压焊设备——硅芯片外引线键合的热压焊装置及焊接工艺

针对压阻式微型压力传感器封装工艺中，硅芯片外引线键合的要求，分析了热压焊引线键合原理，研制了热压焊装置。在扫描电镜下。对键合点进行了微观分析。使用接合强度测试仪对压焊键合点强度进行了拉断试验，测得键合强度拉断力都在0．17N之上。通过对金铝压焊处金属间化合物及其扩散深度随温度增长关系的研究，键合时调节压焊控制台电压使衬底温度保持在150～200℃，压焊头辟刀温度保持在150℃左右，从而保证了压焊点接触的可靠性。     

基于质心识别对阵列式触觉系统的压力和温度信息研究

机器人触觉是机器人在非视觉传感器领域里获取环境信息的重要知觉形式,利用硅压阻式压力传感器组成阵列式触觉系统,将采集到的压力和温度信息组成灰度图像,经过对图像的预处理、区域分割、质心识别后,判断出物体的滑移情况,并将结果利用图像形象化地显示出来.实验结果表明,该方法可以快速有效地对物体滑移做出判断,并可以直观地显示出物体温度分布情况.     

一种异种金属板材的焊接工艺

介绍了异种板材的交流和逆变直流热压焊焊接工艺、工艺参数、程序及原理,列举了典型中高碳钢与弹簧钢、热双金、不锈钢不同厚度板材,在电真空管金属器件中的点焊应用实例,成功地解决了异种板材焊接产生的虚焊、脆断、晶间断裂纹、粘焊、熔核不良、焊接裂纹等焊接缺陷,满足了相应产品设计焊核规格,具有一定的推广价值.对取得的效果进行了对比评析,证明了异种板材热压焊焊接工艺的可行性,并在工程上得到了良好的应用.     

漆包线的超声-热压复合焊接工艺

针对漆包线焊接的难点,在现有热压工艺和引线键合工艺的基础上,重新研究了一种新型的漆包线直接焊接的微连接方法,并设计搭建了超声热压工艺的试验平台。以直径0.2 mm的漆包线和厚0.2 mm的磷铜片作为试验样例,对焊接工艺进行了试验研究。通过工艺试验,分析了焊接电流、焊接时间、焊接压力和超声功率对焊接质量的影响,得出了各个参数对焊接结果影响关系的主次,并通过正交试验得到了试验材料的最佳焊接参数。     

基于非晶碳膜压阻效应的MEMS压力传感器研究

目的研究非晶碳膜的压阻性能和机理,并将其作为压敏电阻应用于MEMS压力传感器敏感电路中。方法使用直流溅射工艺制备非晶碳膜压敏薄膜材料,对典型样品进行内部组分和电学、力学、温度等性能测试和研究,使用有限元方法进行器件设计仿真,借助MEMS加工工艺完成非晶碳膜压力传感器芯片的加工,最后进行器件级别的测试和分析。结果在0～1 MPa范围内,压力传感器芯片的灵敏度为9.4μV/kPa,输出信号的非线性度为5.57%FS;对压敏电阻进行–70～150℃范围内的温度性能研究,其阻值与温度之间表现出较强的线性关系,且在–20～150℃段,线性度更强,表明非晶碳膜压敏材料在高温段应用时更容易补偿。机理研究方面,非晶碳膜在厚度方向上表现出组分差异化,因此该方向也应被纳入机理模型建立中。结论非晶碳膜在加工工艺、力学性能以及电学性能上与传统的MEMS传感器芯片能够很好地结合,加工得到的非晶碳膜压阻式压力传感器灵敏度和线性度较为理想。此外,其压阻机理研究应纳入薄膜厚度方向。     

螺柱焊接技术及工艺

阐述了储能式螺柱焊接工艺和拉弧式螺柱焊接工艺的原理、特点和相关技术参数及其控制;介绍了螺柱焊接技术的一些已成熟的新工艺和正急需研究解决的新工艺;对比了当前国内外螺柱焊接设备和工艺的发展现状;探讨了今后螺拄焊接设备及其工艺的发展方向。     

基于ERT的可视化压力测量方法

针对现有力触觉传感器价格昂贵、制作工艺复杂等缺点,提出了一种以导电硅橡胶材料为测量单元,结合电阻层析成像(ERT)技术的可视化压力测量方法。分析了导电硅橡胶材料的导电机理和导电硅橡胶材料所受压力与电阻之间的关系;对导电硅橡胶材料在不同激励方式下敏感场的电势分布进行了仿真,对比了材料电导率不同时测量电压的变化;搭建了可视化压力测量平台,对测量单元在不同区域、不同压力作用下的测量结果进行了验证。试验结果表明：压力为0～10 N时,可视化测量效果明显,并且能够实现整个测量区域的实时压力测量。相比于传统的触觉传感器,该压力测量方法无需多个传感器阵列,具有结构简单、结果可靠、成本低、可视化等特点。     

