面向系统级封装的三维大跨度引线成形动力学过程研究

系统级封装(SiP)是面向未来高性能集成电路的先进封装技术，三维大跨度引线成形是实现SiP叠层芯片与基板互连的关键之一。针对SiP大跨度引线离面摆动大导致短路、劈刀轨迹复杂导致速度慢/一致性差的现状，本项目提出通过外场能量形成折点的新原理，以及基于新原理的引线构型设计和三维大跨度稳定快速引线新方法。.拟研究微米尺度、毫秒时空条件下的精确外场施加方法；外场作用下引线微观结构、力学特性的演变规律；基于高速摄像研究新型外场作用下的折点形成过程、引线构型过程，获得引线大变形过程的唯象描述，建立三维引线成形过程的本征动力学或表观动力学模型，形成面向SiP的三维引线构型设计方法；建立三维大跨度引线成形过程的非线性有限元动力学模型，获得引线中应力/应变等物理量分布，研究引线成形过程的几何/材料/结构/动力学耦合机理。通过上述研究，形成面向SiP的稳定、快速大跨度引线成形新原理、新方法。

系统级封装(SiP)是面向未来高性能集成电路的先进封装技术，三维大跨度引线成形是实现SiP 叠层芯片与基板互连的关键之一。本项目针对三维大跨度引线成形方法，进行了系统研究。主要研究进展如下：.（1）构建了热超声三维引线键合实验平台和高速摄像观测系统，设计基于Matlab的高速摄像视频处理方法，实验研究了劈刀轨迹对引线成形过程的影响。发现了引线弧线的形状主要受折点位置、数量及其变形程度的影响，劈刀轨迹需要精心设计，以实现特定位置、特定变形的折点，来形特定的弧线；折点的形成是引线成形的核心之一。.（2）建立了基于ANSYS/LSDYNA的三维引线成形过程动力学仿真模型，发现了引线成形过程中劈刀轨迹、劈刀速度、引线材料等关键因素对引线弧线形状的影响规律。发现当折点中心的塑性应变均小于0.08时会形成一个弹性核，从而为弧线能够提供刚度和抗下垂/摆动阻力；材料属性参数主要影响了折点I的塑性变形，对折点的数量和位置几乎没有影响。.（3）建立了基于可变长度link-spring（VLLS）模型的引线成形过程动力学仿真模型，实现了复杂引线成形过程的快速准确预测。获得了折点形成过程中引线中弯矩的分布及其变化过程，发现形成折点所需的弯矩为100 mN•µm量级；VLLS模型可以实现具有4-5个折点的复杂引线的成形过程仿真，仿真的结果与实验结果、有限元仿真结果接近，误差小于5%；但是计算效率大幅度提高，计算时间减小到2小时以内（台式PC机）。.（4）开发了基于ANSYS- LSDYNA的三维引线成形过程仿真与引线弧线设计软件平台，实现了所见即所得的弧线设计过程；发明了利用挡块形成折点的快速成弧新方法，并据此设计出新的n-loop弧线。相比M弧线，可以减少一半的成弧时间，大大提高单位小时内成弧数量。成弧支撑点的位置可以显著的改变靠近第二焊点的折点II的位置且不会影响这个弧线的高度。.主要研究成果包括：在微电子封装顶级SCI刊物发表论文15篇；授权发明专利2项；培养硕士研究生3人、博士研究生1人。参加国际学术会议2次，并就三维引线成形“Experimental and modeling study of looping process in thermosonic wire bonding”做分会主题报告1次。