文档介绍：上海交通大学
博士学位论文
高性能引线键合力控制系统的设计
姓名:方立
申请学位级别:博士
专业:机械电子工程
指导教师:陈兆能;殷跃红
20071101
高性能引线键合力控制系统的设计摘要引线键合技术是重要的微电予封装技术,但是,在键合过程中存在键合力超调或不稳定而导致芯片焊盘的龟裂等“过键合”情况,引起芯片封装的失效,故,芯片键合质量很大程度上取决于键合力控制系统的性能。孀偶傻缏饭ひ盏姆⒄挂约按蠊婺:统蠊婺5路的出现,芯片的引脚增多、引脚变细和间距变小,更需对引线键合封装设备的精度和效率进行改进和提高。因此,对高性能键合力控制系统的设计要求就是在高速/高加速的运行条件下,实现键合接触时的小超调、稳定和精确键合力。实际上,在高速高加速运动下,键合力的小超调和稳定整定控制是一复杂的研究对象,其键合控制系统的性能的要求包括:最小键合力超调、稳定精确的接触力及键合效率。这些要求之间是相互制约的,联系着机械、应用和控制理论等不同的领域。一方面,由于国际竞争和商业技术保密等,没有关于引线键合工艺中力控制系统设计技术的公开报道;另一方面,以前在解决此类问题时,仅仅关注力控制系统其中的某些特性,而忽视了它们之间的相互制约的关系。至今没有一个成熟、统一的理论和方法来解决自由运动到约束运动时的力控制稳定和超调的难题。尤其,键合速度和效率的提高,导致的键合力超调和稳定性控制难度大大增加。所以,本文提出了新的设计方法以实现摘嘤
高性能键合力控制系统。首先建立键合力控制系统模型以此为基础,采用灵敏度技术来具体分析设计参数对键合力控制系统性能的作用,并针对两种常用的键合结构ケ哿汉退ū哿,设计出转切控制算法:然后综合考虑了影响键合力性能的主要因素,对机械结构和控制算法进行同步设计,对系统性能进行多目标优化以寻求系统性能间的平衡;进一步,考虑到设计参数的可实现性和其它一些不确定因素对系统性能的影响,在保证小超调键合力抑制和稳定、精确的键合力整定控制的基础之上,对键合系统进行稳健性优化,提高了键合效率;最后,实现了高性能键合力控制系统的设计,并完成了键合打点实验。在整个系统的设计和实现过程中,所做的工作并滦猿晒缦拢一、从理论和实验两个方面,建立并简化了引线键合过程时两种不同的运动状态的动力学模型。依此为基础,采用灵敏度分析的策略来分析系统结构设计参数与最大引线键合力的关系,并能够把这种关系定量的呈现出来。从理论上揭示了接触力超调与系统结构参数设计的关系,同时,也为解决此类问题提供了一个一般性的方法。对力控制系统的设计有重要的意义。二、高性能的键合力控制系统,不仅仅反映系统结构设计的问题,还与相应结构所采用的控制算法有关,而以前的设计方法存在缺陷,所以针对高性能引线键合力控制系统中设计参数间耦合性很强的特点,利用多目标优化的策略,来实现引线键合系统的最佳胂特癏T诰体实现引线键合系统的过程中,由于系统加工误差和购买零件在质量和尺寸上有限制等不确定因素,在多目标同步优化的基础上,采用了上海交通人学博士学似论文
关键词:引线键合:转切控制;稳健性同步优化:灵敏度分析稳健性同步优化的策略,设计出切实州‘用的键合力控制系统。
停甅·琺·”“琽,...琧甿瑀。,,瑃.,琣.,。琺,甇。’
篧垒,..,,,
学位论文作者签名:韦五日期:乙莎巧年月占曰学位论文原创性声明上海交通大学本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,
第一章绪论课题的来源、“先进电子制造·的重要科学技术问题研究”中的子课题:面向芯片封装的引线键合系统中键合力控制系统的设计。项目资助弓‘:.翁獾难芯恳庖引线键合是一种标准的微电子际酢欢孀偶傻缏饭ひ账降提高以及大规模和超大规模电路的出现,具体表现在芯片引线变细,管脚增多,管脚间间距史小,密度增高。所以,电子封装水,卜的要求相对地提高,对引线键合封装工艺方面就是:管脚的增加,使得引线键合过程中能容忍的失败率越来越低,加工的可靠性越来越高,皇奔庸ば酒男室苍嚼丛絠苛;管脚问间距变窄,键合线变细,需要的键合力也就越来越小,控制精度越来越高。目前,对。,引线间距已经达到左有减少到·。目前,在世界上只有美国、日本、欧洲、新家坡等少数国家的人公司垄断着引线键合机制造的核心技术,现已拥有成