玻璃覆晶的封裝互連性能檢測(cè)方法及倒裝設(shè)備研究.pdf

1、近年來(lái),液晶顯示器(LCD)行業(yè)發(fā)展迅速,制造更大尺寸、輕薄化、低功耗、高分辨率的的LCD成為產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展的方向。LCD模組普遍采用各向異性膠互連(ACF)的玻璃覆晶(COG)封裝方式,其芯片凸點(diǎn)間距已達(dá)25μm,封裝密度高,工藝參數(shù)復(fù)雜。在ACF-COG互連工藝設(shè)計(jì)與優(yōu)化過(guò)程中,互連電阻因其不穩(wěn)定性和易于退化的特點(diǎn)已成為評(píng)估產(chǎn)品互連性能的關(guān)鍵指標(biāo),容易引發(fā)嚴(yán)重的可靠性問(wèn)題?；ミB電阻的數(shù)值與產(chǎn)品邦定工藝、設(shè)備特性、封裝材料特性、COG產(chǎn)

2、品設(shè)計(jì)等諸多參數(shù)相關(guān),影響因素眾多。如何確保在相鄰?fù)裹c(diǎn)不短路的情況下,互連電阻小、均勻并且可控是COG封裝領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。目前評(píng)估互連電阻的主要方法是通過(guò)制造測(cè)試芯片,采用電阻監(jiān)測(cè)及人工經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合的方式,費(fèi)時(shí)費(fèi)力,且缺乏有效的定量分析手段。因此,對(duì)于后續(xù)更高密度的玻璃覆晶模組互連性能評(píng)估而言,亟需一種互連電阻的自動(dòng)估計(jì)及定量分析方法。
　　本文在分析國(guó)內(nèi)外COG封裝工藝及互連電阻模型研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,針對(duì)ACF-COG互連電阻自動(dòng)

3、估計(jì)方法開(kāi)展研究,重點(diǎn)解決基于顆粒導(dǎo)電面積的ACF互連電阻模型、以及凸點(diǎn)導(dǎo)電面積的自動(dòng)獲取方法,為更高密度的LCD模組封裝自動(dòng)化電阻監(jiān)測(cè)及工藝優(yōu)化決策提供支持?？紤]到國(guó)內(nèi)高密度COG倒裝設(shè)備研發(fā)的迫切性,本文結(jié)合COG封裝工藝特點(diǎn),開(kāi)展倒裝設(shè)備的設(shè)計(jì)與研發(fā)工作,并在該設(shè)備上進(jìn)行了互連電阻自動(dòng)估計(jì)方法的測(cè)試驗(yàn)證。主要研究工作及取得的成果如下:
　　一、提出了基于導(dǎo)電面積的互連電阻估計(jì)思路,并以此為出發(fā)點(diǎn),提出了基于導(dǎo)電面積的ACF-

4、COG封裝導(dǎo)電顆粒電阻模型,該模型中包括顆粒與電極/凸點(diǎn)接觸電阻、顆粒薄壁體電阻以及接觸面上的隧道電阻。通過(guò)模型測(cè)試與數(shù)據(jù)比對(duì)發(fā)現(xiàn),與其他已發(fā)表的電阻模型相比,該導(dǎo)電顆?；ミB電阻模型預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)測(cè)試據(jù)吻合度更高?；谠搶?dǎo)電顆粒的電阻模型,提出了多導(dǎo)電顆粒情況下凸點(diǎn)與電極的互連電阻模型,該模型綜合了因顆粒間的電場(chǎng)交互及邊界電勢(shì)效應(yīng)引入的附加電阻,為后續(xù)獲得導(dǎo)電顆粒的接觸面積和位置后求解凸點(diǎn)互連電阻提供了途徑。
　　二、提出了基于機(jī)器

