一种基于田口设计的高密度键合丝冲击触碰风险评估方法技术

本发明专利技术涉及一种基于田口设计的高密度键合丝冲击触碰风险评估方法，包含以下步骤：步骤一：键合丝偏转位移影响因素分析；步骤二：确定建模参数；步骤三：键合丝结构仿真建模；步骤四：结构模型简化；步骤五：冲击振动仿真分析；步骤六：利用田口分析确定影响因素的重要度排序；步骤七：触碰风险分析；步骤八：键合丝设计改进。本发明专利技术基于田口设计的理论，从高密度封装集成电路实际使用中可能存在的跌落等冲击条件，导致键合丝横向偏转而发生触碰短路的问题入手，通过仿真和田口分析对影响因素重要度进行排序，并建立键合丝触碰风险系数模型，评估键合丝发生触碰的风险。此方法属于高密度封装集成电路可靠性风险评估技术领域。

A method for evaluating the impact risk of high density bonding wire based on Taguchi design

【技术实现步骤摘要】
一种基于田口设计的高密度键合丝冲击触碰风险评估方法(一)
：本专利技术涉及一种基于田口设计的高密度键合丝冲击触碰风险评估方法，它基于田口设计的理论，从高密度封装集成电路实际使用环境中可能存在的跌落等冲击条件，导致的键合丝横向偏转而发生触碰短路的问题入手，从材料力学的角度对键合丝结构进行分析，得到影响键合丝横向偏转位移的因素。通过仿真分析对影响因素的重要度进行排序，并建立键合丝触碰风险系数，评价键合丝发生触碰的风险大小。此方法属于高密度封装集成电路可靠性风险评估
(二)
技术介绍
：随着半导体制造技术的迅速发展，电子装置的轻、小、便携已成为时代的发展需求，半导体芯片的集成度逐渐提高，催生了高密度封装集成电路的产生与发展。高密度封装集成电路指的是使用超细间距引线键合工艺，芯片焊盘间距可以达到工艺尺寸极限，并且在芯片上布置尽可能多的I/O引脚的器件。高密度封装情况下，集成电路键合丝的数目可以达到数百至上千，键合丝间距较小，通常不足0.1mm，同时，高密度封装集成电路的引线跨距可大于3mm。在机械应力作用下键合丝会发生大幅度的摆动。普通的键合丝之间的间距较大，受机械冲击时摆幅远小于键本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于田口设计的高密度键合丝冲击触碰风险评估方法，其特征在于：基于田口设计的理论，从高密度封装集成电路实际使用环境中可能存在的跌落等冲击条件，导致的键合丝横向偏转而发生触碰短路的问题入手，从材料力学的角度对键合丝结构进行分析，得到影响键合丝横向偏转位移的因素。通过仿真分析对影响因素的重要度进行排序，并建立键合丝触碰风险系数，评价键合丝发生触碰的风险大小。该方法具体步骤如下：步骤一：键合丝偏转位移影响因素分析步骤二：确定建模参数步骤三：键合丝结构仿真建模步骤四：结构模型简化步骤五：冲击振动仿真分析步骤六：利用田口分析确定影响因素的重要度排序步骤七：触碰风险分析步骤八：键合丝设计改进利用步骤八获...

