專(zhuān)利名稱(chēng)：利用超聲振動(dòng)實(shí)現(xiàn)各向異性導(dǎo)電膜連接芯片與基板的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種綠色的微電子互連工藝。采用橫向超聲振動(dòng)，固化各向異性導(dǎo)電 膜，實(shí)現(xiàn)芯片與ITO玻璃基板的粘接。
背景技術(shù)：
目前電子產(chǎn)品正向便攜化，微型化以及高集成度化發(fā)展，且綠色封裝的呼聲也越 來(lái)越高，傳統(tǒng)的鉛錫合金越來(lái)越不能滿(mǎn)足要求。鉛屬于重金屬，鉛及其化合物對(duì)人體及牲畜 具有極大的毒性，鉛還會(huì)污染水質(zhì)。近年來(lái)，在歐美各國(guó)，鉛對(duì)地下水的污染問(wèn)題日益突出， 其主要原因就是廢棄電子產(chǎn)品中的焊接材料Sn-H3合金中的鉛溶出造成的。長(zhǎng)期暴露在這 種環(huán)境中，將對(duì)人類(lèi)健康乃至生命構(gòu)成極大的威脅。并且Sn-Pb焊不利于電子產(chǎn)品的進(jìn)一 步微型化，也不利于I/O數(shù)的增加。因此，電子工業(yè)呼吁采用綠色電子材料，電子產(chǎn)品必須 要向無(wú)鉛化轉(zhuǎn)變。各國(guó)紛紛出臺(tái)有關(guān)禁止含鉛焊料在電子產(chǎn)業(yè)中使用的法令。一種更方便、更環(huán)保，成本低廉的互連材料——各向異性導(dǎo)電膜在最近的 十年中正在悄然興起。各向異性導(dǎo)電膜連接的形式主要有芯片與玻璃基板的連接 COG(Chip-on-Glass)，芯片與柔性基板的連接COF (Chip-on-Flex)，以及柔性電路板與玻璃 基板的連接F0G(Foil-on-GlaSS)等互連技術(shù)。各向異性導(dǎo)電膜是在聚合物基體(如環(huán)氧 基的膠)中摻入一定量的導(dǎo)電粒子而形成的薄膜。傳統(tǒng)的各向異性導(dǎo)電膜熱壓粘接工藝包 括預(yù)粘接和粘接兩道工序。預(yù)粘接工序是指在預(yù)粘接壓力和80°C左右條件下，實(shí)現(xiàn)芯片、各 向異性導(dǎo)電膜與基板的定位。然后把190°C左右的熱壓頭作用在芯片表面，經(jīng)過(guò)約1 后， 芯片與基板整體被各向異性導(dǎo)電膜的高分子聚合物(樹(shù)脂)固化，實(shí)現(xiàn)了電子封裝的機(jī)械 支撐和散熱。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(diǎn)和與之對(duì)應(yīng)的玻璃 基板上的ITO電路之間夾著多個(gè)受壓變形的導(dǎo)電粒子，由這些變形的導(dǎo)電粒子實(shí)現(xiàn)上、下 凸點(diǎn)之間的電互連，其他區(qū)域的粒子互不接觸，并且密度分布很小，不足以在橫向形成導(dǎo)電 通路，從而實(shí)現(xiàn)了各向異性互連。由此可見(jiàn)，各向異性導(dǎo)電膜的傳統(tǒng)熱壓法工藝具有以下不足粘接時(shí)間較長(zhǎng)，生產(chǎn) 效率不高；粘接壓頭溫度過(guò)高，容易損傷芯片。所以，本發(fā)明采用橫向超聲振動(dòng)，固化各向異 性導(dǎo)電膜，實(shí)現(xiàn)芯片與ITO玻璃基板的快速高效粘接。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服各向異性導(dǎo)電膜傳統(tǒng)熱壓工藝的不足，發(fā)明了一種橫向超聲振動(dòng)的粘接 方法，使芯片與基板的粘接強(qiáng)度與通過(guò)傳統(tǒng)熱壓工藝獲得的粘接強(qiáng)度相當(dāng)。本發(fā)明采用各 向異性導(dǎo)電膠膜超聲振動(dòng)粘接裝置，實(shí)現(xiàn)芯片與基板的連接。其粘接方法包括以下步驟步驟一開(kāi)啟各向異性導(dǎo)電膜橫向超聲振動(dòng)粘接裝置，通過(guò)操作界面設(shè)置設(shè)置的 超聲振動(dòng)功率名義值為158 152，實(shí)際測(cè)得的超聲功率值為3. 42 3. 58W，超聲振動(dòng)時(shí)間 為沘00 3200ms，粘接壓力為9 ^N。