面向電子封裝的釘頭金凸點制備關(guān)鍵技術(shù)及其實驗研究.pdf

1、隨著IC芯片技術(shù)的不斷發(fā)展，芯片的規(guī)模越來越大，信號I/O數(shù)量越來越多，但封裝的面積越來越小，針腳間距越來越小，使得倒裝芯片凸點互連技術(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實現(xiàn)互連，隨著綠色制造的倡導(dǎo)實施及金比焊料在導(dǎo)電率及熱傳導(dǎo)率上的優(yōu)勢，金凸點互連技術(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，國內(nèi)對金凸點剪切斷絲機理方面的研究尚屬空白。本文針對上述問題，對金凸

2、點制作過程中的電子放電過程及影響熱影響區(qū)長度的放電參數(shù)進行了分析，研究了影響剪切斷絲過程的工藝參數(shù)，并基于所建立的數(shù)值分析模型進行了相關(guān)的實驗研究。
　　為了提高金凸點剪切斷絲的精度，首先需要研究金絲燒球的電子放電過程。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，通過計算放電間隙之間的自洽電場，電子與離子的質(zhì)量、動量及能量守恒方程，得出放電過程中帶點粒子的密度分布，放電間隙間的電流增長及電子溫度隨時間變化的情

3、況，同時得到通過等離子體傳遞到金絲上的熱量。為了使計算結(jié)果更加精確，在計算過程中引入了適體坐標(biāo)系，使數(shù)值計算時金絲的形狀更加接近實際形狀。對放電過程的分析為研究放電參數(shù)對金絲熱影響區(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，計算出不同的放電電流及放電時間傳遞到金絲上的熱量，而熱量的多少決定著所形成金球的大小，同時也決定著熱影響區(qū)的強度及長度。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)的長度減小。在相同的放電電流情況下，隨著放電時間的增加金球的直徑逐步增大，同時熱影響區(qū)的長度也會逐漸增大。因此要獲得較短的熱影響區(qū)，需增大放電電流，減小放電時間。
　　劈刀剪切金絲斷絲時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理，利用有限元分析軟件模擬了金球的凝固過程，分析結(jié)果表明，在凝固過程開始后，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有限元仿真軟件對金球的焊接及劈刀的剪切斷絲過程進行了模擬。分析結(jié)果表明，金球焊接過程中金絲基本不受影響，即熱影響區(qū)的性質(zhì)不會改變。在劈刀剪切斷絲過程中，金絲的最大受力點并不是劈刀與金線的接觸點，而是位于接觸點的前部，即塑性變形的失效點。

6、同時調(diào)整影響剪切斷絲過程的各個參數(shù)，得出剪切斷絲過程的最優(yōu)參數(shù)區(qū)間。
　　最后，對電子放電成球及剪切斷絲過程了進行了實驗研究。結(jié)果表明，針對于直徑為25.4μm的金絲，當(dāng)放電電流在25mA以上、直徑設(shè)定為50.8μm時，金球在直徑、圓度、對稱度及表面質(zhì)量等幾個方面表現(xiàn)最佳。針對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，這說明剪切速度和剪切位置對斷絲的影響不大。表明若能將金球較好地焊接到基板上面且劈刀運動的方