倒裝芯片鍵合頭力學(xué)特性研究與結(jié)構(gòu)優(yōu)化.pdf

1、倒裝芯片鍵合機是基于倒裝焊工藝發(fā)展起來的微電子后封裝新設(shè)備。鍵合頭是倒裝鍵合設(shè)備中精度要求最高的運動部件,主要用于完成芯片的拾取、蘸膠和鍵合。在實際工作中,鍵合頭常因結(jié)構(gòu)剛度不足在沖擊載荷和周期激振力的作用下產(chǎn)生較大的變形和殘余振動,直接影響芯片的鍵合精度。本課題以國內(nèi)某企業(yè)研發(fā)的C2W型高密度倒裝芯片鍵合頭為對象,研究了鍵合頭的靜態(tài)和動態(tài)結(jié)構(gòu)力學(xué)特性,并對其關(guān)鍵薄弱環(huán)節(jié)進行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化和分析驗證。本文研究的主要內(nèi)容如下:
　　1.

2、建立了鍵合頭的三維實體模型和有限元模型。針對鍵合頭的實體結(jié)構(gòu),分析了倒裝芯片鍵合工藝特點和鍵合頭的總體結(jié)構(gòu)組成,建立了鍵合頭的三維實體模型,給出了鍵合頭有限元簡化原則,建立了鍵合頭的有限元模型。
　　2.研究了鍵合頭的靜態(tài)和動態(tài)結(jié)構(gòu)力學(xué)特性。給出了鍵合頭靜態(tài)和動態(tài)力學(xué)特性的分析方案,計算了鍵合頭在靜/動載荷作用下的靜態(tài)變形量,分析了安裝/未安裝拾取頭組件的鍵合頭在制動/非制動工況下的約束模態(tài)特性。
　　3.優(yōu)化了鍵合頭薄弱部

3、件的結(jié)構(gòu)力學(xué)特性。根據(jù)鍵合頭的靜態(tài)和動態(tài)力學(xué)特性的分析結(jié)果,提出了基于靈敏度分析的設(shè)計參數(shù)優(yōu)選和基于層次分析法的最優(yōu)解提取相結(jié)合的優(yōu)化方法,計算了設(shè)計參數(shù)對優(yōu)化目標的靈敏度,建立了多目標優(yōu)化數(shù)學(xué)模型,對拾取臂部件進行了以最大變形量最小、一階固有頻率最大、結(jié)構(gòu)質(zhì)量盡量減輕的多目標優(yōu)化計算與分析。
　　4.驗證了鍵合頭的仿真計算結(jié)果和有限元模型。采用理論計算與實驗測試相結(jié)合的方法研究了簡化安裝工況下鍵合頭的約束模態(tài)特性,給出了鍵合頭實

4、驗?zāi)B(tài)測試方案,聯(lián)合采用ANSYS Workbench有限元軟件和LMS、Polytec等實驗工具分別獲得了鍵合頭在安裝工況下的模態(tài)參數(shù),通過對比仿真與實驗的結(jié)果,驗證了仿真結(jié)果的正確性和有限元模型的精度。
　　本課題得到“十一·五”國家重大專項02專項“極大規(guī)模集成電路制造裝備及成套工藝”之《C2W型高密度倒裝芯片鍵合設(shè)備開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化》(No.2012ZX02601)和國家自然科學(xué)基金《基于新一代 GPS標準公差模型和測量認證方