面向電子封裝的釘頭金凸點(diǎn)制備關(guān)鍵技術(shù)及其實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、隨著IC芯片技術(shù)的不斷發(fā)展，芯片的規(guī)模越來(lái)越大，信號(hào)I/O數(shù)量越來(lái)越多，但封裝的面積越來(lái)越小，針腳間距越來(lái)越小，使得倒裝芯片凸點(diǎn)互連技術(shù)得到迅速發(fā)展。傳統(tǒng)的倒裝芯片封裝采用含鉛焊料凸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)互連，隨著綠色制造的倡導(dǎo)實(shí)施及金比焊料在導(dǎo)電率及熱傳導(dǎo)率上的優(yōu)勢(shì)，金凸點(diǎn)互連技術(shù)將逐漸成為倒裝芯片封裝的一種較好的解決方案。但由于國(guó)外技術(shù)的封鎖，高速共面剪切斷絲核心技術(shù)處于保密階段，國(guó)內(nèi)對(duì)金凸點(diǎn)剪切斷絲機(jī)理方面的研究尚屬空白。本文針對(duì)上述問(wèn)題，對(duì)金凸

2、點(diǎn)制作過(guò)程中的電子放電過(guò)程及影響熱影響區(qū)長(zhǎng)度的放電參數(shù)進(jìn)行了分析，研究了影響剪切斷絲過(guò)程的工藝參數(shù)，并基于所建立的數(shù)值分析模型進(jìn)行了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究。
　　為了提高金凸點(diǎn)剪切斷絲的精度，首先需要研究金絲燒球的電子放電過(guò)程。在本文的分析中，建立了金絲與打火桿之間的放電模型，基于此放電模型，通過(guò)計(jì)算放電間隙之間的自洽電場(chǎng)，電子與離子的質(zhì)量、動(dòng)量及能量守恒方程，得出放電過(guò)程中帶點(diǎn)粒子的密度分布，放電間隙間的電流增長(zhǎng)及電子溫度隨時(shí)間變化的情

3、況，同時(shí)得到通過(guò)等離子體傳遞到金絲上的熱量。為了使計(jì)算結(jié)果更加精確，在計(jì)算過(guò)程中引入了適體坐標(biāo)系，使數(shù)值計(jì)算時(shí)金絲的形狀更加接近實(shí)際形狀。對(duì)放電過(guò)程的分析為研究放電參數(shù)對(duì)金絲熱影響區(qū)的影響規(guī)律提供了理論依據(jù)。
　　為分析放電參數(shù)對(duì)熱影響區(qū)的影響規(guī)律，建立了金絲熔化成球的熱傳遞數(shù)學(xué)模型，計(jì)算出不同的放電電流及放電時(shí)間傳遞到金絲上的熱量，而熱量的多少?zèng)Q定著所形成金球的大小，同時(shí)也決定著熱影響區(qū)的強(qiáng)度及長(zhǎng)度。分析結(jié)果表明，在形成同樣大小

4、金球的情況下，隨著放電電流的增大，熱影響區(qū)的長(zhǎng)度減小。在相同的放電電流情況下，隨著放電時(shí)間的增加金球的直徑逐步增大，同時(shí)熱影響區(qū)的長(zhǎng)度也會(huì)逐漸增大。因此要獲得較短的熱影響區(qū)，需增大放電電流，減小放電時(shí)間。
　　劈刀剪切金絲斷絲時(shí)的位置為金球與金絲的連接處，為了更好地研究剪切斷絲機(jī)理，利用有限元分析軟件模擬了金球的凝固過(guò)程，分析結(jié)果表明，在凝固過(guò)程開始后，柱狀晶?；谖慈劢鸾z末端部分晶粒同質(zhì)外延生長(zhǎng)并以輻射狀向金球周圍延伸。各柱狀晶

5、粒的晶向略有不同，決定柱狀晶晶向的主要因素為金球內(nèi)部的熱傳遞方向。金球凝固過(guò)程中內(nèi)部熱量散失的主要途徑為熱傳導(dǎo)。
　　為研究劈刀剪切斷絲過(guò)程中金絲的受力及塑性變形情況，使用ANSYS/LS-DYNA有限元仿真軟件對(duì)金球的焊接及劈刀的剪切斷絲過(guò)程進(jìn)行了模擬。分析結(jié)果表明，金球焊接過(guò)程中金絲基本不受影響，即熱影響區(qū)的性質(zhì)不會(huì)改變。在劈刀剪切斷絲過(guò)程中，金絲的最大受力點(diǎn)并不是劈刀與金線的接觸點(diǎn)，而是位于接觸點(diǎn)的前部，即塑性變形的失效點(diǎn)。

6、同時(shí)調(diào)整影響剪切斷絲過(guò)程的各個(gè)參數(shù)，得出剪切斷絲過(guò)程的最優(yōu)參數(shù)區(qū)間。
　　最后，對(duì)電子放電成球及剪切斷絲過(guò)程了進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明，針對(duì)于直徑為25.4μm的金絲，當(dāng)放電電流在25mA以上、直徑設(shè)定為50.8μm時(shí)，金球在直徑、圓度、對(duì)稱度及表面質(zhì)量等幾個(gè)方面表現(xiàn)最佳。針對(duì)于不同的剪切速度及剪切位置，都能較好地將金絲剪切斷，且共面性較好，這說(shuō)明剪切速度和剪切位置對(duì)斷絲的影響不大。表明若能將金球較好地焊接到基板上面且劈刀運(yùn)動(dòng)的方