倒裝芯片鍵合頭力學特性研究與結構優(yōu)化.pdf

1、倒裝芯片鍵合機是基于倒裝焊工藝發(fā)展起來的微電子后封裝新設備。鍵合頭是倒裝鍵合設備中精度要求最高的運動部件,主要用于完成芯片的拾取、蘸膠和鍵合。在實際工作中,鍵合頭常因結構剛度不足在沖擊載荷和周期激振力的作用下產(chǎn)生較大的變形和殘余振動,直接影響芯片的鍵合精度。本課題以國內某企業(yè)研發(fā)的C2W型高密度倒裝芯片鍵合頭為對象,研究了鍵合頭的靜態(tài)和動態(tài)結構力學特性,并對其關鍵薄弱環(huán)節(jié)進行了結構優(yōu)化和分析驗證。本文研究的主要內容如下:
　　1.

2、建立了鍵合頭的三維實體模型和有限元模型。針對鍵合頭的實體結構,分析了倒裝芯片鍵合工藝特點和鍵合頭的總體結構組成,建立了鍵合頭的三維實體模型,給出了鍵合頭有限元簡化原則,建立了鍵合頭的有限元模型。
　　2.研究了鍵合頭的靜態(tài)和動態(tài)結構力學特性。給出了鍵合頭靜態(tài)和動態(tài)力學特性的分析方案,計算了鍵合頭在靜/動載荷作用下的靜態(tài)變形量,分析了安裝/未安裝拾取頭組件的鍵合頭在制動/非制動工況下的約束模態(tài)特性。
　　3.優(yōu)化了鍵合頭薄弱部

3、件的結構力學特性。根據(jù)鍵合頭的靜態(tài)和動態(tài)力學特性的分析結果,提出了基于靈敏度分析的設計參數(shù)優(yōu)選和基于層次分析法的最優(yōu)解提取相結合的優(yōu)化方法,計算了設計參數(shù)對優(yōu)化目標的靈敏度,建立了多目標優(yōu)化數(shù)學模型,對拾取臂部件進行了以最大變形量最小、一階固有頻率最大、結構質量盡量減輕的多目標優(yōu)化計算與分析。
　　4.驗證了鍵合頭的仿真計算結果和有限元模型。采用理論計算與實驗測試相結合的方法研究了簡化安裝工況下鍵合頭的約束模態(tài)特性,給出了鍵合頭實

4、驗模態(tài)測試方案,聯(lián)合采用ANSYS Workbench有限元軟件和LMS、Polytec等實驗工具分別獲得了鍵合頭在安裝工況下的模態(tài)參數(shù),通過對比仿真與實驗的結果,驗證了仿真結果的正確性和有限元模型的精度。
　　本課題得到“十一·五”國家重大專項02專項“極大規(guī)模集成電路制造裝備及成套工藝”之《C2W型高密度倒裝芯片鍵合設備開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化》(No.2012ZX02601)和國家自然科學基金《基于新一代 GPS標準公差模型和測量認證方