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IC薄芯片拾取建模与控制研究

彭波  
【摘要】:IC芯片的无损精确操作与转移是电子封装的核心支撑技术之一,直接影响到电子器件封装成品的的最终性能、成本、小型化以及服役可靠性与寿命,特别在IC芯片薄型化的趋势下意义更加显著。本学位论文对芯片拾取的剥离机理与失效评估、工艺控制和新型机构等关键问题进行了系统深入的研究,取得了一些理论与实验成果,主要研究工作和创新之处体现在: 研究了芯片-基板界面剥离的机理。针对芯片剥离行为,基于膜基结构界面断裂力学理论,分析了芯片-基板复合结构在顶针作用下的界面剥离机理,推导了界面能量释放率解析解;开展了工艺参数的影响分析,特别是薄芯片的应用对剥离过程的影响,给出了实用建议。 揭示了IC芯片拾取过程中的竞争断裂行为。基于封装实验中芯片剥离的失效现象观察与分析,揭示了芯片拾取过程中芯片剥离和芯片碎裂的竞争断裂关系,并提出“竞争指数”来表征其竞争行为,给出了芯片剥离与碎裂的判断准则;基于该指数评估了芯片尺寸对于竞争关系、进而对于成功拾取芯片的影响,给出了一种临界芯片尺寸(长度与厚度)的计算方法,并分析了单顶针工艺的极限工艺能力;提出工艺裕量,据此分类讨论了对芯片拾取、特别是薄芯片拾取的工艺建议。 研究了芯片损伤的工艺影响因素,重点分析了顶针对芯片的接触冲击效应,考虑顶针速度、蓝膜基板的穿刺和离心距等因素,并计算了临界顶起速度,为工艺参数的优化提供指导,以期实现无背面局部损伤的芯片剥离过程。 探索了一种基于屈曲失稳原理的新型、安全芯片剥离机构,给出了其设计方法与约束不等式。该机构具有恒定上限顶起力的特性,可实现芯片的安全剥离。 探讨了分别适于拾取芯片的非接触式与接触式拾取两种方式的高效点到点位置控制和软着陆控制问题,并提出一种平滑速度切换的软着陆轨迹规划,在不影响力控制精度的同时,有效提高了芯片拾取效率。


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