浅析集成电路铜线A键合点工艺可靠性

铜线有比较好的物理性能、成本较低等优势,经过多年的工艺摸索已成熟应用在集成电路产品内引线焊线封装中。由于与金焊线相比,铜焊线的工艺采用范围较窄,所以进一步优化铜焊线键合的工艺参数,提升工艺可靠性,是很重要的一环。本文主要分析了焊线键合A点的试验数据设计,对样品进行推拉力DOE试验分析,验证其工艺可靠性的影响及失效模式。     

面向即时检测芯片超声波精密键合的熔接结构及工艺参数

针对芯片即时检测(POCT)芯片对键合精度、键合强度、生产效率和生物兼容性的要求,基于超声波键合技术设计了结构化的导能筋布置形式和阻熔导能接头结构。研究了超声波键合时间和键合压力对微通道高度保持性能的影响,确定了精密超声波键合工艺参数。利用高精度显微镜、拉伸试验机和羊全血分别对键合后芯片的微通道高度、键合强度、微通道密闭性以及液体自驱动性能进行了测试。结果表明:所设计的导能筋布置形式合理可靠;利于芯片各功能的集成,阻熔导能接头结构能够较精确地控制键合后微通道的高度,键合精度达到2μm;全血驱动时间的极差在20s以内;所确定的键合工艺参数能够实现高强度的键合,键合强度不小于2.5 MPa。该熔接结构及工艺参数具有键合精度高、键合强度高、生物兼容性好和熔接均匀等优点,可应用于医用POCT芯片产品中。     

基于LS-DYNA的第一键合点碰撞过程分析

运用ANSYS/LS-DYNA有限元软件,模拟瓷嘴匀速下降直至碰撞芯片的过程。利用测振仪得到瓷嘴接近焊盘的速度,通过集中质量单元表述键合头惯量参数来简化模型,分析在一定接近速度和集中质量条件下的键合碰撞过程,得到碰撞过程中焊球与焊盘的应力应变分布及碰撞力变化曲线。最终得到的碰撞力峰值与实际碰撞力相近,证明了有限元分析的有效性,同时为焊盘结构设计提供了一定的理论参考。     

基于模糊C均值聚类的模糊RBF神经网络预测焊接接头力学性能建模

针对焊接过程的高度非线性,多种因素的复杂交互作用,难以预测焊接接头力学性能的问题和常用反馈(Back propagation,BP)神经网络的不足,利用模糊C均值(Fuzzy C-means,FCM)聚类算法和伪逆法相结合,建立焊接接头力学性能模糊径向基(Radial basis function,RBF)神经网络预测模型。以TC4钛合金惰性气体钨极保护焊(Tungsten inert gas arc welding,TIG焊)焊接工艺参数(焊接电流、焊接速度和氩气流量)作为模型的输入参数,以焊后力学性能(抗拉强度、抗弯强度、伸长率、焊缝硬度和热影响区硬度)作为模型的输出参数。利用27组试验数据对所建模型进行学习训练,用另外9组试验数据进行仿真。结果表明,利用该方法所建模型具有结构稳定、训练速度快、适应性强、鲁棒性好、预测精度高的特点,能够预测焊接接头力学性能。通过数学解析,用函数形式表达焊接工艺参数与接头力学性能之间的规律,可以优化焊接工艺参数,为调控焊接接头的质量提供依据。     

玻璃-硅微结构封装过程工艺参数对键合质量的影响

通过MEMS封装试验平台,对键合过程中的键合温度、键合时间等工艺参数以及试验硅片规格进行试验研究。通过改变键合温度、键合时间以及试验硅片规格等参数,进行玻璃-硅键合对比试验。计算每组对比试验的键合空隙率,分析每组对比试验空隙率的数据,归纳总结影响键合质量的因素以及达到键合最佳效果的键合条件。试验结果表明:键合电压为1 200 V,温度为445~455℃,键合时间为60 s时,空隙率小于5%,玻璃与硅片的键合质量达到最佳,为提高玻璃-硅键合质量提供了依据。     

