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打線接合模擬:LS-DYNA 解析瞬態金屬融合行為

在現代半導體封裝技術中,打線接合(Wire Bonding)作為連接晶片與載板電路的核心製程,其品質直接決定了元件的可靠性與電氣性能。該製程透過對金屬線材末端的游離球施加力量與超音波能量,藉由劇烈的振盪摩擦產生熱量,促使金屬熔融並與焊墊緊密融合。然而,這道製程僅在毫秒級的時間內完成,作用力與溫度的微小波動便可能引發熔合不均或形變異常,導致接合缺陷。如何在如此快速的動態過程中,精準掌控金屬的瞬態融合行為,已成為先進封裝優化的重要課題。

LS-DYNA 打線接合模擬解決方案

面對打線接合過程中力學與熱效應高度耦合、且僅在毫秒級時間內完成的挑戰,傳統經驗試誤法往往難以精準掌握金屬瞬態熔合的細節,也難以在製程參數調整前預測潛在缺陷。透過 Ansys LS-DYNA 顯式求解器,可將打線接合過程中因超音波振盪摩擦所產生的熱量、力學形變與金屬熔合行為進行高精度模擬,協助工程團隊在實際量產前掌握關鍵製程資訊:

  • 精準模擬瞬態熱機耦合行為:有效捕捉振盪摩擦生熱與力學形變之間的交互作用,還原打線接合過程中真實的物理現象。
  • 預測游離球熔融後的形貌與接合面積:準確計算游離球熔化後的形狀變化,以及與接合墊之間最終的接合面積。
  • 應力分佈與結構干擾評估:透過動態應力雲圖,深入觀察打線過程中對下方接合墊、層間絕緣層與晶片的動態應力傳遞,提早防範結構破壞風險。

打線接合製程設定

模擬中規定的劈刀運動邊界條件

打線接合製程期間有效應力等高線圖

藉由導入高精度的動態模擬技術,原本不可見且難以量測的毫秒級瞬態物理行為得以被完整數位化與視覺化。工程團隊在調整接合力道與超音波振幅等製程參數前,即可預先評估其對接合品質的影響,進而大幅減少實體試錯成本與開發時間。同時,深入掌控力與熱對接合配置的交互作用並預先實施控制,能有效降低因新設計、新材料或製程變異所引起的缺陷發生率,為現代半導體封裝帶來更卓越的品質良率與元件可靠度。

資料參考:ANSYS 簡報內容

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