CN102110623B - 利用超声振动实现各向异性导电膜连接芯片与基板的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种利用超声振动实现各向异性导电膜连接芯片与基板的方法，通过施加横向超声振动载荷，在超声振动功率为3.42～3.58W，超声振动时间为2.8～3.2s，基板温度为50～90℃，粘接压力为9～28N的条件下，可使各向异性导电膜的固化率达到约94％，从而完成芯片与ITO玻璃基板的互连，其粘接强度与传统热压法的粘接强度相当。该方法很大程度地缩短了粘接时间，提高粘接效率；实现了常温条件下的粘接，避免了类似传统热压法中高温压头损坏芯片的现象。

Description

利用超声振动实现各向异性导电膜连接芯片与基板的方法
技术领域
本发明属于一种绿色的微电子互连工艺。采用横向超声振动，固化各向异性导电膜，实现芯片与ITO玻璃基板的粘接。
背景技术
目前电子产品正向便携化，微型化以及高集成度化发展，且绿色封装的呼声也越来越高，传统的铅锡合金越来越不能满足要求。铅属于重金属，铅及其化合物对人体及牲畜具有极大的毒性，铅还会污染水质。近年来，在欧美各国，铅对地下水的污染问题日益突出，其主要原因就是废弃电子产品中的焊接材料Sn-Pb合金中的铅溶出造成的。长期暴露在这种环境中，将对人类健康乃至生命构成极大的威胁。并且Sn-Pb焊不利于电子产品的进一步微型化，也不利于I/O数的增加。因此，电子工业呼吁采用绿色电子材料，电子产品必须要向无铅化转变。各国纷纷出台有关禁止含铅焊料在电子产业中使用的法令。
一种更方便、更环保，成本低廉的互连材料——各向异性导电膜在最近的十年中正在悄然兴起。各向异性导电膜连接的形式主要有芯片与玻璃基板的连接COG(Chip-on-Glass)，芯片与柔性基板的连接COF(Chip-on-Flex)，以及柔性电路板与玻璃基板的连接FOG(Foil-on-Glass)等互连技术。各向异性导电膜是在聚合物基体(如环氧基的胶)中掺入一定量的导电粒子而形成的薄膜。传统的各向异性导电膜热压粘接工艺包括预粘接和粘接两道工序。预粘接工序是指在预粘接压力和80℃左右条件下，实现芯片、各向异性导电膜与基板的定位。然后把190℃左右的热压头作用在芯片表面，经过约15s后，芯片与基板整体被各向异性导电膜的高分子聚合物(树脂)固化，实现了电子封装的机械支撑和散热。在粘接压力的作用下，导电粒子绝缘膜破裂，芯片上的凸点和与之对应的玻璃基板上的ITO电路之间夹着多个受压变形的导电粒子，由这些变形的导电粒子实现上、下凸点之间的电互连，其他区域的粒子互不接触，并且密度分布很小，不足以在横向形成导电通路，从而实现了各向异性互连。
由此可见，各向异性导电膜的传统热压法工艺具有以下不足：粘接时间较长，生产效率不高；粘接压头温度过高，容易损伤芯片。所以，本发明采用横向超声振动，固化各向异性导电膜，实现芯片与ITO玻璃基板的快速高效粘接。
发明内容：
为了克服各向异性导电膜传统热压工艺的不足，发明了一种横向超声振动的粘接方法，使芯片与基板的粘接强度与通过传统热压工艺获得的粘接强度相当。本发明采用各向异性导电胶膜超声振动粘接装置，实现芯片与基板的连接。其粘接方法包括以下步骤：
步骤一：开启各向异性导电膜横向超声振动粘接装置，通过操作界面设置设置的超声振动功率名义值为158～152，实际测得的超声功率值为3.42～3.58W，超声振动时间为2800～3200ms，粘接压力为9～28N。
步骤二：把AC-8955YW-23型各向异性导电膜预粘接到ITO玻璃基板上，通过粘接台温度控制器加热ITO玻璃基板，使ITO玻璃基板温度在50～90℃之间；
步骤三：由水平传动装置把PCF8576DU/2DA型芯片运送到图像采集装置的视觉系统工作区域，由图像采集装置采集图像信息，完成PCF8576DU/2DA型粘接芯片的定位；
步骤四：下移粘接头，开启负压，利用粘接工具完成PCF8576DU/2DA型芯片的拾取并上移粘接头；
步骤五：通过水平传动装置移动粘接台至图像采集装置的视觉系统工作区域内，由图像采集装置采集图像信息，完成ITO玻璃基板的定位；
步骤六：下移粘接头，当粘接压力达到设定值9～28N时，超声信号发生器接收来自控制系统的指令，启动超声振动系统，完成AC-8955YW-23型各向异性导电膜超声振动粘接过程和压电陶瓷驱动电流电压的采集后，关闭超声振动系统，关闭负压，并上移粘接头。压电陶瓷驱动电流电压的采集方法是当粘接过程中压电陶瓷驱动信号达到触发值时，利用压电陶瓷驱动信号的接口电路双通道采集电流与电压信号，获得实际的超声振动功率。
实验表明，通过本发明工艺获得的芯片与基板的粘接强度与通过传统热压工艺获得的粘接强度相当，各向异性导电膜的固化率达到94％左右。
有益效果
本发明采用以上技术方案，具有以下特点：
(1)粘接时间从传统热压法的15s左右减少3s左右，很大程度地缩短粘接时间，提高了生产效率；
(2)实现了常温条件下的粘接，避免了类似传统热压法中高温压头损坏芯片的现象。
附图说明
图1是超声换能系统实现各向异性导电膜连接芯片与基板的细节图。
图2是PZT(压电陶瓷)驱动信号的采集接口电路；
具体实施方式
实施例1，下面结合图1和图2说明本实施方式，本实施基于各向异性导电胶膜超声振动粘接装置完成。其粘接方法包括以下步骤：
步骤一：开启各向异性导电膜横向超声振动粘接装置，通过操作界面设置超声振动功率为150(名义值)、超声振动时间为3s、粘接压力为13N；
步骤二：把AC-8955YW-23型各向异性导电膜1预粘接到ITO玻璃基板2上，通过粘接台温度控制器加热ITO玻璃基板2至80℃；
步骤三：由水平传动装置把PCF8576DU/2DA型芯3片运送到图像采集装置的视觉系统工作区域，由图像采集装置采集图像信息，完成PCF8576DU/2DA型芯片3的定位；
步骤四：下移粘接头，开启负压，利用粘接工具4完成PCF8576DU/2DA型芯片的拾取，并上移粘接头；
步骤五：通过水平传动装置移动粘接台至图像采集装置的视觉系统工作区域内，由图像采集装置采集图像信息，完成ITO玻璃基板2的定位；
步骤六：下移粘接头，当粘接压力达到13N时，超声信号发生器6接收来自控制系统的指令，启动超声振动系统，完成AC-8955YW-23型各向异性导电膜1超声振动粘接过程后，关闭超声振动系统，关闭负压，并上移粘接头。同时，采集压电陶瓷5驱动电流电压。
利用图2所示的压电陶瓷5驱动信号的采集接口电路双通道采集电流与电压信号，其中利用采集卡通道7完成电流信号的采集，采集卡通道8完成电压信号的采集，获得实际的超声功率值为3.52W。
测得上述条件下，各向异性导电膜的固化率达到94.1％。
测得上述条件下，芯片与基板的粘接强度与通过传统热压工艺获得的粘接强度相当。
上面结合附图对本发明的实例进行了描述，但本发明并不局限于上述具体的实施方式，上述的具体实施方式仅是示例性的，不是局限性的，任何不超过本发明权利要求的发明创造，均在本发明的保护之内。