基于BP神经网络的氢氧微火焰锡焊工艺参数优化研究

为解决氢氧微火焰锡焊工艺参数影响焊接质量的问题,使用正交试验法缩小工艺参数范围,通过实验获得100组真实数据,将其中92组实验数据作为输入样本导入MATLAB神经网络模块中,建立了锡焊质量指标与锡焊工艺参数之间的BP神经网络预测模型,经过多次优化训练后,将剩余的8组工艺参数组合导入优化后的BP神经网络模型进行模型准确性验证,并在PCB板上进行氢氧微火焰锡焊实验,发现仿真结果和实际结果的误差范围不超过4%。使用训练好的BP神经网络模型得到一组最优工艺参数,实验结果表明采用该工艺参数组可以得到平均焊点锡料覆盖率98%以上的焊点质量,可应用于实际氢氧微火焰自动锡焊中。     

引线键合工艺参数的有限元分析

运用Ansys/LS-DYNA模拟引线键合过程,研究分析了键合力、焊盘材料属性、摩擦系数等参数在引线键合过程中对焊球和焊盘应力分布及变形的影响,并将仿真分析结果应用于实验室开发的引线键合机,为键合机的研发和调试提供了理论参考,改善了键合机的键合质量和键合稳定性。实验测量结果表明,有限元分析方法是有效的,结果是合理的,有一定的参考价值。     

PC微流控芯片黏接筋与溶剂的协同辅助键合

为了在微流控芯片上形成封闭的微通道等功能单元,克服热压键合中微流控结构的塌陷和热压所致芯片微翘曲对后续键合的影响,提出了一种适用于硬质聚合物微流控芯片的黏接筋与溶剂协同辅助的键合方法。以聚碳酸酯(PC)微流控芯片为研究对象,通过热压法在PC微流控芯片上的微通道两侧制作凸起的黏接筋,通过化学溶剂丙酮微溶PC圆片的表面,然后将PC圆片与带有黏接筋的PC微流控芯片贴合、加压、加热,从而实现微流控芯片的键合。分析了键合机理,并对键合工艺参数进行了优化。实验结果表明:键合质量受丙酮溶剂溶解PC圆片的时间和键合温度的影响,能够保证键合质量的最佳键合温度为80~90°,溶解时间为35~45s,芯片的键合总耗时为3min。与已有键合工艺相比,所提出的黏接筋与溶剂辅助键合工艺有效提高了键合效率。该键合方法不仅适用于具有不同宽度尺寸微通道的微流控芯片,还可扩展用于不同材料的硬质聚合物微流控芯片。     

辅助溶剂对PMMA微流控芯片模内键合的影响

为了提高聚合物微流控芯片的键合效率,以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微流控芯片为对象,以微型注塑机为平台,研究了聚合物模内键合方法.利用注塑机提供的合模力作为键合力,利用模温机提供键合温度,选择异丙醇作为辅助溶剂,借助溶剂溶解特性来降低模内键合中的键合温度和压力.在30～70℃,用测量显微镜和台阶仪测试分析了不同键合温度条件下,辅助溶剂对芯片的表面形貌和微通道结构的影响;利用辅助溶剂进行模内键合实验,用电子万能实验机测试了芯片的键合强度,对模内键合工艺参数进行了优化.结果表明:异丙醇对键合质量的影响与键合温度、键合时间有关,在较高温度下会使芯片产生皲裂、微沟槽变形和堵塞;在键合温度为35℃,键合时间为5 min时,芯片的表面质量和微沟槽形貌较完整,键合强度不小于2.64 MPa.     

射频器件超细引线键合工艺及性能研究

作为有源相控阵雷达的关键组成部分,T/R （Transmitter and receiver）组件的尺寸与性能决定着装备的重量和功能。引线键合是T/R组件中常用的互连技术之一,随着组件集成度的提高势必也要开发相应的高密度引线键合技术,这使得键合线的尺寸越来越小,而超细的引线会使焊点力学性能降低,造成可靠性下降等问题。采用超声热压楔形键合的方法实现了的超细金丝与金焊盘的连接,并对工艺进行优化。结果表明,随键合压力、键合时间和超声功率的增大,键合后引线形变量逐渐增大,而键合后金丝的拉力先增加后减小,且工艺参数对金带形变量的影响小于金丝;由于第二焊点作用力过大会导致引线形变量较大、最大拉力小于第一焊点,需增加题焊点数量;最后,通过正交试验方法获得了金线和金带的最佳键合工艺参数,实现了超细尺寸引线的键合,对T/R组件的小型化具有重要意义。