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引线键合中材料参数对硅基板应力状态的影响

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更新时间:2024-12-23 11:12:58



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内容简介

引线键合中材料参数对硅基板应力状态的影响 第33卷第3期 2012年3月
焊接学报
TRANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INSTITUTION
Vol.33 March
引线键合中材料参数对硅基板应力状态的影响
姜威,常保华,都东,黄华,周运鸿
(1.清华大学先进成形制造教育部重点实验室,北京100084
2.滑铁卢大学机电工程系,加拿大滑铁卢N2L3CI)
摘要:利用“热一力一超声"增量耦合有限元模型,对采用不同引线(金,铜)以及采用铜引线在不同银镀层厚度(4,8,16μm)条件下的键合过程进行了模拟,结果表明,在其它条件不变的情况下,金引线键合过程对硅基板内应力状态的影响远小于铜引线,且应力集中的位置更接近键合中心:随着镀层厚度的增加,基板所受到的压应力逐渐减小,但基板所受到的最大压应力在硅的抗压力范围之内;同时基板所受到的剪应力也逐减小,由于剪应力是硅基板损坏的决定性因素,因此采用厚度为16μm的镀层对减小基板损坏更有利
关键调:引线键合;应力状态;有限元法;基板损坏
中图分类号:TG141 0序言
文献标识码:A
文章编号:0253360X(2012)03001304
姜威
No.3 2012
系:(1)电火花放电形成自由空气球(freeairball, FAB)时,其变化过程剧烈且复杂,在几何模型中为
引线键合技术在20世纪起就成为人们研究的热点,并在可预见的未来仍然有广泛的应用[1-4]. 虽然金引线键合的应用广泛且技术成熟,但近几年来人们对于成本更低且具有性能优势的铜表现出极大的兴趣(5-7),如果想要推广铜引线键合的工业应用,必须避免硅基板的缺陷问题,缺陷形成原因与应力紧密相关,因此详细分析键合过程中硅基板内的应力状态是非常必要的,目前常用的元器件中,硅基板表面存在者一定厚度的金属镀层,但并没有定量分析不同厚度对基板内应力状态的影响,文中通过有限元方法,构建了“热一力一超声”增量耦合模型,对不同引线(铜、金)以及铜引线下3种不同厚度(4,8,16μm)的银镀层的键合过程进行了模拟,分析比较了不同状态下的基板应力结果,为铜引线键合的大规模工业应用中的参数选择提供指导
1键合过程的有限元分析方法 1.1
模型建立
引线键合是借助劈刀将引线连接在引线框架上的方法,键合后形貌如图1所示,键合过程涉及热、力和超声的影响,文中在模型构建中考虑以下因
收稿日期:2011-03-04
基金项目:国家自然科学基金资助项目(50705049,50628506)万方数据
光滑球体,同时旁刀因其极高的硬度面近似成刚体(2)键合过程中将超声作为平行于基板的振动施加在劈刀上[8],(3)不同结构的接触和连接过程中,材料的力学行为满足Power-Low蜗变法则[,其等效应变率可表示为
言=A[1+ Bexp(- a)P() exp(-是
D.bG()
-RT
(1)
温度函数为
G(T)=ac(T/T.)"+bc(T/T.)+ec
(2)
式中:Ae,B,C,ac,b,b.c为无量纲常数:D,为频率因子;为波尔兹曼常数;R为气体常数;G为剪切模量;T.为铜的熔化温度:T为键合温度Q为激活
图1引线健合形貌
Fig. 1 Schematic diagram of wire bonding
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