專利名稱：芯片與樹脂基板的超聲振動粘接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種新型綠色微電子封裝互連工藝。利用橫向超聲振動產(chǎn)生足夠的熱量使各 向異性導(dǎo)電膜充分固化，實現(xiàn)芯片與FR-4樹脂基板的粘接。
背景技術(shù)：
2003年2月歐盟頒布《報廢電子電氣設(shè)備指令》(WEEE)和《關(guān)于在電子電氣設(shè)備禁止使用某些有害物質(zhì)指令》(POHS)法案。目前在世界范圍內(nèi)規(guī)定投放于市場的新電子電氣設(shè)備不得包含鉛、汞、鎘、六價格、多溴聯(lián)苯、多溴二苯醚等六種有毒有害物質(zhì)。因此，芯片與FR-4樹脂基板的互連工藝主要采用底充膠和各向異性導(dǎo)電膜兩種互連方式。(1)底充膠互連工藝是在聚合物環(huán)氧樹脂中摻入大量的SiO2微顆粒制成底充膠， 填充底充膠材料時，將基板加熱至60°c左右，由于底充膠有良好的流動性和浸潤性，約20s 后，底充膠充滿芯片與基板間隙，隨后在約150°C下固化20min使其完全固化，實現(xiàn)芯片與 FR-4樹脂基板的機械連接。(2)各向異性導(dǎo)電膜是一種新興的綠色環(huán)保微電子封裝互連材料，它由導(dǎo)電粒子、高分子聚合物基體組成的。傳統(tǒng)的各向異性導(dǎo)電膜互連工藝是采用熱壓法來實現(xiàn)的。熱壓法工藝包括預(yù)粘接和粘接兩道工序。預(yù)粘接工序是在給定預(yù)粘接壓力、 預(yù)粘接時間3 5s、預(yù)粘接溫度約80°C條件下，完成芯片與FR-4樹脂基板的預(yù)粘接；粘接工序是把190°C左右的熱壓頭作用在芯片表面同時施加粘接壓力，粘接時間約15s后，使各向異性導(dǎo)電膜固化，實現(xiàn)芯片與基板的機械連接。在粘接壓力的作用下，導(dǎo)電粒子絕緣膜破裂，芯片上的凸點和與之對應(yīng)的基板上的電路之間夾著多個受壓變形的導(dǎo)電粒子，由這些變形的導(dǎo)電粒子實現(xiàn)上、下凸點之間的電導(dǎo)通。但是，底充膠互連工藝存在一些不足固化時間長，因工藝復(fù)雜而降低生產(chǎn)效率， 容易造成過大的殘余應(yīng)力降低互連器件的可靠性。各向異性導(dǎo)電膜的熱壓法工藝存在的主要問題是粘接時間較長，固化速率低，生產(chǎn)效率不高；粘接壓頭溫度過高，容易造成大的熱變形與過大殘余應(yīng)力并且容易損傷芯片等。所以，本發(fā)明利用橫向超聲振動產(chǎn)生足夠的熱量使各向異性導(dǎo)電膜充分固化，實現(xiàn)芯片與FR-4樹脂基板的快速高效粘接。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)采用底充膠和各向異性導(dǎo)電膜互連芯片與FR-4樹脂基板等工藝的不足，發(fā)明了一種利用橫向超聲振動實現(xiàn)芯片與FR-4樹脂基板互連的粘接方法。本發(fā)明通過對芯片施加超聲振動載荷使芯片、各向異性導(dǎo)電膜和FR-4樹脂基板在接觸界面上相互摩擦，產(chǎn)生足夠的熱量使各向異性導(dǎo)電膜充分固化，從而實現(xiàn)芯片與 FR-4樹脂基板粘接。設(shè)定合適的粘接壓力、超聲振動時間后，通過粘接臺溫度控制器加熱 FR-4樹脂基板至合適的溫度，當粘接壓力達到設(shè)定值時，自動啟動超聲振動系統(tǒng)，完成芯片與FR-4樹脂基板的振動粘接過程，同時通過壓電陶瓷驅(qū)動信號的接口電路、數(shù)據(jù)采集卡和 Labview數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集壓電陶瓷驅(qū)動電流電壓信號。