压铸工艺及压铸模具设计要点(二)

压铸机、模具与合金三者,以压铸件为本,压铸工艺贯穿其中,有机地将它们整合为一个有效的系统,使压铸机与模具得到良好的匹配,起到优化压铸件结构,优选压铸机、优化压铸模设计、提高工艺工作点的灵活性的作用,从而为压铸生产提供可靠保证。所以,压铸工艺寓于模具中之说,内涵之深不言而喻。     

液化石油气瓶阀高低压密封一步检测法及装置研制

为了提高气瓶阀密封性能检测的精度和检测速度,设计了一种气瓶阀密封性一步检测装置,该装置克服了现有检测方法中检测步骤多、检测时间长、操作复杂、成本高、效率低的缺点。实验结果表明:将检测效率提高了近3倍,检测时间小于20 s。     

燃气动力压力焊套管补贴装置焊接压力的分析

针对油田存在油井套管破损的现象,设计了一种燃气动力压力焊套管补贴装置,并介绍了其工作原理.该装置中金属锚扩径是影响焊接压力的主要因素,因此,通过对锥套和金属锚关键部件进行力学分析计算得到不同锥角金属锚的扩径力,再利用ANSYS对金属锚进行应力应变分析得出最佳锥度角,使金属锚在施加载荷后所产生的塑性变形最大,以达到套管焊接补贴的焊合性要求.     

键合时间对粗铝丝超声引线键合强度的影响

试验研究了不同超声功率条件下,键合时间对粗铝丝引线键合强度的影响规律.试验中记录了每种键合试验的键合时间,采集了每一个键合点的剪切测试力作为键合点抗剪强度的表征,记录了每个键合点的状态.结果表明:(1)在小超声功率条件下,键合强度对键合时间敏感;在大超声功率条件下,敏感性下降;(2)短键合时间条件下主要键合失败形式为剥离和无粘接,表明键合界面的原子扩散不够;(3)大超声功率长键合时间条件下的键合失败形式多为根切,表明键合界面的原子扩散虽然足够,但长时间的超声振动也会使粗铝丝产生疲劳断裂,形成过键合.     

引线键合中材料参数对硅基板应力状态的影响

利用＂热—力—超声＂增量耦合有限元模型,对采用不同引线（金,铜）以及采用铜引线在不同银镀层厚度（48,1,6μm）条件下的键合过程进行了模拟.结果表明,在其它条件不变的情况下,金引线键合过程对硅基板内应力状态的影响远小于铜引线,且应力集中的位置更接近键合中心;随着镀层厚度的增加,基板所受到的压应力逐渐减小,但基板所受到的最大压应力在硅的抗压力范围之内;同时基板所受到的剪应力也逐渐减小,由于剪应力是硅基板损坏的决定性因素,因此采用厚度为16μm的镀层对减小基板损坏更有利.     

铂金丝超声键合正交试验及焊点质量评价

采用正交试验法对直径为20μm的铂金丝进行超声波键合试验,并通过三轴测量显微镜观察键合区域形貌和测量键合点根部高度.结果表明,在研究的4个参数中,键合时间、搜索高度和超声功率的影响都较大,而键合力的影响较小.通过正交试验法可以快速获得较优的键合参数,最佳工艺条件为:键合力0.013 N,键合功率0.325W(W为键合区宽度),键合时间30 ms,搜索高度0.2 mm.键合点质量可以通过测量键合点根部高度进行评价,当根部高度在4~10μm之间时,引线拉力均在0.03 N以上.而且,当键合区接近椭圆形,且当W≈2D(D为引线丝直径)时,引线拉力较高,当键合区形貌为矩形或有裂纹出现时,拉力则较小.     

