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各向异性导电膜超声互连COG器件的工艺研究

作　者: 金浩
导　师: 蔺永诚
学　校: 中南大学
专　业: 机械工程
关键词: 微电子封装各向异性导电膜 COG电子器件超声粘接粘接强度
分类号: TN405
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 26次
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内容摘要

各向异性导电膜(ACF)作为一种可替代锡铅焊料的绿色封装材料,逐渐成为微电子封装界的新宠,广泛应用于以倒装芯片互连的COG (Chip-on-Glass)电子器件中。目前,COG器件主要是通过ACF的热压工艺实现芯片与玻璃基板的互连。然而,因为ACF的热压粘接温度过高、时间较长,不但容易损伤芯片,而且造成粘接界面残余应力较大,降低COG器件的可靠性。因此,本文提出了一种利用各向异性导电膜超声粘接COG器件的新工艺。通过试验研究与数值建模的方法,获得了优化的超声粘接工艺参数。本文主要工作包括：(1)建立了超声粘接工艺参数的在线监测系统,可用于实时采集和分析超声粘接过程中超声功率(电流和电压)的变化情况和芯片的振动规律。(2)通过大量超声粘接和剪切模式破坏试验,研究了超声粘接工艺参数对COG器件界面粘接强度的影响规律。结果表明：粘接时间和粘接功率对COG器件的界面粘接强度影响很大,而粘接压力和适当的基板温度的影响不明显。优化的超声粘接工艺参数为：粘接时间约为3000ms,超声粘接功率约为3.52W,粘接压力9-28N,基板温度50-90℃,COG器件的最大粘接强度可达到34.5N。(3)通过微观的傅里叶变换红外光谱分析方法,研究了超声粘接工艺参数对ACF固化程度的影响规律。结果表明：粘接时间和粘接功率对ACF的固化程度影响很大,而粘接压力和适当的基板温度的影响不明显。在优化的超声粘接工艺参数范围内,ACF固化程度均可达到94%以上,符合COG器件的互连要求。(4)基于超声粘接工艺对ACF固化程度的影响规律,建立了超声粘接工艺参数与ACF固化程度的关联数学模型,可用于预测超声粘接过程中ACF的固化程度。结果表明：模型预测值与实验值吻合较好。(5)综合考虑超声粘接工艺参数对COG器件界面粘接强度的影响,建立了合理的力学分析模型。结果表明：模型预测值与实验值之间的最大相对误差不超过6%。因此,本文建立的力学分析模型可有效地预测COG器件的超声粘接强度,对实际工业生产具有较强的指导意义。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-23
  1.1 各向异性导电膜的应用  10-11
  1.2 COG器件的热压粘接工艺  11-13
  1.3 超声振动在微电子封装中的应用  13-15
  1.4 影响各向异性导电膜粘接可靠性的主要因素  15-18
    1.4.1 粘接面的表面处理方式  15-16
    1.4.2 粘接温度和粘接时间  16
    1.4.3 粘接压力  16-17
    1.4.4 芯片凸块和基板焊区的平整度  17
    1.4.5 导电粒子在胶体里含量  17
    1.4.6 各向异性导电膜的弹性模量  17-18
    1.4.7 高温高湿环境的影响  18
  1.5 胶粘接的承载能力及其界面的力学分析  18-21
  1.6 课题综述  21-23
    1.6.1 课题来源  21
    1.6.2 研究目的及意义  21
    1.6.3 研究内容  21-23
第二章 ACF超声互连COG器件试验系统的建立  23-43
  2.1 ACF横向超声互连COG器件的基本原理  23-27
    2.1.1 COG器件的超声粘接原理  23-25
    2.1.2 ACF的横向超声加热优势  25-26
    2.1.3 环氧树脂固化机理  26-27
  2.2 ACF超声粘接试验系统的建立  27-30
    2.2.1 横向超声振动粘接装置  27-28
    2.2.2 实验材料  28-29
    2.2.3 ACF互连器件超声粘接过程  29-30
  2.3 COG器件粘接强度测试设备  30-32
  2.4 ACF固化程度的测定  32-35
    2.4.1 测试装置  32
    2.4.2 ACF固化程度的计算方法  32-35
  2.5 超声粘接功率实时监测系统  35-40
    2.5.1 超声粘接功率监测系统的硬件构成  35-36
    2.5.2 超声粘接功率监测系统的软件构成  36-38
    2.5.3 超声粘接功率的采集和分析  38-40
  2.6 芯片振动实时监测系统  40-41
    2.6.1 芯片振动监测系统的构成及原理  40-41
    2.6.2 芯片振动信号的采集和分析  41
  2.7 小结  41-43
第三章超声工艺对COG器件粘接强度及ACF固化程度影响的研究  43-59
  3.1 粘接时间对COG器件粘接强度及ACF固化程度的影响  43-46
  3.2 粘接压力对COG器件粘接强度及ACF固化程度的影响  46-49
  3.3 粘接功率对COG器件粘接强度及ACF固化程度的影响  49-53
  3.4 基板温度对COG器件粘接强度及ACF固化程度的影响  53-55
  3.5 超声粘接工艺参数与ACF固化程度的关系  55-56
  3.6 超声粘接与热压工艺的强度对比  56-57
  3.7 小结  57-59
第四章 COG器件超声粘接工艺与强度的关联模型  59-71
  4.1 力学模型的建立  59-63
  4.2 剪切破坏的界面断裂能  63-65
  4.3 COG器件界面粘接强度的预测  65-67
  4.4 COG器件界面粘接强度的其他预测方法  67-68
  4.5 两种COG器件界面粘接强度预测方法的对比  68-69
  4.6 小结  69-71
第五章总结与展望  71-73
  5.1 本文研究工作总结  71-72
  5.2 后续的研究工作与展望  72-73
参考文献  73-78
致谢  78-79
攻读硕士学位期间的研究成果  79
攻读硕士学位期间参加的科研项目情况  79

各向异性导电膜超声互连COG器件的工艺研究

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