超聲波在鍵合換能系統(tǒng)接觸界面的非線性傳播機(jī)理研究.pdf

1、熱超聲芯片鍵合是當(dāng)前芯片一級(jí)封裝使用的主要技術(shù)。其中，超聲鍵合換能系統(tǒng)是超聲芯片鍵合工藝的核心執(zhí)行機(jī)構(gòu)。鍵合換能系統(tǒng)接觸界面在工作過(guò)程中的非線性特性嚴(yán)重影響了超聲波在換能器中的傳播效率和芯片鍵合的質(zhì)量。本課題受高等學(xué)校博士點(diǎn)專項(xiàng)科研基金：芯片封裝換能系統(tǒng)接觸界面的超聲波傳播機(jī)理及其設(shè)計(jì)(編號(hào)：20060533068)項(xiàng)目和國(guó)家自然科學(xué)基金：超聲波在鍵合換能系統(tǒng)接觸界面的傳播機(jī)理與低能耗接觸界面設(shè)計(jì)(編號(hào)：50605064)項(xiàng)目支持。本文

2、以提高超聲芯片鍵合的質(zhì)量和鍵合過(guò)程的穩(wěn)定性為目標(biāo)，以提高超聲波在鍵合換能器接觸界面?zhèn)鬟f效率為核心，研究超聲波在鍵合換能器接觸界面?zhèn)鞑サ哪芰總鬟f效率規(guī)律、波形畸變以及高次諧波產(chǎn)生規(guī)律等，從根本上認(rèn)識(shí)超聲波在鍵合換能器接觸界面處非線性傳播的機(jī)理，為熱超聲鍵合換能器的優(yōu)化設(shè)計(jì)、制造和使用提供理論依據(jù)。
　　 本文主要的研究?jī)?nèi)容：
　　 第一、采用赫茲接觸原理與斯涅爾定律，構(gòu)建了超聲波在鍵合換能器接觸界面的傳播模型。研究接觸界面

3、因素：介質(zhì)材料特性阻抗、表面粗糙度、實(shí)際接觸面積、接觸界面應(yīng)力和界面粘合劑等對(duì)超聲波在接觸界面?zhèn)鞑サ挠绊懸?guī)律。建立超聲波在接觸界面?zhèn)鞑サ姆蔷€性方程，運(yùn)用約化攝動(dòng)法求解，得到超聲波在鍵合換能器接觸界面的傳播方程。基于超聲波在接觸界面的傳播特性，建立了超聲波在鍵合換能器接觸界面?zhèn)鞑サ膹椈勺枘豳|(zhì)點(diǎn)模型。
　　 第二、運(yùn)用機(jī)械動(dòng)力學(xué)原理，將超聲波在換能系統(tǒng)接觸界面的傳播模擬成彈簧阻尼質(zhì)點(diǎn)系統(tǒng)，仿真得到超聲波振動(dòng)在鍵合換能器接觸界面的傳播

4、隨接觸界面預(yù)緊力、接觸界面剛度和接觸界面阻尼的影響規(guī)律。在超聲鍵合試驗(yàn)臺(tái)上驗(yàn)證了不同接觸界面因素：表面粗糙度、接觸界面應(yīng)力和界面粘合劑對(duì)超聲波傳播的影響規(guī)律。試驗(yàn)得到了超聲波在接觸界面的波形畸變、高次諧波產(chǎn)生與鍵合強(qiáng)度之間的聯(lián)系。
　　 第三、采用等效電路方法，構(gòu)建了超聲鍵合換能系統(tǒng)接觸界面的等效阻抗模型?；诹﹄婎惐确椒?，建立了接觸界面包含接觸界面材料、接觸界面狀態(tài)參數(shù)的阻抗和導(dǎo)納集總參數(shù)模型。完善了超聲鍵合換能器的等效電路模