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标题: QFN封装bondwire有限元电磁场仿真 [打印本页]
作者: admin    时间: 2019-9-27 15:10
标题: QFN封装bondwire有限元电磁场仿真
Bondwire应用简介
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4 Q5 X& M  G% X! S' b7 F1 L在芯片设计及微波多芯片组件（MMCM）中，一般采用键合线来实现传输线（微带线、共面波导等）之间的互连。随着频率的升高，键合线对微波电路的影响越来越明显，有时甚至成为主要因数。决定键合线微波特性的参数主要有键合线长度、弧高、间距和根数，这些参数差异也会影响键合线微波特性的一致性。3 q7 d- v, r0 l( ]

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. g+ \+ o: f8 h1 S, W2 ^: t1 [在微波多芯片组件（MCM）中，键合线互连是实现微波多芯片组件电气互连的关键技术。目前许多新技术可以代替键合线来实现信号的传输，例如倒桩焊、刻蚀通孔等，但键合线仍因工艺键盘和价格低廉在实际生产中普遍采用。随着频率的升高，键合线的长度、弧高、间距和根数对微波传输特性有很大的影响。) m9 F7 \  {: a* V# ^+ L
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通常情况下微带线之间的键合线互连结构如图所示，其等效电路模型可以简单地用并联电容C1、串联电阻R和串联电感L、并联电容C2组成的低通滤波器网络表示，如图19-2所示。该模型中起主要作用的是键合线的串联电感L，而并联电容C1、C2很小，可以用开路短截线近似求得。8 m+ H% F. D9 ~
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下面将通过一个实际的案例，展示是德ADS软件Bondwire仿真方法。
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1 s$ D2 f5 k5 M- @7 j, z1导入图形" ^3 N* P" i9 o. \, k0 r$ w
AutoCAD邦定图导入ADS Momentum。2 K9 ^4 U% y; d3 @- ]
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1 ^5 c+ J9 N: d  x* q6 b2Mom建模
# a; I. w8 Q7 f0 u为提高仿真效率，提取需要仿真的部分进行建模，添加邦定线。
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0 \4 R5 x$ v) E% A3 i设置层
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: r5 w8 ?' l: c3 D, e8 v设置仿真器，选择有限元法，定义Port，频率范围，边界条件等。
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3模型检查) [3 E3 k' S- N9 ^9 S5 C
FEM 3D模型，检查模型及层叠设置的正确性6 k* u& B$ T; I, r2 g6 d9 ~
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% L* ^+ ^. y  y* A5 \. q7 ~) t5有限元收敛情况分析
2 K" w6 q* C# s1 s4 e* v. H(1) Mesh方法是一个软件仿真精准度很重要的一个参量，本例采用自适应网格剖分.& a! U7 F9 ]% n- i1 I2 m0 c
FEM算法会把IC的整个结构分成上千个小的区域，并且基于这些立体网格来运算每个小区域的场值，立体的网格是由大量的三角锥体构成，三角锥的顶端正切与三个边的场量和每边的中心点的场量都被存储下来，每个三角锥内部的场型可以通过内插方法运算，通过这种把大结构转换成小结构的方法，麦克斯韦方程就可以转换为矩阵问题，并且通过数学运算萃取出任意形状的S参数。
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(2) FEM判断收敛的方法是通过两次运算的结果对比，如果误差值小于一定范围可以判断为趋近收敛，如果误差较大，则会重新定义网格，让网格密度提高以增强收敛性，但在立体结构中，有些区域，比如结构表面，角落，介质交汇界面会有收敛不佳的情况，导致FEM算法消耗大量内存和运算时间。所以近今年都在开发基于多核的运算方法，改进结构的收敛性与矩阵求解效率。
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不收敛：
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( {# A5 M4 ~% s* e: S7 A* xa.模型有些部件没有连接好，导致缝隙处的网格划分很细
2 ], _& C* x) P0 @b.模型很细小 1 {8 h( v) T$ d
c.最大迭代次数太小（怎么样也要10次以上吧？）   
( q! y! P1 Q2 I) t4 B# L/ W# T  Zd.最大迭代误差太小（0.01以下应该就比较小吧）
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6仿真bondwire S参数仿真bondwire S参数，线损，隔离度：线与线之间的耦合。, a9 ^+ S% ~" z
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7特性阻抗# o3 g  o5 P( i+ _5 \# O7 h1 \
在频率较低时为50欧，随着频率升高Bondwire逐渐呈感性，这个特性会对射频电路带来灾难性的后果。) h4 P) F9 n, g+ v+ ^) q, ^

- }0 Q/ {* t1 ^, `3 b4 V; Z如何降低这种感性呢？大家很容易想到减短Bondwire的长度，认为越短越好，越短阻抗越容易控制。但是在封装过程中，lead-frame会造成容性效应，所以Bondwire不是选择最短就可以，而是要找到适合的长度和lead-frame的容性相互抵消，将阻抗控制在要求之内。& F' ^( r  L# J# |4 W0 I4 G( [
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7近场分布& o: W" Z: ~5 g2 A2 X- A/ K" a
芯片近场电磁场分布，可以观察线路耦合情况
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IC远场辐射图
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