超薄芯片真空拾取与贴装工艺机理研究

摘要

芯片真空拾取与贴装是完成芯片从晶圆盘转移至基板电路并实现电气互连组装极为关键的工艺过程。随着 IC芯片超薄化和 I/O密度越来越高，可靠高效的真空拾取与贴装工艺对降低封装成本，改善封装性能和器件可靠性等具有重要意义。本文从工艺机理建模、工艺分析和实验验证等方面对真空拾取和贴装工艺进行了深入系统地研究，建立了超薄芯片真空拾取与高密度贴装的理论工艺窗口。本文主要研究工作和创新之处在于以下几个方面：
　　1）建立超薄芯片-厚胶层-基板粘接结构的分层理论模型，实现精确的超薄芯片组件翘曲和界面应力理论预测；建立了表面加载分布力载荷的芯片-较薄胶层-基板的力学模型，为描述真空拾取工艺提供理论支撑。
　　2）基于理论解析，建立了真空拾取工艺的理论模型，并通过二分法算法实现了真空吸附作用下有效蓝膜长度的理论计算。引入界面剥离能量释放率和拾取力来评估真空拾取工艺可靠性，揭示了真空吸附作用下的芯片-粘胶-蓝膜结构的界面剥离机理以及芯片大小和厚度、真空负压、蓝膜厚度与材料等因素对工艺可靠性的影响，理论预测了拾取位移不断增大条件下真空拾取超薄芯片的界面剥离过程，建立了超薄芯片真空拾取的理论工艺窗口。
　　3）基于 Hele-Shaw挤压流体模型，辅助芯片引脚捕捉导电粒子数量的实验研究，实现了高密度超薄芯片贴装过程的理论描述，研究了引脚间距、各向异性导电胶（ACA）粘度和压力等因素对芯片贴装过程和导电粒子压缩变形的影响。基于分层理论，精确计算了贴装过程中超薄芯片组件发生的翘曲位移，研究了芯片-ACA-柔性基板结构尺寸和材料对芯片翘曲程度的影响，提出了减小超薄芯片组件翘曲的方法。
　　4）搭建真空拾取工艺实验平台，进行了不同真空负压下的拾取力和拾取位移等关键工艺参数的定量测试，验证了本文真空拾取理论模型的有效性；进行了系统的拾取工艺实验研究，提出了一种高效可靠的超薄芯片拾取工艺方法和机械装置。同时，进行了超薄芯片热压贴装实验和翘曲位移测试，实验测试结果与分层理论预测结果基本一致。

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1 绪 论

1.1 课题概述

1.2 关键问题聚焦

1.3 相关文献综述

1.4 本文主要工作

2 芯片-粘胶-基板粘接结构的力学建模与计算

2.1 引言

2.2 超薄芯片真空拾取与贴装的粘接结构特点

2.3 基于分层理论的粘接模型

2.4 较薄胶层的粘接结构建模

2.5 本章小结

3超薄芯片真空拾取过程界面断裂建模研究

3.1 引言

3.2 真空拾取建模与计算

3.3 真空拾取机理与影响因素

3.4 真空拾取工艺优化设计

3.5 本章小结

4 超薄芯片贴装工艺机理建模研究

4.1 引言

4.2 超薄芯片贴装过程理论研究

4.3 超薄芯片组件翘曲理论预测

4.4 超薄芯片贴装工艺优化

4.5 本章小结

5 超薄芯片真空拾取与贴装工艺实验研究

5.1 引言

5.2 超薄芯片真空拾取工艺实验分析

5.3 超薄芯片拾取装置优化

5.4 贴装超薄芯片的翘曲测试

5.5 本章小结

6 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 研究展望

致谢

参考文献

附录I 全文补充材料

积分常数计算公式与常系数

附录II 作者攻读博士学位期间取得的成果

1. 学术论文

2. 专利申请