5、視覺(jué)的COG凸點(diǎn)互連電阻估計(jì)方法,解決了凸點(diǎn)導(dǎo)電面積自動(dòng)獲取的難題。根據(jù)凸點(diǎn)邊界直線(xiàn)概率較大的特點(diǎn),本文提出了基于邊界特征提取、能量梯度、凸點(diǎn)幾何特征信息融合的凸點(diǎn)邊界提取及區(qū)域截取方法,可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)凸點(diǎn)角度糾偏及凸點(diǎn)區(qū)域提取,該方法對(duì)于圖像中顆粒團(tuán)聚或氣泡等噪聲的干擾具有強(qiáng)魯棒性。通過(guò)圖像形態(tài)學(xué)操作,可實(shí)現(xiàn)凸點(diǎn)導(dǎo)電顆粒的識(shí)別與導(dǎo)電面積的計(jì)算,并利用電阻模型,準(zhǔn)確估計(jì)凸點(diǎn)互連電阻。經(jīng)凸點(diǎn)圖片測(cè)試分析發(fā)現(xiàn),利用本文提出的凸點(diǎn)邊界提取及區(qū)域

6、截取方法,凸點(diǎn)檢出率超過(guò)95％。在凸點(diǎn)導(dǎo)電顆粒計(jì)數(shù)方面,通過(guò)人工比對(duì),準(zhǔn)確率達(dá)到94%,特別在因壓力過(guò)大或者顆粒識(shí)別噪聲較大的顆粒難識(shí)別的情況下,本方法有明顯優(yōu)勢(shì)。在互連電阻估計(jì)方面,該方法可以通過(guò)精確的導(dǎo)電面積及顆粒位置計(jì)算獲得較準(zhǔn)確的凸點(diǎn)互連電阻。
　　三、根據(jù)ACF-COG封裝封裝密度高、工藝流程復(fù)雜、對(duì)位精度高的特點(diǎn),提出了一種高密度高精度倒裝機(jī)新結(jié)構(gòu)形式。該倒裝機(jī)由IC上料轉(zhuǎn)臺(tái)、玻璃上料機(jī)械手、精密對(duì)位預(yù)壓臺(tái)以及雙頭本壓

7、臺(tái)等關(guān)鍵部分組成。設(shè)計(jì)并優(yōu)化了邦定壓頭結(jié)構(gòu),以控制壓頭的平面溫差及平面度,通過(guò)結(jié)構(gòu)熱傳遞與熱應(yīng)變仿真分析并調(diào)整結(jié)構(gòu)參數(shù),實(shí)現(xiàn)了熱壓面溫差與平面度分別為3.39?C、2μm,達(dá)到設(shè)備熱壓要求。根據(jù)高密度高精度COG倒裝機(jī)的方案設(shè)計(jì),對(duì)預(yù)壓對(duì)位、芯片拾取的視覺(jué)系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)與選型,設(shè)計(jì)了IC芯片上料機(jī)構(gòu)、邦定壓頭、運(yùn)動(dòng)平臺(tái),并最終完成了設(shè)備機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
　　四、結(jié)合高密度高精度COG倒裝設(shè)備的功能與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)了設(shè)備的控制系統(tǒng)方案

8、,分析并優(yōu)化了系統(tǒng)控制時(shí)序,實(shí)現(xiàn)了雙片生產(chǎn)時(shí)間<12s(11.75s)生產(chǎn)工序規(guī)劃與控制。針對(duì)設(shè)備的移動(dòng)定位精度、視覺(jué)對(duì)位精度、邦定壓頭熱壓穩(wěn)定性進(jìn)行了測(cè)試,結(jié)果顯示,設(shè)備的定位和熱壓精度達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。采用LCD玻璃基板和芯片進(jìn)行邦定,采集測(cè)試模組的228個(gè)凸點(diǎn)圖片進(jìn)行了互連電阻估計(jì)及統(tǒng)計(jì)測(cè)試,實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明,經(jīng)方法估計(jì)的凸點(diǎn)互連電阻及邦定壓力與實(shí)測(cè)值吻合,在準(zhǔn)確性和凸點(diǎn)性能分析方面有優(yōu)勢(shì)。該方法可獲取凸點(diǎn)導(dǎo)電面積、凸點(diǎn)下導(dǎo)電