由此可見，芯片與FR-4樹脂基板的超聲振動粘接工藝需要準確控制的參數(shù)包括超聲振動功率、超聲振動時間、粘接壓力、基板溫度。優(yōu)化的粘接工參數(shù)范圍為超聲振動功率為2. 6 3. 0W、超聲振動時間為2. 5 3. Os、粘接壓力為3. 3 6. 6MPa, FR-4樹脂基板的溫度為70 90°C。本發(fā)明工藝獲得的芯片與FR-4樹脂基板的粘接強度與采用傳統(tǒng)熱壓工藝獲得的粘接強度相近，且各向異性導(dǎo)電膜的固化率達到95%左右。有益效果本發(fā)明采用以上技術(shù)方案，具有以下特點(1)避免了底充膠互連工藝的注膠工序，固化時間從約20min減少至不足3s，極大地縮短了固化時間。(2)與各向異性導(dǎo)電膜的傳統(tǒng)熱壓粘接工藝相比，粘接時間從1 減少至2. 5 3. Os，很大程度地減小粘接時間，加速了各向異性導(dǎo)電膜的固化，提高了生產(chǎn)效率；實現(xiàn)了低溫條件下的粘接，避免了各向異性導(dǎo)電膜的傳統(tǒng)熱壓粘接工藝中高溫壓頭造成大的熱變形與過大殘余應(yīng)力與損傷芯片的現(xiàn)象。


圖1是利用超聲振動實現(xiàn)各向異性導(dǎo)電膜粘接芯片與FR-4樹脂基板的原理圖。圖2是基于各向異性導(dǎo)電膜超聲振動粘接芯片與FR-4樹脂基板的原理圖。
具體實施例方式實施例1，下面結(jié)合圖1和圖2來說明具體實施方式
，本發(fā)明實施利用各向異性導(dǎo)電膜超聲振動粘接裝置完成。其粘接方法包括以下步驟步驟一開啟各向異性導(dǎo)電膜橫向超聲振動粘接裝置，通過操作界面設(shè)置超聲振動時間為2. 5s、粘接壓力為4. 4MPa ；步驟二 通過粘接臺溫度控制器⑴加熱FR-4樹脂基板(3)至70°C，把 AC-8955YW-23型各向異性導(dǎo)電膜(4)預(yù)粘接到FR-4樹脂基板(3)上；步驟三通過水平傳動裝置移動PCF8576DU/2DA型芯片( 至圖像采集裝置的視覺系統(tǒng)工作區(qū)域，由圖像采集裝置采集圖像信息，完成PCF8576DUADA型芯片(2)的定位；步驟四下移具有真空吸附能力的粘接工具(5)，開啟真空負壓，利用粘接工具 (5)拾取PCF8576DU/2DA型芯片(2)，并上移粘接工具(5)；步驟五通過水平傳動裝置移動粘接臺上的FR-4樹脂基板( 至圖像采集裝置的視覺系統(tǒng)工作區(qū)域內(nèi)，由圖像采集裝置采集圖像信息，完成FR-4樹脂基板(3)的定位；步驟六下移真空吸附了 PCF8576DUADA型芯片O)的粘接工具(5)，當粘接壓力達到4. 時，超聲信號發(fā)生器(8)接收來自控制系統(tǒng)的指令，啟動超聲振動系統(tǒng)，開始采集壓電陶瓷(6)的驅(qū)動電流電壓信號。完成PCF8576DU/2DA型芯片(2)與FR-4樹脂基板 (3)的超聲振動粘接過程后，關(guān)閉超聲振動系統(tǒng)，關(guān)閉負壓，并上移粘接工具(5)。通過壓電陶瓷驅(qū)動信號的接口電路(7)、數(shù)據(jù)采集卡(9)和Labvie^Matlab數(shù)據(jù)采集分析模塊(10)對信號運算處理獲得實際的超聲振動功率值為2. SOff0測得上述條件下，各向異性導(dǎo)電膜⑷的固化率達到95. 8%。
測得上述條件下，PCF8576DU/2DA型芯片(2)與FR-4樹脂基板(3)的粘接強度與通過傳統(tǒng)熱壓工藝獲得的粘接強度相當。上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實例進行了描述，但本發(fā)明并不局限于上述具體的實施方式，上述的具體實施方式