步驟二 把AC-8955YW-23型各向異性導(dǎo)電膜預(yù)粘接到ITO玻璃基板上，通過(guò)粘接臺(tái)溫度控制器加熱ITO玻璃基板，使ITO玻璃基板溫度在50 90°C之間；步驟三由水平傳動(dòng)裝置把PCF8576DUADA型芯片運(yùn)送到圖像采集裝置的視覺(jué)系 統(tǒng)工作區(qū)域，由圖像采集裝置采集圖像信息，完成PCF8576DUADA型粘接芯片的定位；步驟四下移粘接頭，開(kāi)啟負(fù)壓，利用粘接工具完成PCF8576DU/2DA型芯片的拾取 并上移粘接頭；步驟五通過(guò)水平傳動(dòng)裝置移動(dòng)粘接臺(tái)至圖像采集裝置的視覺(jué)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ITO玻璃基板的定位；步驟六下移粘接頭，當(dāng)粘接壓力達(dá)到設(shè)定值9 ^N時(shí)，超聲信號(hào)發(fā)生器接收來(lái) 自控制系統(tǒng)的指令，啟動(dòng)超聲振動(dòng)系統(tǒng)，完成AC-8955YW-23型各向異性導(dǎo)電膜超聲振動(dòng)粘 接過(guò)程和壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電流電壓的采集后，關(guān)閉超聲振動(dòng)系統(tǒng)，關(guān)閉負(fù)壓，并上移粘接頭。 壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電流電壓的采集方法是當(dāng)粘接過(guò)程中壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)信號(hào)達(dá)到觸發(fā)值時(shí)，利用 壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)信號(hào)的接口電路雙通道采集電流與電壓信號(hào)，獲得實(shí)際的超聲振動(dòng)功率。實(shí)驗(yàn)表明，通過(guò)本發(fā)明工藝獲得的芯片與基板的粘接強(qiáng)度與通過(guò)傳統(tǒng)熱壓工藝獲 得的粘接強(qiáng)度相當(dāng)，各向異性導(dǎo)電膜的固化率達(dá)到94%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(diǎn)(1)粘接時(shí)間從傳統(tǒng)熱壓法的1 左右減少3s左右，很大程度地縮短粘接時(shí)間，提 高了生產(chǎn)效率；(2)實(shí)現(xiàn)了常溫條件下的粘接，避免了類(lèi)似傳統(tǒng)熱壓法中高溫壓頭損壞芯片的現(xiàn)象。


圖1是超聲換能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各向異性導(dǎo)電膜連接芯片與基板的細(xì)節(jié)圖。圖2是PZT(壓電陶瓷)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的采集接口電路；
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1，下面結(jié)合圖1和圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施基于各向異性導(dǎo)電膠膜超 聲振動(dòng)粘接裝置完成。其粘接方法包括以下步驟步驟一開(kāi)啟各向異性導(dǎo)電膜橫向超聲振動(dòng)粘接裝置，通過(guò)操作界面設(shè)置超聲振 動(dòng)功率為150(名義值)、超聲振動(dòng)時(shí)間為3s、粘接壓力為13N;步驟二 把AC-8955YW-23型各向異性導(dǎo)電膜1預(yù)粘接到ITO玻璃基板2上，通過(guò) 粘接臺(tái)溫度控制器加熱ITO玻璃基板2至80°C ；步驟三由水平傳動(dòng)裝置把PCF8576DUADA型芯3片運(yùn)送到圖像采集裝置的視覺(jué) 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3的定位；步驟四下移粘接頭，開(kāi)啟負(fù)壓，利用粘接工具4完成PCF8576DU/2DA型芯片的拾 取，并上移粘接頭；步驟五通過(guò)水平傳動(dòng)裝置移動(dòng)粘接臺(tái)至圖像采集裝置的視覺(jué)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ITO玻璃基板2的定位；步驟六下移粘接頭，當(dāng)粘接壓力達(dá)到13N時(shí)，超聲信號(hào)發(fā)生器6接收來(lái)自控制系統(tǒng)的指令，啟動(dòng)超聲振動(dòng)系統(tǒng)，完成AC-8955YW-23型各向異性導(dǎo)電膜1超聲振動(dòng)粘接過(guò)程 后，關(guān)閉超聲振動(dòng)系統(tǒng)，關(guān)閉負(fù)壓，并上移粘接頭。同時(shí)，采集壓電陶瓷5驅(qū)動(dòng)電流電壓。利用圖2所示的壓電陶瓷5驅(qū)動(dòng)信號(hào)的采集接口電路雙通道采集電流與電壓信 號(hào)，其中利用采集卡通道7完成電流信號(hào)的采集，采集卡通道8完成電壓信號(hào)的采集，獲得 實(shí)際的超聲功率值為3. 52W。測(cè)得上述條件下，各向異性導(dǎo)電膜的固化率達(dá)到94. 1%。測(cè)得上述條件下，芯片與基板的粘接強(qiáng)度與通過(guò)傳統(tǒng)熱壓工藝獲得的粘接強(qiáng)度相當(dāng)。上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)例進(jìn)行了描述，但本發(fā)明并不局限于上述具體的實(shí)施 方式，上述的具體實(shí)施方式
