平板显示器件中玻璃载芯片封装和发光二极管微连接机理与可靠性研究

摘要

随着平板显示技术的广泛应用，驱动芯片封装和发光二极管背光源都朝着微型化发展，其互连间距也不断减小，以适应其大功率、小尺寸的要求。本文主要通过试验和数值模拟的方法对玻璃载芯片封装互连和发光二极管互连进行了研究，主要包括以下内容： 在使用非导电胶的玻璃载芯片封装中，通过光学显微镜和扫描电子显微镜研究了键合温度和压力对连接界面微结构的影响。研究了键合参数对芯片焊点和基板焊盘界面面积、合金层厚度和合金层锡含量的影响。高的键合温度和压力有利于形成较大的接触面积，减小键合压力、增加键合温度都能够增加合金层厚度和锡含量。通过加速湿气测试对试样进行了老化测试，有一些裂纹出现。通过有限元方法研究了键合参数和不同厚度芯片/玻璃基板对芯片翘曲量的影响。 通过烧测试验研究了氮化镓基LED的可靠性，测试了整个烧测过程中光强的衰减情况。通过扫描电子显微镜研究了不同键合参数下试样的键合界面情况，烧测老化后键合界面出现分层。通过有限元法分析了热应力的分布和不同键合参数对键合性能的影响。进行了模态分析和稳态分析，模态分析得到了LED结构的固有振动模式，模拟结果表明在界面间存在界面微摩擦滑移，并研究了第一阶模态中芯片焊盘和衬底凸点之间相对位移。稳态分析表明，键合过程中随着键合压力的增加，体系的应力也随之增加。

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第一章 绪论

1.1 课题来源

1.2 微电子封装的发展

1.3 玻璃载芯片(COG)器件产生的背景及连接原理

1.3.1 玻璃载芯片器件产生的背景

1.3.2 玻璃载芯片器件的连接原理

1.4 影响互连可靠性的因素及研究方法

1.4.1 键合工艺参数对非导电胶膜互连器件界面稳定性的影响

1.4.2 非导电胶膜连接器件中材料对界面稳定性的影响

1.4.3 环境因素对非导电胶膜互连器件界面稳定性的影响

1.4.4 数值模拟方法研究封装过程对互连器件键合界面的影响

1.5 发光二极管器件的发展及工作原理

1.5.1 发展及应用范围

1.5.2 工作原理

1.6 影响发光二极管特性的因素及研究方法

1.6.1 内量子效应

1.6.2 外量子效应

1.7 本文研究工作的内容和意义

1.7.1 本文的工作

1.7.2 研究意义

第二章 键合工艺参数对玻璃载芯片封装连接特性的影响

2.1 引言

2.2 实验材料和方法

2.2.1 金属扩散连接原理

2.2.2 材料和试样制备

2.2.3 测试方法和实验设备

2.3 实验内容

2.4 实验结果和分析

2.4.1 键合参数对基于非导电胶膜的玻璃载芯片器件的电学性能的影响

2.4.2 基于非导电胶膜的玻璃载芯片器件试验结果及键合界面分析

2.5 本章小结

第三章 超薄LCD模块的翘曲模拟研究

3.1 模拟研究的背景

3.2 模拟方法、有限元模型和材料参数

3.2.1 实际封装过程的理论分析

3.2.2 模拟方法研究

3.2.3 有限元模型和材料参数

3.3 数值模拟的结果及分析

3.3.1 玻璃载芯片封装过程的模拟结果及分析

3.3.2 玻璃载芯片封装的工艺优化研究

3.3.3 各键合参数变化率对芯片翘曲变化率的影响

3.4 本章小节

第四章 LED键合界面稳定性分析

4.1 引言

4.2 有限元模拟分析

4.2.1 功率型倒装发光二极管

4.2.2 有限元模拟结果

4.3 实验分析

4.3.1 超声键合中金属扩散理论

4.3.2 材料和试样准备

4.3.3 测试方法和实验设备

4.3.4 实验内容

4.3.5 实验结果和分析

4.4 本章小节

第五章 LED热超声键合模拟的研究

5.1 模拟研究的背景

5.2 有限元模拟方法、模型和材料参数

5.3 有限元模拟的结果及分析

5.4 本章小节

第六章 总结与展望

6.1 论文总结

6.2 研究展望

参考文献

作者在攻读硕士学位期间公开发表的论文

作者在攻读硕士学位期间所作的项目

致谢