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改善热压超声球焊点键合强度的工艺研究

作　者: 余斋
导　师: 田怀文
学　校: 西南交通大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 热压超声球引线键合微滑移理论键合强度工艺有限元分析
分类号: TN405
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

热压超声球引线键合在目前的芯片管脚封装市场中占据了很大的份额,引线两端焊点的键合强度是保障芯片与外部电气连接的重要指标,而目前工艺上第一球焊点真正的键合区通常为一个类似于椭圆环的区域,圆环中心并没有产生连接,也形象被称为“甜圈“连接。如果工艺上未连接的中心区也可以实现连接,则可以大大提高球焊点的键合强度,有利于提升整个芯片封装的可靠性和稳定性,从而为高集成度封装提供有力的技术支持。本论文描述了微电子制造业中IC封装技术的发展历程,着重介绍了引线键合技术的工艺过程及发展历程,为改善热压超声球焊点键合强度的工艺研究打下基础。为了提高球焊点的键合强度,必须弄清键合的机理,目前最能支持这种“甜圈”现象的机理是基于弹性假设的微滑移理论。但是由于FAB(键合金球)在超声中会产生塑性变形,键合中FAB的弹性与塑性之间的这种矛盾至今仍不明确。由于热压超声过程速度快(振动频率100Khz),时间短(几十微秒),不便于对其进行实验研究。随着计算机技术的不断发展,仿真已成为一种很好的研究键合过程的方法。目前已经有很多人利用有限元软件研究了第一球焊点键合过程中的应力分布,但都是采用固定的键合力和超声切向力,很少有分析球焊点超声振动时,接触面的滑移情况。本论文利用有限元软件ansys对热压超声球键合过程中的FAB分别进行了非线性弹性静力学分析与非线性弹塑性静力学分析,研究了超声过程中,弹性和塑性条件下金球应力分布的不同点及塑性条件接触面滑移区域的变化规律。由于实际热压超声球键合过程中,键合力与超声切向力容易受到各种因素的干扰而变得不稳定,必须采用非常复杂的反馈控制才能让其保持在用户设定的值上,而位移量的控制则相对要比力和能量的控制简单许多。根据ansys分析结果,结合微滑移理论,作者提出了一种提高第一焊点焊接强度的新工艺。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-11
第一章绪论  11-15
  1.1 课题概述  11-12
    1.1.1 课题来源  11
    1.1.2 课题的目的和意义  11-12
  1.2 国内外研究现状  12-14
  1.3 本论文的主要工作  14-15
第二章微电子封装技术  15-30
  2.1 微电子封装的功能及地位  15-16
  2.2 芯片一级封装的工艺形式  16-24
    2.2.1 引线键合  16-20
    2.2.2 载带焊  20-21
    2.2.3 倒装焊  21-24
  2.3 三种焊接方式比较  24-25
  2.4 芯片封装技术的发展  25-28
  2.5 当今微电子封装发展趋势  28-29
  2.6 本章小结  29-30
第三章微动学理论  30-38
  3.1 微动学基本概念及实例  30-33
    3.1.1 微动基本概念  30
    3.1.2 微动的破坏形式  30
    3.1.3 微动的分类  30-31
    3.1.4 微动损伤实例  31-33
  3.2 微动学理论  33-36
    3.2.1 早期的微动磨损理论  33-34
    3.2.2 二类微动图理论  34-36
  3.3 本章小结  36-38
第四章改善热压超声球焊点键合强度的新工艺研究  38-44
  4.1 热压超声球焊点键合强度的主要影响因素  38
  4.2 早期的键合机理  38-39
  4.3 微动学与热压超声球引线键合  39-42
  4.4 热压超声球键合新工艺  42-43
  4.5 本章小结  43-44
第五章新键合工艺的有限元分析  44-57
  5.1 球焊点的有限元模型建立  44-45
  5.2 求解步骤  45-47
  5.3 分析结果及讨论  47-56
    5.3.1 键合金球应力分布结果  47-51
    5.3.2 键合金球同焊盘接触面的滑移分析结果  51-56
    5.3.3 讨论  56
  5.4 本章小结  56-57
总结和展望  57-59
致谢  59-60
参考文献  60-63
攻读学位期间发表论文目录  63-64

改善热压超声球焊点键合强度的工艺研究

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