热超声倒装键合过程中的非线性动力学行为

在作为微器件电气互连主要手段的热超声键合工艺中,微细键合区域内金属变形/变性/互连所需的能量,来自于超声波功率源通过换能系统所施加的微幅压剪动载.对热超声倒装键合过程的研究说明,PZT换能系统在热超声倒装键合工艺过程中的非线性动力学行为,如换能系统启动后的初值敏感性和不确定性,键合工具与换能杆之间的不稳定动力耦合,倒装芯片运动的奇异相轨线等,是深入研究键合机理以及提高工艺可靠性的重要关键.     

热超声倒装键合换能系统 多模态振动与有限元分析

研究了热超声倒装键合设备的核心执行机构——换能系统的动力学特性.利用激光多谱勒测振仪测试系统末端各方向的振动速度,发现系统以轴向振动为主,但受到其他非轴向振动的干扰.非轴向振动对芯片造成芯片倾斜、键合强度降低等负面影响.采用有限元方法对换能系统建模,仿真计算发现换能系统振动是各方向振动的耦合结果,且工作模态附近存在多种干扰模态.最后分析了系统多模态产生的根源并提出抑制方法.     

消除温度对倒装键合对准精度影响的方法

为消除温度在热超声倒装键合过程中芯片与基板对准精度的影响,必须将因键合加热而引起的图像抖动量控制在亚像素范围内.设计了一套实验方案,通过实验对比,发现在未启用吹气装置时图像间的抖动剧烈,明显受温度影响,不能满足对准精度要求.采用二元二次曲面拟合亚像素法计算了启用吹气装置后图像间的平移,发现图像间整像素级的抖动明显消除,亚像素级的抖动受温度影响小,在键合温度下最大抖动量不超过0.3像素,能满足对准精度要求.该方法为热超声倒装工艺提出了有价值的参考.     

热超声倒装过程中的建模和多参量仿真

热超声键合是一个极其复杂的瞬态过程,利用常规手段不易了解此局部区域内的瞬态特性.针对这个问题,基于MSC.Marc大型非线性有限元分析软件建立了热超声倒装的几何模型,利用其强大的非线性分析能力对热声倒装进行了热力耦合有限元分析,得出了不同摩擦状况对正应力和切应力的分布及大小的影响,金凸点的塑性应变在键合界面上的分布及演变规律,切向位移加载前后键合界面所受正应力和切应力的大小及分布的变化情况,仿真结果对热超声倒装芯片连接工艺的理论研究有着重要的参考价值.     

热超声倒装焊在制作大功率GaN基LED中的应用

设计了适合于倒装的大功率GaN基LED芯片结构,在倒装基板硅片上制作了金凸点,采用热超声倒装焊接(FCB)技术将芯片倒装在基板上.测试结果表明获得的大面积金凸点连接的剪切力最高达53.93 g/bump,焊接后的GaN基绿光LED在350 mA工作电流下正向电压为3.0 V.将热超声倒装焊接技术用于制作大功率GaN基LED器件,能起到良好的机械互连和电气互连.     

工作条件下超声倒装键合换能系统的阻抗特性

在建立各子部分等效阻抗的基础上,采用等效电路方法构建工作条件下芯片超声倒装键合换能系统的阻抗/导纳模型.对阻抗模型进行数值计算,并采用频率扫描的方法实测系统的阻抗特性.研究发现,在工作条件下,换能系统100 kHz范围内包含4阶轴向固有频率;相比于空载条件,工作条件下的各阶谐振频率增大,其电阻值增大,电导值降低.实验测试与数值计算结果相互吻合.     

欠键合/过键合与功率设置及温度关系的研究

在热超声引线键合过程中,低功率设置和低温下容易导致欠键合,高功率设置和高温下则容易出现过键合。通过实验采集了不同超声功率设置、不同温度下大量键合过程中换能杆末端轴向的速度信号、换能杆两端驱动电压和电流信号,并测量其键合强度,计算得到不同温度下换能杆的振幅。分析了超声功率和键合温度对振幅的影响规律,解释了功率设置和键合温度导致欠键合和过键合的可能原因,建立了功率设置和温度对换能杆振幅影响的模型。这些实验数据和结果有助于进一步研究键合过程中参数间的相互影响规律。     

GaAs芯片上倒装Si芯片的金凸点高度与键合工艺参数优化

随着射频集成电路向小型化、高集成方向发展，基于金凸点热超声键合的芯片倒装封装因凸点尺寸小、高频性能优越成为主流技术之一。以GaAs芯片上倒装Si芯片的互连金凸点为研究对象，通过有限元仿真方法，分析了温度和剪切力作用下不同高度金凸点的等效应力，得到金凸点的最优高度值。通过正交试验，研究键合工艺参数(压力、保持时间、超声功率、温度)对金凸点高度和键合强度的影响规律。通过可靠性试验，验证了工艺优化后倒装焊结构的可靠性。结果表明：键合工艺参数对凸点高度的影响排序为压力>超声功率>温度>保持时间，对剪切力的影响排序为压力>超声功率>保持时间>温度。     

热超声键合换能系统设计及性能分析

在热超声键合系统中,超声换能系统是键合装备的核心部分。基于等效电路法和解析法设计换能系统,获得换能系统的基本结构尺寸;基于有限元方法建立系统的仿真模型,获得系统的振动模态特性;采用阻抗分析仪与Doppler测振仪对系统进行性能分析。实验表明,实测频率与设计频率吻合,换能系统阻抗为12.7Ω,振动位移达到3.725μm,满足超声芯片封装的工艺要求。     

基于田口方法的微波组件金丝键合工艺优化

为了提高微波组件金丝键合的可靠性,采用楔形金丝键合工艺进行了金丝互连,通过田口试验方法设计 和试验验证,确定了金丝键合最优化的工艺参数组合。研究结果表明：键合金丝质量的影响因素依次是超声功率、键 合压力和键合时间,优化的工艺参数组合依次为超声功率、键合压力、键合时间,优化的工艺参数组合为超声功率 15、键合压力16、键合时间50;采用优化后的工艺参数进行金丝键合操作,获得了稳定性良好的互连金丝,完全满 足混合集成微波电路金丝键合互连应用的需求。