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《中南大学》 2012年
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芯片—各向异性导电胶膜—树脂基板超声互连工艺及机理研究

方晓南  
【摘要】:各向异性导电胶膜(ACF)作为一种新型的绿色电子封装材料,由于其具有无铅、互连间距小、封装密度高、成本低等显著优点,在微电子封装领域获得了广泛应用。目前主要通过热压粘接工艺来实现各向异性导电胶膜互连芯片和基板。然而,由于热压粘接时间较长、粘接温度过高,容易损伤芯片电路,并且造成大的热变形与残余应力等工艺缺陷,严重降低了ACF互连器件的可靠性。因此,本文提出利用水平超声振动实现芯片和FR-4树脂基板的ACF互连工艺,通过试验研究与数值模拟的方法,研究了粘接工艺参数对芯片和FR-4树脂基板的各向异性导电胶膜超声互连质量的影响规律,并获得了优化的超声粘接工艺。本文主要工作包括: (1)通过超声振动粘接与剪切强度试验,研究了超声粘接工艺参数对ACF互连器件粘接强度的影响规律,结果发现:超声粘接功率和超声粘接时间对ACF互连器件的粘接强度有显著影响,粘接压力和基板温度的影响不大,最佳的超声粘接工艺为:超声粘接功率约为2.80W,超声粘接时间约为2500ms,粘接压力为12-30N,基板温度为50~80℃,此时ACF互连器件的粘接强度可达32N。 (2)通过傅立叶变换红外光谱分析方法,研究了超声粘接工艺参数对ACF固化率的影响规律,初步探讨了各向异性导电胶膜超声互连的机理,结果发现:超声粘接功率和超声粘接时间对ACF的固化率有显著影响,粘接压力和基板温度的影响不大,在最佳超声粘接工艺参数下,ACF的固化率均可达到90%以上,满足ACF互连器件的可靠性要求;建立了ACF固化率与超声粘接工艺参数的关联模型,可用来准确地预测超声粘接后ACF的固化率。 (3)利用有限元软件ABAQUS对ACF互连器件的剪切破坏过程进行了数值模拟,结果表明:采用VUMAT子程序实现的指数型内聚力模型比ABAQUS本身提供的双线性内聚力模型能更准确的模拟ACF互连器件的剪切破坏过程;在指数型内聚力模型中,内聚强度τmax和内聚能φ痧是影响模拟精度的主要参数,且确定在优化的工艺参数下的ACF互连器件界面的内聚力参数分别为特征长度δ=4μm,内聚强度τmax=12MPa,内聚能φ=55.96J/m2。 (4)建立了超声粘接工艺参数与ACF互连器件内聚强度和内聚能之间的关联模型,为生产实践中对ACF互连器件粘接强度的预测提供理论依据。
【学位授予单位】:中南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TN405

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【参考文献】
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