玻璃覆晶的封裝互連性能檢測方法及倒裝設(shè)備研究.pdf

1、近年來,液晶顯示器(LCD)行業(yè)發(fā)展迅速,制造更大尺寸、輕薄化、低功耗、高分辨率的的LCD成為產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展的方向。LCD模組普遍采用各向異性膠互連(ACF)的玻璃覆晶(COG)封裝方式,其芯片凸點間距已達(dá)25μm,封裝密度高,工藝參數(shù)復(fù)雜。在ACF-COG互連工藝設(shè)計與優(yōu)化過程中,互連電阻因其不穩(wěn)定性和易于退化的特點已成為評估產(chǎn)品互連性能的關(guān)鍵指標(biāo),容易引發(fā)嚴(yán)重的可靠性問題?；ミB電阻的數(shù)值與產(chǎn)品邦定工藝、設(shè)備特性、封裝材料特性、COG產(chǎn)

2、品設(shè)計等諸多參數(shù)相關(guān),影響因素眾多。如何確保在相鄰?fù)裹c不短路的情況下,互連電阻小、均勻并且可控是COG封裝領(lǐng)域研究的熱點。目前評估互連電阻的主要方法是通過制造測試芯片,采用電阻監(jiān)測及人工經(jīng)驗相結(jié)合的方式,費時費力,且缺乏有效的定量分析手段。因此,對于后續(xù)更高密度的玻璃覆晶模組互連性能評估而言,亟需一種互連電阻的自動估計及定量分析方法。
　　本文在分析國內(nèi)外COG封裝工藝及互連電阻模型研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,針對ACF-COG互連電阻自動

3、估計方法開展研究,重點解決基于顆粒導(dǎo)電面積的ACF互連電阻模型、以及凸點導(dǎo)電面積的自動獲取方法,為更高密度的LCD模組封裝自動化電阻監(jiān)測及工藝優(yōu)化決策提供支持?？紤]到國內(nèi)高密度COG倒裝設(shè)備研發(fā)的迫切性,本文結(jié)合COG封裝工藝特點,開展倒裝設(shè)備的設(shè)計與研發(fā)工作,并在該設(shè)備上進(jìn)行了互連電阻自動估計方法的測試驗證。主要研究工作及取得的成果如下:
　　一、提出了基于導(dǎo)電面積的互連電阻估計思路,并以此為出發(fā)點,提出了基于導(dǎo)電面積的ACF-

4、COG封裝導(dǎo)電顆粒電阻模型,該模型中包括顆粒與電極/凸點接觸電阻、顆粒薄壁體電阻以及接觸面上的隧道電阻。通過模型測試與數(shù)據(jù)比對發(fā)現(xiàn),與其他已發(fā)表的電阻模型相比,該導(dǎo)電顆?；ミB電阻模型預(yù)測結(jié)果與實測試據(jù)吻合度更高?；谠搶?dǎo)電顆粒的電阻模型,提出了多導(dǎo)電顆粒情況下凸點與電極的互連電阻模型,該模型綜合了因顆粒間的電場交互及邊界電勢效應(yīng)引入的附加電阻,為后續(xù)獲得導(dǎo)電顆粒的接觸面積和位置后求解凸點互連電阻提供了途徑。
　　二、提出了基于機(jī)器

5、視覺的COG凸點互連電阻估計方法,解決了凸點導(dǎo)電面積自動獲取的難題。根據(jù)凸點邊界直線概率較大的特點,本文提出了基于邊界特征提取、能量梯度、凸點幾何特征信息融合的凸點邊界提取及區(qū)域截取方法,可以自動實現(xiàn)凸點角度糾偏及凸點區(qū)域提取,該方法對于圖像中顆粒團(tuán)聚或氣泡等噪聲的干擾具有強(qiáng)魯棒性。通過圖像形態(tài)學(xué)操作,可實現(xiàn)凸點導(dǎo)電顆粒的識別與導(dǎo)電面積的計算,并利用電阻模型,準(zhǔn)確估計凸點互連電阻。經(jīng)凸點圖片測試分析發(fā)現(xiàn),利用本文提出的凸點邊界提取及區(qū)域

6、截取方法,凸點檢出率超過95％。在凸點導(dǎo)電顆粒計數(shù)方面,通過人工比對,準(zhǔn)確率達(dá)到94%,特別在因壓力過大或者顆粒識別噪聲較大的顆粒難識別的情況下,本方法有明顯優(yōu)勢。在互連電阻估計方面,該方法可以通過精確的導(dǎo)電面積及顆粒位置計算獲得較準(zhǔn)確的凸點互連電阻。
　　三、根據(jù)ACF-COG封裝封裝密度高、工藝流程復(fù)雜、對位精度高的特點,提出了一種高密度高精度倒裝機(jī)新結(jié)構(gòu)形式。該倒裝機(jī)由IC上料轉(zhuǎn)臺、玻璃上料機(jī)械手、精密對位預(yù)壓臺以及雙頭本壓

7、臺等關(guān)鍵部分組成。設(shè)計并優(yōu)化了邦定壓頭結(jié)構(gòu),以控制壓頭的平面溫差及平面度,通過結(jié)構(gòu)熱傳遞與熱應(yīng)變仿真分析并調(diào)整結(jié)構(gòu)參數(shù),實現(xiàn)了熱壓面溫差與平面度分別為3.39?C、2μm,達(dá)到設(shè)備熱壓要求。根據(jù)高密度高精度COG倒裝機(jī)的方案設(shè)計,對預(yù)壓對位、芯片拾取的視覺系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計與選型,設(shè)計了IC芯片上料機(jī)構(gòu)、邦定壓頭、運動平臺,并最終完成了設(shè)備機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計。
　　四、結(jié)合高密度高精度COG倒裝設(shè)備的功能與結(jié)構(gòu)設(shè)計,設(shè)計了設(shè)備的控制系統(tǒng)方案

8、,分析并優(yōu)化了系統(tǒng)控制時序,實現(xiàn)了雙片生產(chǎn)時間<12s(11.75s)生產(chǎn)工序規(guī)劃與控制。針對設(shè)備的移動定位精度、視覺對位精度、邦定壓頭熱壓穩(wěn)定性進(jìn)行了測試,結(jié)果顯示,設(shè)備的定位和熱壓精度達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計目標(biāo)。采用LCD玻璃基板和芯片進(jìn)行邦定,采集測試模組的228個凸點圖片進(jìn)行了互連電阻估計及統(tǒng)計測試,實驗測試結(jié)果表明,經(jīng)方法估計的凸點互連電阻及邦定壓力與實測值吻合,在準(zhǔn)確性和凸點性能分析方面有優(yōu)勢。該方法可獲取凸點導(dǎo)電面積、凸點下導(dǎo)電