引线键合机超声振动系统的有限元仿真分析

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在超大规模集成电路的封装工艺中,引线键合(WB)是半导体芯片和外界连接的关键性工艺,也是最通用有效的一种连接方式。引线键合技术是用金属丝将集成电路芯片上的电极与集成电路底座连接在一起的工艺过程,现在常用的键合方法主要是热超声和超声方法。超声振动系统在引线键合机中担负着实现电声转换,产生超声振动,传递超声能量的重任,是引线键合机的核心部件。从功率超声角度来说,超声振动系统是功率超声的核心和关键。本文的工作重点是引线键合机超声振动系统的设计及仿真分析。 本文首先简单阐述了功率超声的研究现状、超声在引线键合中的应用概况。然后分析了超声参数对引线键合性能的影响。由于解析法是超声振动系统设计的理论基础,因此本文先对解析法进行分析,同时还分析了另外两种超声振动系统设计的方法——精确四端网络法和有限元法(FEM)。 超声振动系统可以是单个换能器或变幅杆,也可以是由换能器和变幅杆组合而成的复合系统。有限元法是超声振动分析中的一种有效的近似方法,可以有效地进行振动特性的数值仿真,利用它可以迅速得到复杂振动系统的各阶固有频率和固有振型。本文应用ANSYS有限元仿真分析软件,结合解析法和四端网络法,设计分析了一纵向振动固有频率为60kHz引线键合超声振动系统进行仿真分析,并和实际加工出的模型的测量结果进行比较。根据对引线键合超声振动系统的研究,本文还尝试性地设计了纵向振动固有频率为100kHz的振动系统,并用ANSYS有限元分析软件进行仿真分析。ANSYS有限元仿真分析的结果很接近实际模型的测量值,根据仿真结果可以对超声振动系统的结构进行改进,进一步优化设计超声振动系统。
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