11) a substrate;
A semiconductor integrated circuit disposed on the substrate;
Solder bumps regularly arranged between the substrate and the semiconductor integrated circuit so that the density of the arrangement of the central part of the side of the semiconductor integrated circuit is smaller than the density of the arrangement other than the central part;
A semiconductor device comprising:

(付記12) 半導体集積回路の配線層間の剥離の発生を予測する半導体設計プログラムにおいて、
コンピュータに、
設計対象の前記半導体集積回路をモデル化した回路モデルに作用する複数の応力の関係に応じて前記配線層間に剥離が発生する確率を前記回路モデルのはんだバンプが配置されている部位毎に演算し、前記回路モデルの良否を判定する判定手順、
前記判定手順での判定結果に基づいて、測定対象部位の前記配線層間を決定し、決定した前記配線層間の剥離強度を予測する予測手順、
を実行させることを特徴とする半導体設計プログラム。
(Supplementary Note 12) In a semiconductor design program for predicting the occurrence of delamination between wiring layers of a semiconductor integrated circuit,
On the computer,
The probability of delamination between the wiring layers is calculated for each part where the solder bumps of the circuit model are arranged according to the relationship between a plurality of stresses acting on the circuit model that models the semiconductor integrated circuit to be designed. , A determination procedure for determining the quality of the circuit model,
Based on the determination result in the determination procedure, a prediction procedure for determining the wiring layer of the measurement target part and predicting the peel strength between the determined wiring layers,
A semiconductor design program for executing

1、100 半導体設計装置
2 応力分布計算部
3 判定部
4 詳細解析モデル作成部
5 エネルギー解放率計算部
5a エネルギー計算部
5b 換算部
6 判定部
7 出力部
10 全体構造解析モデル
10a 詳細解析モデル
11、11a 基板モデル
12、12a はんだバンプモデル
12b 中心軸
13、13a LSIチップモデル
13b、13c 配線層モデル
131、132、133 節点
134 亀裂
15 メッシュモデル
110 有限要素解析モデルDB
120 有限要素全体解析部
130 評価DB
140 はんだバンプレイアウト情報DB
150、220 判定部
160 詳細解析モデルDB
170 LSI詳細モデル配置部
180、200 有限要素詳細解析部
190 変位抽出部
210 エネルギー解放率計算部
230 結果出力部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,100 Semiconductor design apparatus 2 Stress distribution calculation part 3 Judgment part 4 Detailed analysis model creation part 5 Energy release rate calculation part 5a Energy calculation part 5b Conversion part 6 Judgment part 7 Output part 10 Whole structure analysis model 10a Detailed analysis model 11, 11a Substrate model 12, 12a Solder bump model 12b Central axis 13, 13a LSI chip model 13b, 13c Wiring layer model 131, 132, 133 Node 134 Crack 15 Mesh model 110 Finite element analysis model DB
120 Total Finite Element Analysis Unit 130 Evaluation DB
140 Solder bump layout information DB
150, 220 determination unit 160 Detailed analysis model DB
170 LSI Detailed Model Placement Unit 180, 200 Finite Element Detailed Analysis Unit 190 Displacement Extraction Unit 210 Energy Release Rate Calculation Unit 230 Result Output Unit

Claims (6)

半導体集積回路の配線層間の剥離の発生を予測する半導体設計プログラムにおいて、
コンピュータに、
設計対象の前記半導体集積回路をモデル化した回路モデルの、測定対象部位の前記配線層間を仮想的に剥離させることにより発生した亀裂を閉じるエネルギーを計算するエネルギー計算手順、
前記エネルギー計算手順により計算された前記エネルギーを前記亀裂の単位面積あたりのエネルギーに換算する換算手順、
を実行させることを特徴とする半導体設計プログラム。
In a semiconductor design program that predicts the occurrence of delamination between wiring layers of a semiconductor integrated circuit,
On the computer,
An energy calculation procedure for calculating energy for closing a crack generated by virtually peeling the wiring layer of the measurement target portion of the circuit model obtained by modeling the semiconductor integrated circuit to be designed;
Conversion procedure for converting the energy calculated by the energy calculation procedure into energy per unit area of the crack,
A semiconductor design program for executing
前記コンピュータに、さらに、
前記回路モデルに作用する複数の応力の関係に応じて前記配線層間に剥離が発生する確率を前記回路モデルのはんだバンプと前記配線層との接合部毎に演算し、前記回路モデルの良否を判定し、判定結果に基づいて、前記測定対象部位を決定する判定手順を実行させることを特徴とする請求項1記載の半導体設計プログラム。
In addition to the computer,
The probability of delamination between the wiring layers according to the relationship between a plurality of stresses acting on the circuit model is calculated for each joint between the solder bump of the circuit model and the wiring layer to determine whether the circuit model is good or bad The semiconductor design program according to claim 1, wherein a determination procedure for determining the measurement target part is executed based on a determination result.
前記判定手順では、前記複数の応力をそれぞれ独立変数とし、剥離が発生する確率を従属変数とする関係式に基づいて、前記確率を演算することを特徴とする請求項2記載の半導体設計プログラム。   3. The semiconductor design program according to claim 2, wherein in the determination procedure, the probability is calculated based on a relational expression in which the plurality of stresses are independent variables and the probability of occurrence of peeling is a dependent variable. 前記判定手順では、前記配線層間に剥離が発生する確率が所定値以上の前記接合部が存在する場合、前記はんだバンプの配置箇所を変更した前記回路モデルを作成し、作成した前記回路モデルについて再度、前記確率を演算することを特徴とする請求項2記載の半導体設計プログラム。   In the determination procedure, when the joint having a probability of occurrence of delamination between the wiring layers is greater than or equal to a predetermined value, the circuit model in which the placement location of the solder bump is changed is created, and the created circuit model is again created. 3. The semiconductor design program according to claim 2, wherein the probability is calculated. 半導体集積回路の配線層間の剥離の発生を予測する半導体設計方法において、
コンピュータが、
設計対象の前記半導体集積回路をモデル化した回路モデルの、測定対象部位の前記配線層間を仮想的に剥離させることにより発生した亀裂を閉じるエネルギーを計算し、
計算された前記エネルギーを前記亀裂の単位面積あたりのエネルギーに換算する、
ことを特徴とする半導体設計方法。
In a semiconductor design method for predicting the occurrence of delamination between wiring layers of a semiconductor integrated circuit,
Computer
In the circuit model obtained by modeling the semiconductor integrated circuit to be designed, the energy for closing the crack generated by virtually peeling the wiring layer of the measurement target part is calculated,
The calculated energy is converted into energy per unit area of the crack.
A semiconductor design method.
半導体集積回路の配線層間の剥離の発生を予測する半導体設計装置において、
設計対象の前記半導体集積回路をモデル化した回路モデルの、測定対象部位の前記配線層間を仮想的に剥離させることにより発生した亀裂を閉じるエネルギーを計算するエネルギー計算部と、
前記エネルギー計算部により計算された前記エネルギーを前記亀裂の単位面積あたりのエネルギーに換算する換算部と、
を有することを特徴とする半導体設計装置。
In a semiconductor design apparatus that predicts the occurrence of delamination between wiring layers of a semiconductor integrated circuit,
An energy calculation unit that calculates energy for closing a crack generated by virtually peeling the wiring layer of the measurement target portion of the circuit model obtained by modeling the semiconductor integrated circuit to be designed;
A conversion unit that converts the energy calculated by the energy calculation unit into energy per unit area of the crack;
A semiconductor design apparatus comprising:
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