温度冲击下粗铝丝键合强度退化行为研究

对大功率器件中两种直径(250 μm/380 μm)铝丝键合强度在温度冲击试验下的退化行为进行了研究,分析了试验后铝丝键合强度的退化情况。设置了不同的工艺参数水平,通过温度冲击试验加速键合点失效,对不同参数水平进行评估。对不同温度冲击试验条件下的退化行为进行比较。采用扫描电子显微镜对试验后脱键点的断口形貌及组织成分进行分析,分析了不同镀金层厚度对键合点强度及可靠性的影响。结果表明,两种直径铝丝均出现键合强度退化现象,厚金焊盘键合强度下降不明显,薄金焊盘在试验后出现大量键合点脱键现象,表现出较差的抗温度冲击能力。     

超声引线键合PZT驱动信号采集分析系统

根据超声引线键合实验平台电路结构,设计了PZT(压电陶瓷)驱动信号采集电路.在此基础上开发了基于LabView和Matlab的信号采集分析系统.针对PZT驱动电压和电流信号特征,提出了瞬时频率、相差和有效值曲线的计算方法,获得了实际键合试验过程中电流电压瞬时频率及相差变化规律.并根据有效值曲线特征,提出了分段特征点提取方法.根据大量试验分析了分段特征点的稳定性,这对于键合机理研究具有重要意义.试验结果表明,系统稳定可靠,能有效采集分析键合过程中的PZT驱动信号.     

Ag-4Pd键合合金线性能和组织对键合强度的影响

利用扫描电镜、强度测试仪、热导率测试仪分析了Ag-4Pd和Ag-4Pd-0.5Ru键合合金线的性能及组织差异,研究了微量Ru元素对Ag-4Pd键合合金线球焊点尺寸、焊点形貌及键合强度的影响。结果表明:Ru元素的加入使Ag-4Pd键合合金线热导率由403 W/m?K降低到385 W/m?K,Ag-4Pd-0.5Ru键合合金线无空气焊球(free air ball)形状较Ag-4Pd键合合金线规则,提高了键合合金线焊点连接强度;Ag-4Pd键合合金线中的Ru元素使其热影响区长度由50μm减小至35μm,消除了由于热影响区长度过大导致的颈部微裂纹缺陷;Ag-4Pd键合合金线中的Ru元素细化了晶粒,增加了相同体积内不同取向的金属晶粒数目,改善了变形时的协同作用,降低了形变的不均匀性程度,获得了较规则的Ag-4Pd键合合金线球焊点形貌。     

键合丝最小直流熔断电流的建模与分析

半导体产品的高可靠性要求作为内部引线的键合丝有足够大的电流承载能力。本文建立了键合丝最小直流熔断电流的理论模型和公式,用COMSOL Multiphysics有限元软件建立键合丝的电热耦合仿真模型,并与理论模型进行了对比。结果表明,键合丝工作时中间温度最高,两端温度最低,温度分布沿轴向及径向均呈抛物线状分布。金、铜和银三种键合丝的熔断电流仿真值与实验值符合得较好,理论值比实验值偏小,但其乘以相应系数后可接近于实际工况。该理论仿真模型可为键合丝熔断电流的分析提供参考。     

Bonding mechanism of ultrasonic wedge bonding of copper wire on Au/Ni/Cu substrate

The ultrasonic wedge bonding with d 25 μm copper wire was achieved on Au/Ni plated Cu substrate at ambient temperature. Ultrasonic wedge bonding mechanism was investigated by using SEM/EDX, pull test, shear test and microhardness test. The results show that the thinning of the Au layer occurs directly below the center of the bonding tool with the bonding power increasing. The interdiffusion between copper wire and Au metallization during the wedge bonding is assumed negligible, and the wedge bonding is achieved by wear action induced by ultrasonic vibration. The ultrasonic power contributes to enhance the deformation of copper wire due to ultrasonic softening effect which is then followed by the strain hardening of the copper wedge bonding.     

引线键合中多向超声波能量传输特性研究

引线键合主要是采用超声波热键合技术，而超声波振动传播和能量传递是超声波键合设备中一个非常关键和复杂的问题。利用波在弹性体中传播的机理，给出超声波聚能杆和劈刀的振动传递特性，利用多普勒振动计PSV-300-F(1．5MHz)测量了振动位移和速度，证实了理论分析结果，并对双向垂直传输超声波能焊具的性能进行了研究，阐明垂直双向加载是一种高效的传能模型。     

热超声倒装键合工具和芯片振动的频率特征

采用激光多普勒振动测量系统,监测了热超声倒装键合过程工具末端和芯片的振动速度。由工具和芯片的振动速度有效值曲线,发现了“速度分离”现象,即键合启动数毫秒后,芯片的振动速度突然下降而工具的振动速度继续增大;“速度分离”表明金凸点／焊盘界面已初步形成键合强度。研究了工具和芯片振动速度信号的频率特征,发现芯片振动信号的3倍频成分的产生时刻就是“速度分离”发生的时刻,小键合力有利于“速度分离”发生,也就是有利于初始键合强度的形成,提出了以3倍频产生时刻为临界点的变键合力加载思路。