热超声倒装键合振动传递与键合强度形成研究

采用多普勒激光振动测量系统，获得了热超声倒装键合过程中工具末端及芯片的振动速度曲线。通过比较分析两条曲线，揭示了热超声倒装键合强度的生成过程：在键合初始阶段，键合界面的相对运动主要发生在芯片金凸点与基板焊盘表面之间，并使其接触表面氧化层和污染层被破坏，裸露出新鲜原子，为金凸点与焊盘间的原子扩散并最终形成键合强度提供条件；随着键合的进行，芯片振动速度开始下降，而工具末端振动速度继续增大（即出现速度分离现象），工具末端和芯片间产生明显相对运动，表明键合强度已产生，芯片金凸点／基板焊盘间的结合力超过工具末端／芯片间的摩擦力；速度分离后芯片与工具末端的振动速度和位移曲线表明了超声振动能量部分耗散在芯片／工具的摩擦上。     

压力约束模式下热超声倒装键合的试验

在采用压力约束模式夹持倒装芯片的条件下，实现了热超声倒装键合。通过观测键合过程中的输入超声功率、工具末端和芯片的振幅变化情况，研究了压力约束模式下不同键合参数对键合过程和键合强度的影响规律。试验结果表明：在这种约束模式下，键合力和功率对键合强度具有重要的影响；键合力对金凸点的变形是决定性的；键合强度与输入的超声能量总量有关，过小和过大的超声能量都不能形成好的键合强度，高强度的键合并不需要大的超声功率输入，键合过程中能量主要耗散于工具／芯片间相对运动导致的摩擦做功，并造成了芯片和工具的磨损。     

热声键合界面的微观结构特性

设计一系列的键合实验，通过扫描电镜SEM和EDS能谱测试分析热声键合界面的微观结构特性及变化规律，结果表明，热声键合界面的形状像一个中央未结合的椭圆环，键合强度取决于皱脊椭圆环结构；当作用力和功率保持不变，随着时间增加，键合区向中央延伸，当作用力和时间保持不变，随着功率的增加，焊接区里皱脊面扩大。EDS能谱测试Au—Al、Au—Ag界面的微观组织成分，证实了Au—Ag扩散偶的Kirkendall扩散效应及Au—Al键合界面可能形成金属间化合物。     

热超声倒装键合中基于视觉的芯片高精度定位控制

针对自行研制的热超声倒装芯片键合机,建立了基于视觉的芯片定位控制系统,运用图像识别及处理算法对芯片的位置进行实时检测,并结合PID控制方法实现了平台的精确位置控制。实验结果表明,基于视觉的芯片定位控制系统能很好地完成芯片与基板的高精度键合定位。     

PMMA面键合的热压法工艺研究

研究了PMMA热压键合工艺,测量了PMMA的键合强度,利用扫描电镜检测了键合后微流体管道的结构变化,讨论了键合温度、键合压力等因素对键合强度的影响;给出了热压键合的合理工艺参数范围.结果表明,经过参数优化后的热压键合法可以满足PMMA微流体器件对键合的需求.     

倒装键合机复杂钣金件试验模态分析

钣金件是机械产品结构中重要的组成部件,属于轻质量薄壁件,常用作框架的蒙皮或连接。在工程应用中,钣金件常因外部激励而产生振动和噪声辐射。针对传统模态试验中传感器的附加质量对薄壁件影响较大,采用了非接触激光测振技术。简单介绍了模态测试理论与多普勒激光测振原理,给出了试验模态流程和方法。采用单点激振多点拾振(SIMO)的方法,得到钣金件自由状态下的低阶固有频率和振型。试验结果显示,钣金件一阶固有频率为131.25Hz,高于外部激振频率,不会产生共振现象,有着较好的动力学特性。     

基于键合图的变压预紧力电主轴热误差建模研究

高速电主轴工作过程中产生大量的热,导致主轴前端产生热变形,严重影响主轴加工精度.本文提出变压预紧力电主轴热误差预测模型,将传热学理论计算与键合图模型相结合,可实时且准确预测同类结构的电主轴热伸长.建立主轴的热-固耦合模型,通过有限元分析得到耦合作用下主轴温度场分布规律;根据温度场分布规律及热能流向,运用热力学理论将主轴...     

基于静电键合过程模型的工艺仿真

介绍了静电键合工艺仿真模型及其过程仿真,对平板电极、单点电极、多点电极的键合电流和键合进程进行了建模,采用动态工艺数据库方法完成了三种静电键合工艺下的可视化编程,实现了静电键合过程的可视化仿真与工艺CAD.     

基于Lyapunov指数的键合换能系统振动特性分析

阐述Lyapnov指数作为振动信号的混沌判断原理,并对换能系统的振动信号进行分析与研究,计算换能系统在不同加载压力下变幅杆的振动时间序列的Lyapnov指数.结果表明振动信号中的最大Lyapnov指数均大于0,根据混沌理论可以判定换能系统振动信号中存在混沌现象,应该采用混沌的方法研究与分析换能系统振动信号;通过不同加载压力下的平均键合强度与最大Lyapunov指数的比较,发现Lyapunov指数的过小和过大会造成引线键合的欠键合和过键合,这为进一步研究超声引线键合换能系统的振动特性提供有价值的参考.     

芯片封装过程热超声制造界面多参数影响的规律与控制

在中国国家自然科学基金重大项目《先进电子制造中的重要科学技术问题研究》资助下，提出芯片封装界面制造过程多参数影响规律与控制之科学问题。获得包括界面键合结构与强度生成机制、超声作用下键合界面的运动行为、超声能输入系统动力学与超声能量传递模型等3个方面的研究成果。对上述成果提出研究报告。 为认识外能场对界面物质的作用机制，采用高分辨透射电镜(High Resolution Transmission Electron Microscopy，HRTEM)观察超声键合点(Bonding Interface，BI)连接界面微结构及生成条件，观察到超声作用界面材料位错密度剧增，表明界面没有发生高温，界面超声键合是在较低的温度下进行扩散键合，推断，超声键合过程中位错/表面扩散起重要作用。提出微观位错管道快速扩散成形机制——超声键合过程中激活的原子通过位错通道迅速达到表面和晶界