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基于表面张力自装配机理及其在微电子封装中的应用

作　者: 徐敏
导　师: 熊有伦
学　校: 华中科技大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 自装配表面粘附力表面张力倒装技术流体自装配
分类号: TN405
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
下　载: 251次
引　用: 2次
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内容摘要

电子产品正朝着便携式、网络化和高性能化方向发展,这种市场需求对微电子封装技术提出了相应的要求:更高的电路密度、更多的I/O数而尺寸还要减小,采用微米级甚至纳米级复合结构等。将自装配技术用于微电子封装之中,可有效提高技术的先进性,顺应现代社会高端电子产品的需求。微尺度下起主导作用的是表面粘附力,包括表面张力、范德华力和静电力,目前广泛以表面张力作为驱动力实现自装配。自装配技术中对表面张力的应用分为两种情况:一种是利用表面张力对已经粗定位的微部件进行精定位;另一种是利用表面张力对随机定位微部件的组合。前者又可分为利用表面张力产生拉力和利用表面张力产生旋转力矩驱动微部件;后者类似于分子自组装技术。具有自对准焊点的倒装技术中,以焊点的表面张力为芯片自对准的驱动力,实现已粗定位芯片的精定位。分析焊点的可靠性,制定了焊点失效判定准则;基于能量最低原则实现单个焊点无量纲表面张力的计算;分析焊点表面张力的特性,明确焊盘尺寸、焊料体积、焊点高度对焊点表面张力的影响。提出了通过分析芯片受力平衡来评估倒装装配效益的方法,运用该方法可定量分析焊料体积、芯片变形(形状、大小)、芯片尺寸对装配效益影响。基于表面张力的流体自装配,是在液态环境下利用表面张力实现随机定位微部件自装配的过程。建立了一个表面自由能计算模型,实现对基于毛细管力流体自装配系统表面自由能的计算。运用数字图像处理中模板匹配的计算方法,实现了对任意复杂形状绑定点系统表面自由能的计算,进而仿真出表征能量状态与装配状态之间关系的能量地形图。通过分析能量地形图中对应于正确装配的全局能量陷阱和对应于误装配的局部能量陷阱,方便有效地预测出系统的装配效益。本文在对基于表面张力自装配机理展开深入探讨的基础上,系统研究了两种应用该机理的微电子封装工艺。本文的理论研究成果可指导这两种工艺的设计,从而节约设计成本、缩短设计周期;采用的建模、分析方法也有望运用到其他先进微电子封装工艺的研究之中。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
1 绪论  9-16
  1.1 课题来源  9
  1.2 课题背景  9-10
  1.3 课题目的意义  10-13
  1.4 国内外研究现状  13-15
  1.5 本文主要研究内容  15-16
2 微装配技术  16-30
  2.1 前言  16
  2.2 微装配技术分类  16-20
  2.3 表面粘附力  20-24
  2.4 运用表面粘附力的自装配技术  24-29
  2.5 本章小结  29-30
3 倒装技术中表面张力及效益的计算与分析  30-50
  3.1 前言  30
  3.2 倒装工艺介绍  30-31
  3.3 自对准焊点分析  31-35
  3.4 自对准焊点表面张力的计算与分析  35-42
  3.5 倒装工艺效益计算与分析  42-49
  3.6 本章小结  49-50
4 基于毛细管力流体自装配系统的建模与仿真  50-63
  4.1 前言  50
  4.2 基于毛细管力FSA工艺  50-52
  4.3 系统的表面能模型  52-54
  4.4 计算方法  54-58
  4.5 结果及分析  58-62
  4.6 本章小结  62-63
5 总结与展望  63-65
  5.1 全文总结  63-64
  5.2 未来展望  64-65
致谢  65-66
参考文献  66-72
附录1 攻读硕士学位期间发表的论文  72

基于表面张力自装配机理及其在微电子封装中的应用

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