Claims (5)

1.一种利用超声振动实现各向异性导电膜连接芯片与基板的方法，其特征在于：它基于各向异性导电膜超声振动粘接装置完成，包括以下步骤：
步骤一：开启各向异性导电膜横向超声振动粘接装置，通过操作界面设置超声振动功率的名义值为148～152、超声振动时间为2.8～3.2s、粘接压力为9～28N；
步骤二：把AC-8955YW-23型各向异性导电膜(1)预粘接到ITO玻璃基板(2)上，通过粘接台温度控制器加热ITO玻璃基板(2)至50～90℃的温度范围；
步骤三：由水平传动装置把PCF8576DU/2DA型芯片(3)运送到图像采集装置的视觉系统工作区域，由图像采集装置采集图像信息，完成PCF8576DU/2DA型芯片(3)的定位；
步骤四：下移粘接头，开启负压，利用粘接工具(4)完成PCF8576DU/2DA型芯片(3)的拾取并上移粘接头；
步骤五：通过水平传动装置移动粘接台至图像采集装置的视觉系统工作区域内，由图像采集装置采集图像信息，完成ITO玻璃基板(2)的定位；
步骤六：下移粘接头，当粘接压力达到设定值时，超声信号发生器(6)接收来自控制系统的指令，启动超声振动系统，完成AC-8955YW-23型各向异性导电膜(1)超声振动粘接过程和压电陶瓷(5)驱动电流电压的采集后，关闭超声振动系统，关闭负压，并上移粘接头。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤一中所述的超声振动功率的名义值为148～152，超声振动时间为2.8～3.2s，粘接压力为9～28N。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤二中所述的ITO玻璃基板(2)温度范围为50～90℃。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤六中所述的压电陶瓷(5)驱动电流电压的采集方法是当粘接过程中压电陶瓷(5)驱动信号达到触发值时，利用压电陶瓷(5)驱动信号的接口电路双通道采集电流与电压信号，其中利用采集卡第一通道(7)采集电流信号的，利用采集卡第二通道(8)采集电压信号的。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于根据权利要求4所述的方法能够测得所述步骤一中设置的功率名义值对应的实际超声振动功率为3.42～3.58W。
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