文档介绍：摘要热超声倒装键合作为前沿封装技术具有良好的发展前景。要实现高质量、高效率的热超声倒装键合加工,提供超声能量的功率驱动系统应具备频率自动跟踪与功率实时调节功能。本文在仔细分析热超声倒装键合功率驱动系统功能需求与现有研究的基础上,采用数字式控制技术研制了一种新型热超声倒装键合功率驱动系统。与传统锁相式功率驱动系统相比较,本功率驱动系统采用比例积分与数字式锁相环母春峡刂品绞绞迪至怂邓俣雀臁⑺捣段Ц愕钠德首远跟踪,具备精度高、自我调整能力强、温度稳定性以及抗干扰性能好等优势;同时通过引进际酰迪止β是低车氖涑龉β士墒凳钡鹘冢馐窍钟超声功率驱动设备所不具备的。本文主要工作与研究成果具体包括:莼涤氲绲牡刃Ю砺郏ü曰荒芷鞯刃У缏返牡缪匦苑治觯得出结论:超声振动系统的谐振状态可以用电压与电流的相位差大小及其前后关系来表征。并以此为依据,采用锁相原理实现对振动系统的谐振频率自动跟⑺嗍狡德矢傧低呈P停⒍匀姿嗷仿方形榷ㄐ杂跟踪特性研究,分析了传统锁相式频率跟踪的缺陷。对此,提出了基于与复合控制的频率跟踪控制方法。范üβ是低车淖芴宀呗裕杓屏艘坏テ鶰为核心的硬件系统电路和软件控制模块,通过采用微处理器软件控制与硬件电路结合的方案,实现了功率实时控制、频率自动跟踪以及键合定时等一系列功能。韵低辰辛四?榈魇杂胝逍阅懿馐浴6杂布缏肥笛檠橹ぃ偷试过程中发现的问题提出了相应的解决方法;对频率跟踪控制系统进行了测试验证,结果表明所设计的频率跟踪控制系统能够可靠、有效地发挥其作用;实际测试了功率驱动系统的功率实时调节效果,结果证明符合设计要求。关键词热超声倒装键合,功率驱动系统,锁相式频率跟踪,功率实时控制,怡;泰’
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导第一章绪论课题研究背景基板上的焊区对位;在一定压力和温度下超声波能量通过变幅杆、劈刀、芯片作用在呈阵在信息技术的飞速发展的影响下,集成电路琁产品的应用以惊人的速度增长。.随着芯片尺寸不断缩小,其工艺精度向亚微米、深亚微米乃至纳米级挺进,同时封装技术迅速从分立器件封装发展到了现在的集成电路芯片封装,也带动了微电子封装设备朝着高度集成化、高性能化、多引线和细间距化迅速发展】。随着国内外众多科研机构与学者投入到微电子封装技术领域的研究之中,属于微电子一级封装的熟超声倒装键合技术目前成为封装研究的前沿热点之一【】。热超声倒装键合是由热超声键合与倒装键合延伸发展而来的一种新型封装工艺。其原理是在芯片琽焊盘处预先制作凸点,然后将芯片倒置,使得芯片上的凸点与列排列的焊料凸点上,使凸点与焊盘结合界面发生摩擦,除去表面的氧化物和污染层;凸点迸一步发生变形,凸点与基板焊盘的原子相互扩散并形成键合强度,从而实现芯片端口与基板之间的直接互连,如图、所示。与其他封装形式相比,热超声倒装键合有最短的焊线路径、最低的电感、最高的频率、最好的噪声控制:最高的封装密度、最多的疧端口数、最小的器件引脚、精度高、形成的混合集成芯片占用体积小、输入输出密度高、互连线短、引线寄生参数小等优点【T芯片封装数目不断增加、内部连接可靠性要求越来越高的形势下,热超声倒装键合技术迎合了微电子封装技术高度集成化、高性能化、多引线和细间距化的发展方向,在电子图倒装键合过程图示图瘸棺昂富硎疽馔綣热肌超声振∥
超声波功率驱动系统封装技术领域被认为是满足下一代芯片封装要求的具有发展潜力的新工艺和新技术【ā热超声倒装键合设备主要是由超声波功率驱动系统渤啤俺üβ试统波振动系统两部分组成,而超声键合振动系统又包括压电换能器、变幅杆以及键合工具等,它们按统一谐振频率分别设计,然后级联起来,如图所示。其中压电换能器通过电致伸缩效应将高频电信号转换为同频率的机械振动,即它是一个利用压电效应原理将电能量变换为机械振动能量的转换器。普通的压电换能器,受自身材料和力学性能的限制其输出端的位移振幅很小话悴怀⒚,达不到工作要求,因此在换能器振子前表面加装变幅杆,用于调节压电换能器的输出振幅,使得幅值可以达到数十微米,并实现压电换能器和键合工具之间的阻抗匹配。用于热超声倒装键合的变幅杆一般为圆锥型。为了让超声振动更有效地作用于负载,需要在变幅杆输出端接键合工具,键合工具的材料选择和设计参数可根据其用途来定。相关研究发现,影响热超声键合强度的因素众多,例如:键合温度、键合压力、烧球质量、芯片夹持的牢靠性、键合工具质量、键合工具夹持松紧度、手动操作的平稳性、视觉辨别系统的精准性以及运动机构的稳定性,等等【!АW魑O蚣舷低程峁┏暮诵组成部分,超声波功率驱动系统所输出波形的频率、üβ是低在热超声倒装键合设备中,超声波功率驱动系统的作用是将的工频交流电转换成具有一定频率、幅值和功率的超声频振荡信号一蚶嗨普倚