本文原刊登于Ansys Blog：《Wired for Success: Ansys HFSS Leads in Wirebond Simulation》

作者：Kevin Quillen

編輯整理：褚正浩 | Ansys中國(guó)高級(jí)應(yīng)用工程師

隨著半導(dǎo)體制造商對(duì)處理速度的需求日益增長(zhǎng)，印刷電路板（PCB）和芯片封裝的所有組件都必須以超高的數(shù)據(jù)速率提供精準(zhǔn)的信號(hào)完整性。因此，一定要對(duì)任何可能導(dǎo)致中斷以及信號(hào)噪聲耦合的設(shè)計(jì)進(jìn)行缺陷測(cè)試。

引線鍵合是在PCB或芯片封裝中連接芯片和基板的微小“線路”，其正在接受特別考驗(yàn)。作為連接通道，它們通常是信號(hào)損耗或信號(hào)退化的根源。半導(dǎo)體工程團(tuán)隊(duì)必須將從材料、鍵合參數(shù)到工作環(huán)境條件的所有因素納入考慮，以設(shè)計(jì)出高可靠性的鍵合絲。

速度對(duì)于分析潛在的鍵合絲設(shè)計(jì)以及精準(zhǔn)預(yù)測(cè)其作為PCB或芯片封裝一部分的性能至關(guān)重要，尤其在進(jìn)行全面的物理測(cè)試所需的預(yù)算、員工工時(shí)和其它資源都很有限的情況下。那么，電子工程師如何才能在滿足嚴(yán)苛發(fā)布期限和財(cái)務(wù)目標(biāo)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)提供完美鍵合絲性能所需的精準(zhǔn)分析呢？

無(wú)與倫比的性能，充分滿足鍵合絲仿真需求

答案是通過(guò)Ansys HFSS對(duì)鍵合絲進(jìn)行建模并仿真其性能，以及所連接的其它方面，包括PCB和芯片封裝。

HFSS是仿真高頻率信號(hào)及電源完整性設(shè)計(jì)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，可為繪制、導(dǎo)入和修改鍵合絲結(jié)構(gòu)提供本地支持。即使面對(duì)極高的設(shè)計(jì)要求，這種高性能的解決方案也能幫助工程師輕松解決諸如材料選擇與厚度、封裝配置與鍵合參數(shù)等復(fù)雜挑戰(zhàn)。

在HFSS 3D Layout 2021 R1版本中，Ansys Electronics Desktop又有了更多功能，其中包括強(qiáng)大的全新鍵合絲編輯平臺(tái)和數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能等。工程團(tuán)隊(duì)可開(kāi)發(fā)和共享其定制的鍵合絲配置文件庫(kù)，因此對(duì)于每一款新產(chǎn)品設(shè)計(jì)無(wú)需從頭開(kāi)始。當(dāng)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)商競(jìng)相向市場(chǎng)推出新設(shè)計(jì)時(shí)，這不僅可節(jié)省時(shí)間，而且還可節(jié)約成本。

此外，Ansys鍵合絲庫(kù)還支持Cadence鍵合絲設(shè)置文件的無(wú)縫導(dǎo)入，能夠?qū)⑵浯鎯?chǔ)起來(lái)，以備將來(lái)使用。

半導(dǎo)體研發(fā)的專(zhuān)用端到端解決方案

借助HFSS，工程師不僅可仿真芯片設(shè)計(jì)，而且還可仿真其在不同使用環(huán)境下的信號(hào)等級(jí)和電源完整性。

在通過(guò)HFSS對(duì)鍵合絲進(jìn)行電氣性能優(yōu)化后，還可采用簡(jiǎn)單的優(yōu)化流程，針對(duì)熱可靠性和結(jié)構(gòu)可靠性等其它物理設(shè)計(jì)指標(biāo)對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化。Ansys仿真平臺(tái)包含HFSS和Ansys Mechanical，可為驗(yàn)證PCB及芯片封裝設(shè)計(jì)（包含鍵合絲）的電磁、散熱和結(jié)構(gòu)等各方面指標(biāo)提供統(tǒng)一模型的專(zhuān)用環(huán)境。

如今更小、更密集的電子封裝設(shè)計(jì)一旦暴露在嚴(yán)酷的現(xiàn)實(shí)環(huán)境下，發(fā)生熱故障或結(jié)構(gòu)故障的風(fēng)險(xiǎn)就會(huì)更高。作為微小接觸點(diǎn)，鍵合絲必須經(jīng)過(guò)特別嚴(yán)格的故障分析。Ansys仿真技術(shù)可輕松并快速地將鍵合絲設(shè)計(jì)移交給Mechanical開(kāi)展此類(lèi)分析，然后將其返回Ansys HFSS進(jìn)行迭代設(shè)計(jì)。

有了HFSS，半導(dǎo)體工程團(tuán)隊(duì)不僅可確保針對(duì)現(xiàn)實(shí)環(huán)境優(yōu)化單個(gè)組件，如鍵合絲等，還可確保整個(gè)系統(tǒng)在經(jīng)過(guò)裝配、暴露在惡劣工作條件下后，能以可靠的最佳方式協(xié)同工作。

全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體公司正在運(yùn)用Ansys解決方案，讓其復(fù)雜產(chǎn)品的電磁仿真運(yùn)行實(shí)現(xiàn)10-12倍的提速。這種系統(tǒng)級(jí)方法，以及針對(duì)鍵合絲優(yōu)化等特定任務(wù)提供的行業(yè)領(lǐng)先功能，充分發(fā)揮了Ansys 50多年的行業(yè)領(lǐng)先地位優(yōu)勢(shì)。

隨著半導(dǎo)體工程日益復(fù)雜，HFSS也在不斷發(fā)展，以應(yīng)對(duì)各種新的挑戰(zhàn)，而HFSS鍵合絲建模及仿真功能也不例外。Ansys HFSS 2021 R2發(fā)布在即，實(shí)現(xiàn)更多突破性改進(jìn)是其不變的承諾，這些改進(jìn)可預(yù)測(cè)并滿足半導(dǎo)體工程團(tuán)隊(duì)最迫切的需求，敬請(qǐng)期待！

關(guān)于Ansys CPS 解決方案

Ansys CPS（Chip+Package+System）多物理場(chǎng)仿真方案，包含了Redhawk/HFSS等業(yè)界黃金工具，基于CPM/CSM/CTM等獨(dú)有的芯片模型，通過(guò)協(xié)同仿真考察芯片與PKG/PCB之間的耦合影響，通過(guò)電、熱、結(jié)構(gòu)之間的多物理場(chǎng)耦合仿真使得仿真精度更高，幫助設(shè)計(jì)者優(yōu)化從芯片至系統(tǒng)的SIPI/熱/結(jié)構(gòu)可靠性等設(shè)計(jì)指標(biāo)，此流程已經(jīng)支持多家客戶(hù)在先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)和大規(guī)模的2.5D/3D IC設(shè)計(jì)上成功流片。