热超声键合过程中键合力波动特性仿真研究

利用有限元分析方法研究了在铜金属化晶片上进行金引线热超声键合过程中的键合力变化情况,建立了基于率相关材料特性的热超声键合有限元模型,对键合中的碰撞和超声两个过程进行了仿真分析,并引入平均键合力、键合力标准差值等统计参量来判定键合力的波动变化,从而更加准确地揭示了各键合参数对键合力波动的影响规律.研究结果表明:碰撞初速度(v0)、超声时间或键合温度的增加,均会使得键合力的波动加剧,不利于键合力的控制;对于v1/v0(v1为劈刀速度)则存在一个合适的值,可以使得键合力的波动变化最小.     

热超声倒装键合机视觉系统的设计与实现

针对热超声倒装键合过程中对准工作的特点,确定合理的视觉自动对准方案,在对多种颜色和形状的LED光源进行实验对比的基础上,设计环形LED光源与单个LED发光二极管组合的照明方式,使芯片、基板表面亮度一致且表面几何特征清晰。视觉软件以HexSight为核心,利用创建参考点实现不同目标的识别,并对2个CCD摄像机的控制方案进行优化。通过分析多次识别结果对单项误差进行评估,并以实验用1 mm×1 mm的表面有8个凸点的芯片为例计算视觉识别系统的综合误差,结果表明此视觉识别系统满足芯片键合时对定位精度的要求。     

一种提高芯片与基板对准精度的方法

设计一套吹气装置,并分别采用相位相关法和二元二次曲面拟合亚像素法计算未启用吹气装置和启用吹气装置后图像间的平移,采用梯度函数对图像清晰度进行评价。研究结果表明:未启用吹气装置时,图像抖动与模糊现象严重;随着温度升高,图像间的平移与平移标准差增大,在键合温度为160℃左右时,最大抖动可达7～8个像素,达不到对准精度的要求;启用吹气装置后,图像间整像素级的抖动明显消除,在键合温度下最大抖动量不超过0.3个像素,能满足对准精度要求;启用吹气装置后,图像梯度明显增大,消除了图像模糊现象。     

热超声封装高频换能器的动力学优化设计

为提高热超声封装效率、降低封装温度,研究了高频超声换能器的动力学优化设计．基于一维振动和波动理论,建立了换能器的解析模型,得到了压电振子、指数形聚能器和劈刀的波动方程．借助有限元分析软件ANSYS参数化建模,分别对压电振子和聚能器进行优化设计．考虑材料、形状和尺寸对其振动特性的影响,得到了换能器最优模型．通过阻抗分析仪和多普勒激光测振仪对换能器进行电谐振和机械谐振测试．实验结果表明,该换能器在其工作频率附近不存在非纵振模态和其它寄生的振动形式,从而方便了超声信号发生器设计.     

热超声倒装键合同步触发系统的设计

通过热超声倒装键合测量系统同步触发实验对比研究了单片机扫描工作模式和单片机中断工作模式触发系统的稳定性和触发延迟方面的性能. 实验结果表明: 单片机中断工作模式的触发系统具有更稳定的最大延迟时间、平均延迟时间和延迟时间标准方差, 最大延迟时间、平均延迟时间和延迟时间标准方差都比单片机扫描工作模式的触发系统的低, 特别是其延迟时间标准方差仅为0.5 μs. 单片机中断工作模式的触发系统的平均触发延迟时间为9 μs, 小于热超声振动周期且每次触发延迟时间恒定. 对热超声倒装键合数据采集系统和多普勒测振系统进行同步触发实验, 结果进一步证实: 中断工作模式的触发系统能够满足热超声倒装键合数据采集系统和多普勒测振系统的实时性、精确性及稳定性等方面的要求, 可以实现对有效数据的精确截取.     

微电子封装超声键合机理与技术中的科学问题

优化高速度、高可靠的精密制造,必须深入理解制造装备进行的工艺过程的原理和细节。超声键合是复杂物理、力学作用下的封装过程．使金属材料在微米和毫秒时空中形成界面键合。2003年以来,中南大学课题组．在国家“973”计划项目的支持下．进行了超声键合机理的相关研究．获得深入的理解和工艺优化方向的认识。本文回顾了封装的发展,介绍了科学问题的产生。以及所使用的键合动力学研究手段。