僅是示例性的，不是局限性的，任何不超過本發(fā)明權(quán)利要求的發(fā)明創(chuàng)造，均在本發(fā)明的保護之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種利用橫向超聲振動實現(xiàn)各向異性導(dǎo)電膜互連芯片與FR-4樹脂基板的方法，其特征在于它基于超聲振動粘接裝置完成，包括以下步驟步驟一開啟超聲振動粘接裝置，通過操作界面設(shè)置合適的超聲振動功率、超聲振動時間、粘接壓力；步驟二 通過粘接臺溫度控制器(1)加熱FR-4樹脂基板C3)至一個合適的溫度，把 AC-8955YW-23型各向異性導(dǎo)電膜(4)預(yù)粘接到FR-4樹脂基板(3)上；步驟三通過水平傳動裝置移動PCF8576DU/2DA型芯片( 至圖像采集裝置的視覺系統(tǒng)工作區(qū)域，由圖像采集裝置采集圖像信息，通過信息處理模塊完成PCF8576DU/2DA型芯片⑵的定位；步驟四下移具有真空吸附能力的粘接工具(5)，開啟真空負壓，利用粘接工具(5)拾取PCF8576DUADA型芯片(2)并上移粘接工具(5)；步驟五通過水平傳動裝置移動粘接臺上的FR-4樹脂基板C3)至圖像采集裝置的視覺系統(tǒng)工作區(qū)域內(nèi)，由圖像采集裝置采集圖像信息，通過信息處理模塊完成FR-4樹脂基板 ⑶的定位；步驟六下移真空吸附了 PCF8576DUADA型芯片O)的粘接工具(5)，當粘接壓力達到設(shè)定值時，超聲信號發(fā)生器(8)接收來自控制系統(tǒng)的指令，啟動超聲振動系統(tǒng)，開始采集壓電陶瓷(6)的驅(qū)動電流電壓信號。完成基于AC-8955YW-23型各向異性導(dǎo)電膜(4)的芯片與FR-4樹脂基板C3)的超聲振動粘接過程后，關(guān)閉超聲振動系統(tǒng)，關(guān)閉負壓，并上移粘接工具⑶。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟一中所述合適的超聲振動功率為 2. 6 3. Off0
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟一中所述合適的超聲振動時間為 2. 5 3. Os。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟一中所述合適的粘接壓力為3.3 6.6MPa。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟二中所述的合適的FR-4樹脂基板(3) 溫度范圍為70 90°C。
全文摘要
一種利用橫向超聲振動實現(xiàn)各向異性導(dǎo)電膜粘接芯片與FR-4樹脂基板的方法，在超聲振動時間為2.5～3.0s，基板溫度為70～90℃，粘接壓力為3.3～6.6MPa，超聲功率為2.6～3.0W的條件下，可使芯片與FR-4樹脂基板快速低溫粘接，并使粘接后的各向異性導(dǎo)電膜的固化率達到約95％，獲得與傳統(tǒng)熱壓法相近的粘接強度。實現(xiàn)了低溫條件下的粘接，避免了在傳統(tǒng)熱壓法中由于高溫壓頭造成芯片損壞的現(xiàn)象，并且能極大地縮短粘接時間，提高各向異性導(dǎo)電膜的固化速率，很大程度上地提高生產(chǎn)效率。
文檔編號H01L21/60GK102157406SQ201110022690
公開日2011年8月17日 申請日期2011年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月20日
發(fā)明者姜玉強, 方曉南, 藺永誠, 金浩 申請人:中南大學