【技术特征摘要】
1.一种基于田口设计的高密度键合丝冲击触碰风险评估方法，其特征在于：基于田口设计的理论，从高密度封装集成电路实际使用环境中可能存在的跌落等冲击条件，导致的键合丝横向偏转而发生触碰短路的问题入手，从材料力学的角度对键合丝结构进行分析，得到影响键合丝横向偏转位移的因素。通过仿真分析对影响因素的重要度进行排序，并建立键合丝触碰风险系数，评价键合丝发生触碰的风险大小。该方法具体步骤如下：步骤一：键合丝偏转位移影响因素分析步骤二：确定建模参数步骤三：键合丝结构仿真建模步骤四：结构模型简化步骤五：冲击振动仿真分析步骤六：利用田口分析确定影响因素的重要度排序步骤七：触碰风险分析步骤八：键合丝设计改进利用步骤八获得的键合丝偏转位移模型及触碰风险系数，得到高密度封装集成电路在受到机械冲击时发生触碰短路的风险大小，可以提前进行设计优化降低风险。键合丝偏转位移模型：触碰风险系数：2.根据权利要求1所述的一种基于田口设计的高密度键合丝冲击触碰风险评估方法，其特征在于：在步骤一中所述的基于材料力学的理论，通过对键合丝结构的分析得到影响键合丝偏转位移的因素，其具体过程如下：键合丝受到冲击加速度载荷的作用下，键合丝受到集中载荷，共同承受弯曲与扭转应力的作用，根据材料力学的理论，键合丝的横向偏移是由弯矩和扭矩共同作用产生的，可以把键合丝总的横向偏移变形写作：δ＝δB+δT其中σ是总的形变量，σB是由弯曲引起的变形量，σT是由扭转的变形量。基于材料力学的基本理论，弯曲分布力引起的变形量为：其中，E是金线的弹性模量；I是惯性矩；EI称为圆轴的弯曲刚度；H是键合丝的弧高；fB是键合丝的弯曲几何因子；S是键合丝的总长度；F是作用在键合丝每单位长度的分布力。同样的，扭转引起的形变量为：G是金线的剪切模量；J是极惯性矩；GJ称为圆轴的扭转刚度；L是键合丝的跨距；fT是键合丝的扭转几何因子。因此，键合丝总的横向偏转位移可以表示为：在引线键合工艺中，键合丝的截面形状都是圆形，故惯性矩极惯性矩剪切模量和弹性模量之间的关系为μ是泊松比。从键合丝偏转位移的材料力学推导公式可以看出，影响键合丝偏转位移的因素有键合丝的材料、键合丝的结构(包括键合丝的跨距、键合丝的弧高、键合丝的直径)、施加的冲击载荷等，作为后续仿真分析不同因素的输入。3.根据权利要求1所述的一种基于田口设计的高密度键合丝冲击触碰风险评估方法，其特征在于：在步骤二中所述的利用正交试验的方法确定建模参数作为仿真评估的关键步骤，为后续仿真分析奠定基础。其具体过程如下：需要确定的参数主要包括键合丝结构参数、材料特性和环境应力参数等。针对不同的信息，可以分别通过器件手册、器件设计文件、设计经验值和相关标准等信息获得，参数组合方式按照正交试验的正交表进行设计。4.根据权利要求1所述的一种基于田口设计的高密度键合丝冲击触碰风险评估方法，其特征在于：在步骤三种所述的冲击振动仿真建模包括CAD模型和FEA模型，其具体过程如下：高密度封装键合丝模型分为CAD模型和FEA模型；高密度封装键合丝的CAD模型是结合器件几何信息和材料信息。几何信息一般包括分析对象在空间中的组成和相关尺寸信息，在具体分析中一般由相应的设计模型(如CAD模型)中获得或直接在仿真软件中建立。材料信息包括分析对象的材料形变参数等信息。其中形变参数一般包括密度、弹性形变和泊松比等信息。它充分描述了器件的几何结构以及器件的线弹性特性，CAD模型的准确建立是有限元模型能否准确获取的基础；键合丝的FEA模型是结合键合丝结构、材料力学特性等信息建立的有限元模型，它充分描述了分析对象的几何结构以及力学传递特性，FEA模型的准确建立是键合丝横向偏转位移能否准确获取的基础。5.根据权利要求1所述的一种基于田口设计的高密度键合丝冲击触碰风险评估方法，其特征在于：在步骤四中所述的结构模型简化，包括焊点简化、芯片焊盘简化、结构对称简化、材料统一简化等，其具体过程如下：首先，我们研究的是键合丝在冲击条件下的触碰情况，所以假设：键合丝的焊点不会出现开裂等失效模式，即焊点是绝对可靠的，那么我们在建模时则可以将焊点省略。另外我们研究单芯片的封装，封装外壳也予以简化，建立芯片和基板为键合丝的支撑。其次，由于高密度封装键合丝尺寸的特殊性，键合丝的直径为几十微米，而芯片和基板的尺寸为几毫米，相差3个数量级，在进行网格划分时，划分的网格尺寸相差较大，仿真结果容易出现不收敛。根据对称性，先选取芯片的1/8进行建模。最后，通过初步的仿真结果得出，最大位移出现在靠近对角线的位...

【专利技术属性】
技术研发人员：付桂翠，冷红艳，姜贸公，李颜若玥，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11