射频器件超细引线键合工艺及性能研究
发布时间：2021-10-27 05:03
随着有源相控阵雷达的性能、形态向着更高层次的方向发展,对T/R（Transmitter and Receiver,收发）组件的体积与重量提出了更为严苛的要求。引线键合作为T/R组件应用广泛的互连技术之一,键合线的尺寸势必越来越小,而超细的引线随之会造成键合焊点力学性能低,电路射频性能差等问题。因此急需对射频器件中超细引线键合的工艺与射频性能进行研究。本文采用超声热压楔形键合的方法键合射频器件中的超细金丝与金焊盘,探究键合工艺,并对其射频性能与匹配电路进行仿真分析。针对超声热压楔形键合直径10μm的金丝与横截面尺寸25×5μm的金带两种超细金丝与金焊盘的工艺,首先探究金丝键合后的形貌与拉伸力随工艺参数的变化规律,分析拉伸试验后金丝断裂位置。随后采用三因素四水平的正交实验得到键合直径10μm的金丝与横截面尺寸25×5μm的金带两种超细金丝的最佳工艺参数。通过ANSYS HFSS仿真软件对超细金丝键合的射频电路的射频性能进行分析,分别探究不同键合结构参数对插入损耗和回波损耗的影响规律,利用ANSYS Q3D和ADS软件对直径10μm的金丝与横截面尺寸25×5μm的金带两种超细金丝键合的电路进...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
键合压力对焊点剪切强度的影响[14]
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-4-图1-3键合压力对焊点剪切强度的影响[14]WangFL等人[16]研究了超声功率对直径300μm粗铝丝键合后拉伸强度的影响。当键合压力为4.7N，温度为23℃，超声频率为60kHZ，键合时间为100ms时，超声功率小于1W，拉伸强度随功率的增加而增加；超声功率大于1.6W，键合强度随超声功率的增加而减小；超声功率在1~1.6W之间键合质量趋于稳定。原因是较小的超声功率导致基板表面氧化物去除不充分，故而键合质量较差，较大的超声功率会损坏之前已经键合的区域从而使键合强度下降。KomiyamaT等人[17]研究了室温下，超声功率对直径300μm铝丝键合后剪切强度的影响，结果表明功率在4W以下，剪切强度随功率的增加而增加，功率在4W~6W之间剪切强度维持稳定。田艳红[14]研究了室温下超声功率对直径为25μm铜线键合在金焊盘上拉伸强度的影响规律，结果如图1-4所示，当压力为35fg，时间为30ms，超声功率在260-390mW之间焊点的拉伸强度最好。图1-4超声功率对键合质量的影响[14]ChaYH等人[18]研究了超声频率对金线键合拉伸强度的影响，见图1-5，结果表明无论高温还是低温，超声频率越高焊点拉伸强度越好，并且较短的键合时间、较小的键合压力与较高的超声频率结合依然能得到拉伸强度较高的焊点，但是会对引线根部和焊盘造成潜在的损伤。
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-5-图1-5超声频率对键合质量的影响[18]KomiyamaT等人[17]研究了键合温度对焊点拉伸强度的影响规律，将直径300μm铝线键合在铝焊盘上，温度为423K超声功率为2W键合的焊点剪切强度要大于超声功率为5W在室温下键合的焊点，其原因是高温能促进铝线和铝焊盘塑性变形，增大了铝线与焊盘之间的接触面积，从而提高了剪切强度。LohWS等人[19]研究了键合温度对铝丝键合后焊点温度循环可靠性的影响规律，随着温度循环次数的增加焊点界面处裂纹扩展，键合面积与剪切强度下降，在一定范围内键合温度越高剪切强度越大，键合温度的提高能降低裂纹扩展速度从而提高剪切强度，见图1-6a)。室温下键合，Al塑性变形使位错塞积导致应变硬化，界面处堆积许多细小晶粒，从而导致裂纹易扩展，而在较高的温度下键合，细小的晶粒长大改变了界面处晶粒取向，并且高温能释放残余应力，降低位错密度，使得界面处裂纹不易扩展，见图1-6b)、c)、d)。a)1500个温度循界面裂纹b)25℃Al晶粒大小与取向c)100℃Al晶粒大小与取向d)200℃Al晶粒大小与取向图1-6Al丝键合温度对温度循环可靠性的影响[19]25℃200℃100℃