僅是示例性的，不是局限性的，任何不超過(guò)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(hù)之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種利用超聲振動(dòng)實(shí)現(xiàn)各向異性導(dǎo)電膜連接芯片與基板的方法，其特征在于它基 于各向異性導(dǎo)電膜超聲振動(dòng)粘接裝置完成，包括以下步驟步驟一開(kāi)啟各向異性導(dǎo)電膜橫向超聲振動(dòng)粘接裝置，通過(guò)操作界面設(shè)置合適的超聲 振動(dòng)功率的名義值、超聲振動(dòng)時(shí)間、粘接壓力；步驟二 把AC-8955YW-23型各向異性導(dǎo)電膜(1)預(yù)粘接到ITO玻璃基板(2)上，通過(guò) 粘接臺(tái)溫度控制器加熱ITO玻璃基板( 至一個(gè)合適的溫度范圍；步驟三由水平傳動(dòng)裝置把PCF8576DU/2DA型芯片( 運(yùn)送到圖像采集裝置的視覺(jué)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(3)的定位；步驟四下移粘接頭，開(kāi)啟負(fù)壓，利用粘接工具(4)完成PCF8576DU/2DA型芯片(3)的 拾取并上移粘接頭；步驟五通過(guò)水平傳動(dòng)裝置移動(dòng)粘接臺(tái)至圖像采集裝置的視覺(jué)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ITO玻璃基板O)的定位；步驟六下移粘接頭，當(dāng)粘接壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí)，超聲信號(hào)發(fā)生器(6)接收來(lái)自控制系 統(tǒng)的指令，啟動(dòng)超聲振動(dòng)系統(tǒng)，完成AC-8955YW-23型各向異性導(dǎo)電膜(1)超聲振動(dòng)粘接過(guò) 程和壓電陶瓷( 驅(qū)動(dòng)電流電壓的采集后，關(guān)閉超聲振動(dòng)系統(tǒng)，關(guān)閉負(fù)壓，并上移粘接頭。
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的合適的超聲振動(dòng)功率的名 義值為148 152，超聲振動(dòng)時(shí)間為2. 8 3. 2s，粘接壓力為9 ^N。
3.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ITO玻璃基板(2) 溫度范圍為50 90°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟六中所述的壓電陶瓷( 驅(qū)動(dòng)電流 電壓的采集方法是當(dāng)粘接過(guò)程中壓電陶瓷(5)驅(qū)動(dòng)信號(hào)達(dá)到觸發(fā)值時(shí)，利用壓電陶瓷(5) 驅(qū)動(dòng)信號(hào)的接口電路雙通道采集電流與電壓信號(hào)，其中利用采集卡通道(7)采集電流信號(hào) 的，利用采集卡通道(8)采集電壓信號(hào)的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法測(cè)得所述步驟 一輸入的功率名義值對(duì)應(yīng)的實(shí)際超聲振動(dòng)功率為3. 42 3. 58W。
全文摘要
本發(fā)明是一種利用超聲振動(dòng)實(shí)現(xiàn)各向異性導(dǎo)電膜連接芯片與基板的方法，通過(guò)施加橫向超聲振動(dòng)載荷，在超聲振動(dòng)功率為3.42～3.58W，超聲振動(dòng)時(shí)間為2.8～3.2s，基板溫度為50～90℃，粘接壓力為9～28N的條件下，可使各向異性導(dǎo)電膜的固化率達(dá)到約94％，從而完成芯片與ITO玻璃基板的互連，其粘接強(qiáng)度與傳統(tǒng)熱壓法的粘接強(qiáng)度相當(dāng)。該方法很大程度地縮短了粘接時(shí)間，提高粘接效率；實(shí)現(xiàn)了常溫條件下的粘接，避免了類(lèi)似傳統(tǒng)熱壓法中高溫壓頭損壞芯片的現(xiàn)象。
文檔編號(hào)H01L21/607GK102110623SQ20101058409
公開(kāi)日2011年6月29日 申請(qǐng)日期2010年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月13日
發(fā)明者方曉南, 藺永誠(chéng), 金浩, 陳明松 申請(qǐng)人:中南大學(xué)