超薄芯片双转塔高效转移工艺的机理建模及参数优化

发布时间：2020-06-23 00:50

【摘要】：随着微电子产品在各领域的广泛应用,市场对芯片的需求也急剧增加,引领和带动了封装技术朝高效率、低成本的方向发展,这给传统的倒装键合(Flip Chip)封装工艺带来了极大的挑战。本文从提升芯片转移效率的角度出发,提出了超薄芯片双转塔转移工艺。为保障芯片转移的可靠性,针对该芯片转移工艺中超薄芯片倒置剥离、超薄芯片同步转移和超薄芯片运动贴装三个核心技术进行深入研究,对其工艺机理及工艺参数进行分析和优化,为超薄芯片双转塔转移工艺的实现奠定理论基础。本文研究内容如下:1、针对目前芯片封装效率低的问题,基于并联式运动规划原理,本文创新性提出了超薄芯片双转塔转移工艺,建立了超薄芯片双转塔贴装效率数学模型,揭示了贴装系统工艺参数对芯片封装效率的影响,并对贴装动作进行了优化,优化后芯片封装效率可达25k片/时(CPH),解决了传统芯片封装效率低的问题。2、为解决传统芯片翻转工序复杂和耗时的问题,本文提出了超薄芯片倒置剥离技术。基于断裂力学原理,建立考虑剥离顶针力和弹簧力的蓝膜-胶层-芯片三层膜结构的力学模型,研究了芯片倒置剥离的力学机理,揭示了芯片厚度、弹簧刚度以及顶针力等不同工艺参数对芯片剥离的影响规律,并建立了芯片工艺窗口,获取顶针力与弹簧刚度的最优组合范围,用于指导实际工况下的芯片剥离。3、为满足芯片转移高效率的目标,本文提出了超薄芯片同步转移技术,建立了考虑芯片对中偏差的芯片转移力学模型,分析并揭示了芯片转移的核心工艺参数对芯片转移力学行为的影响规律。此外,为寻找最佳的芯片转移工艺参数,分析了芯片转移的可靠性,获取工艺参数的安全取值范围,为实际芯片的可靠转移提供理论指导。4、为提高芯片贴装效率,本文提出了超薄芯片运动贴装技术,建立了芯片初速度与芯片贴装效率的数学模型,揭示了芯片初速度与贴装效率的关系。此外,为探究芯片运动对芯片贴装定位精度的影响,建立了考虑芯片运动初速度的芯片贴装动力学模型,推导了芯片运动的动力学方程,研究了芯片运动贴装的动力学机理,分析了核心工艺参数对芯片定位精度的影响规律,为芯片的实际贴装提供指导。5、搭建超薄芯片倒置剥离和运动贴装实验平台,进行了不同工况参数下的实验研究,验证了超薄芯片倒置剥离及运动贴装理论研究的可靠性和有效性。此外,对超薄芯片倒置剥离和芯片运动贴装的过程能力系数进行分析计算,论证了超薄芯片双转塔转移工艺的可实现性,为其工艺方案提供切实可行的依据。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN405
【图文】：

市场增长,情况,集成电路产业,集成电路

.1 课题的来源本学位论文得到以下项目联合资助：国家自然科学基金面上项目“柔性电子卷到卷制造中异质结构可控转移与机理”，批准号：51475195。国家自然科学基金重点项目“大面积柔性电子曲面共形制造及智能蒙皮应批准号：51635007。.2 课题的提出集成电路(Integrated Circuit，IC)工业是支撑我国经济社会发展和保障国家安全、基础性和先导性产业，是实现信息科技产业自主创新发展的核心和基础。我球集成电路产业发展的重要市场，如图 1-1 所示：在 2012-2017 年间，集成电业销售额由 2158 亿元扩大至 5355 亿元，集成电路产业销售额增长率一直处于步增长状态。目前国内集成电路市场在全球占比约为 50%，是全球集成电路的。根据《中国制造 2025》战略规划，我国将集成电路放在发展新一代信息技术位，这必将带动集成电路产业的跨越发展。

封装技术,电子元件,发展趋势,集成度

华中科技大学博士学位论文电子封装（Electronic Packaging）是 IC 制造工艺流程四大工序（设计、制造、封）之一，作为 IC 工业的后道工序，是连接 IC 设计制造与工业应用的桥梁，直 IC 器件的电子性能、生产成本、寿命与可靠性等[1, 2]。集成电路的发展遵循摩规律[3-6]，在过去的四十年内，每两年电子元器件的集成度就会增加一倍。伴元器件集成度的增加，其引脚密度也会随之急剧增加，同时驱使着电子封装技断发展[7, 8]。图 1-2 显示电子封装技术从 1980 年代的插入式（Through Hole）、的表面贴装式（Surface Mount）逐步发展到现在主流的倒装键合（Flip Chip）封装技术的历程[9-17]。

【参考文献】