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于LTCC技术的Ku波段四通道T/R组件研制[J]. 谭承,喻忠军,朱志强,谢春双. 电子元件与材料. 2020(04)
[2]Nanoscale Wire Bonding of Individual Ag Nanowires on Au Substrate at Room Temperature[J]. Peng Peng,Wei Guo,Ying Zhu,Lei Liu,Guisheng Zou,Y.Norman Zhou. Nano-Micro Letters. 2017(03)
[3]自动金丝键合参数的影响及其优化[J]. 刘波,崔洪波,苏海霞,王腾飞. 电子工艺技术. 2017(02)
[4]基于基片集成波导技术的毫米波引线键合结构[J]. 张慧,陈鹏. 激光杂志. 2016(12)
[5]相控阵雷达研究现状与发展趋势[J]. 邵春生. 现代雷达. 2016(06)
[6]基于正交试验的金丝键合工艺参数优化[J]. 宋云乾. 电子工艺技术. 2014(02)
[7]SPSS 17.0中的正交试验设计与数据分析[J]. 朱红兵,席凯强. 首都体育学院学报. 2013(03)
[8]LTCC基板金丝热超声楔焊正交试验分析[J]. 金家富,胡骏. 电子与封装. 2012(02)
[9]功率器件封装工艺中的铝条带键合技术[J]. 郑志强,程秀兰,Frank Ta. 电子与封装. 2008(11)
[10]键合压力对粗铝丝引线键合强度的实验研究[J]. 高荣芝,韩雷. 压电与声光. 2007(03)
博士论文
[1]基于LTCC工艺的微波毫米波SIP技术研究[D]. 袁野.电子科技大学 2016
[2]基于LTCC技术的微波毫米波收发组件研究[D]. 王正伟.电子科技大学 2012
[3]超声楔形键合界面连接物理机理研究[D]. 计红军.哈尔滨工业大学 2008
硕士论文
[1]垂直硅通孔信号通道的传输特性与阻抗匹配研究[D]. 赵心乙.西安电子科技大学 2017
[2]基于SiP技术的X波段T/R组件封装技术研究[D]. 李志力.电子科技大学 2015
[3]基于LTCC技术的金丝键合及通孔互连微波特性研究[D]. 姚帅.西安电子科技大学 2012
[4]T/R组件中键合互连的微波特性和一致性研究[D]. 邹军.南京理工大学 2009
本文编号：3460927
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
键合压力对焊点剪切强度的影响[14]
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-4-图1-3键合压力对焊点剪切强度的影响[14]WangFL等人[16]研究了超声功率对直径300μm粗铝丝键合后拉伸强度的影响。当键合压力为4.7N，温度为23℃，超声频率为60kHZ，键合时间为100ms时，超声功率小于1W，拉伸强度随功率的增加而增加；超声功率大于1.6W，键合强度随超声功率的增加而减小；超声功率在1~1.6W之间键合质量趋于稳定。原因是较小的超声功率导致基板表面氧化物去除不充分，故而键合质量较差，较大的超声功率会损坏之前已经键合的区域从而使键合强度下降。KomiyamaT等人[17]研究了室温下，超声功率对直径300μm铝丝键合后剪切强度的影响，结果表明功率在4W以下，剪切强度随功率的增加而增加，功率在4W~6W之间剪切强度维持稳定。田艳红[14]研究了室温下超声功率对直径为25μm铜线键合在金焊盘上拉伸强度的影响规律，结果如图1-4所示，当压力为35fg，时间为30ms，超声功率在260-390mW之间焊点的拉伸强度最好。图1-4超声功率对键合质量的影响[14]ChaYH等人[18]研究了超声频率对金线键合拉伸强度的影响，见图1-5，结果表明无论高温还是低温，超声频率越高焊点拉伸强度越好，并且较短的键合时间、较小的键合压力与较高的超声频率结合依然能得到拉伸强度较高的焊点，但是会对引线根部和焊盘造成潜在的损伤。
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-5-图1-5超声频率对键合质量的影响[18]KomiyamaT等人[17]研究了键合温度对焊点拉伸强度的影响规律，将直径300μm铝线键合在铝焊盘上，温度为423K超声功率为2W键合的焊点剪切强度要大于超声功率为5W在室温下键合的焊点，其原因是高温能促进铝线和铝焊盘塑性变形，增大了铝线与焊盘之间的接触面积，从而提高了剪切强度。LohWS等人[19]研究了键合温度对铝丝键合后焊点温度循环可靠性的影响规律，随着温度循环次数的增加焊点界面处裂纹扩展，键合面积与剪切强度下降，在一定范围内键合温度越高剪切强度越大，键合温度的提高能降低裂纹扩展速度从而提高剪切强度，见图1-6a)。室温下键合，Al塑性变形使位错塞积导致应变硬化，界面处堆积许多细小晶粒，从而导致裂纹易扩展，而在较高的温度下键合，细小的晶粒长大改变了界面处晶粒取向，并且高温能释放残余应力，降低位错密度，使得界面处裂纹不易扩展，见图1-6b)、c)、d)。a)1500个温度循界面裂纹b)25℃Al晶粒大小与取向c)100℃Al晶粒大小与取向d)200℃Al晶粒大小与取向图1-6Al丝键合温度对温度循环可靠性的影响[19]25℃200℃100℃
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于LTCC技术的Ku波段四通道T/R组件研制[J]. 谭承,喻忠军,朱志强,谢春双. 电子元件与材料. 2020(04)
[2]Nanoscale Wire Bonding of Individual Ag Nanowires on Au Substrate at Room Temperature[J]. Peng Peng,Wei Guo,Ying Zhu,Lei Liu,Guisheng Zou,Y.Norman Zhou. Nano-Micro Letters. 2017(03)
[3]自动金丝键合参数的影响及其优化[J]. 刘波,崔洪波,苏海霞,王腾飞. 电子工艺技术. 2017(02)
[4]基于基片集成波导技术的毫米波引线键合结构[J]. 张慧,陈鹏. 激光杂志. 2016(12)
[5]相控阵雷达研究现状与发展趋势[J]. 邵春生. 现代雷达. 2016(06)
[6]基于正交试验的金丝键合工艺参数优化[J]. 宋云乾. 电子工艺技术. 2014(02)
[7]SPSS 17.0中的正交试验设计与数据分析[J]. 朱红兵,席凯强. 首都体育学院学报. 2013(03)
[8]LTCC基板金丝热超声楔焊正交试验分析[J]. 金家富,胡骏. 电子与封装. 2012(02)
[9]功率器件封装工艺中的铝条带键合技术[J]. 郑志强,程秀兰,Frank Ta. 电子与封装. 2008(11)
[10]键合压力对粗铝丝引线键合强度的实验研究[J]. 高荣芝,韩雷. 压电与声光. 2007(03)
博士论文
[1]基于LTCC工艺的微波毫米波SIP技术研究[D]. 袁野.电子科技大学 2016
[2]基于LTCC技术的微波毫米波收发组件研究[D]. 王正伟.电子科技大学 2012
[3]超声楔形键合界面连接物理机理研究[D]. 计红军.哈尔滨工业大学 2008
硕士论文
[1]垂直硅通孔信号通道的传输特性与阻抗匹配研究[D]. 赵心乙.西安电子科技大学 2017
[2]基于SiP技术的X波段T/R组件封装技术研究[D]. 李志力.电子科技大学 2015
[3]基于LTCC技术的金丝键合及通孔互连微波特性研究[D]. 姚帅.西安电子科技大学 2012
[4]T/R组件中键合互连的微波特性和一致性研究[D]. 邹军.南京理工大学 2009
本文编号：3460927
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