玻璃覆晶的封裝互連性能檢測方法及倒裝設備研究.pdf

1、近年來,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,其芯片凸點間距已達25μm,封裝密度高,工藝參數(shù)復雜。在ACF-COG互連工藝設計與優(yōu)化過程中,互連電阻因其不穩(wěn)定性和易于退化的特點已成為評估產(chǎn)品互連性能的關鍵指標,容易引發(fā)嚴重的可靠性問題?；ミB電阻的數(shù)值與產(chǎn)品邦定工藝、設備特性、封裝材料特性、COG產(chǎn)

2、品設計等諸多參數(shù)相關,影響因素眾多。如何確保在相鄰凸點不短路的情況下,互連電阻小、均勻并且可控是COG封裝領域研究的熱點。目前評估互連電阻的主要方法是通過制造測試芯片,采用電阻監(jiān)測及人工經(jīng)驗相結合的方式,費時費力,且缺乏有效的定量分析手段。因此,對于后續(xù)更高密度的玻璃覆晶模組互連性能評估而言,亟需一種互連電阻的自動估計及定量分析方法。
　　本文在分析國內(nèi)外COG封裝工藝及互連電阻模型研究現(xiàn)狀的基礎上,針對ACF-COG互連電阻自動

3、估計方法開展研究,重點解決基于顆粒導電面積的ACF互連電阻模型、以及凸點導電面積的自動獲取方法,為更高密度的LCD模組封裝自動化電阻監(jiān)測及工藝優(yōu)化決策提供支持。考慮到國內(nèi)高密度COG倒裝設備研發(fā)的迫切性,本文結合COG封裝工藝特點,開展倒裝設備的設計與研發(fā)工作,并在該設備上進行了互連電阻自動估計方法的測試驗證。主要研究工作及取得的成果如下:
　　一、提出了基于導電面積的互連電阻估計思路,并以此為出發(fā)點,提出了基于導電面積的ACF-

4、COG封裝導電顆粒電阻模型,該模型中包括顆粒與電極/凸點接觸電阻、顆粒薄壁體電阻以及接觸面上的隧道電阻。通過模型測試與數(shù)據(jù)比對發(fā)現(xiàn),與其他已發(fā)表的電阻模型相比,該導電顆?；ミB電阻模型預測結果與實測試據(jù)吻合度更高?；谠搶щ婎w粒的電阻模型,提出了多導電顆粒情況下凸點與電極的互連電阻模型,該模型綜合了因顆粒間的電場交互及邊界電勢效應引入的附加電阻,為后續(xù)獲得導電顆粒的接觸面積和位置后求解凸點互連電阻提供了途徑。
　　二、提出了基于機器

5、視覺的COG凸點互連電阻估計方法,解決了凸點導電面積自動獲取的難題。根據(jù)凸點邊界直線概率較大的特點,本文提出了基于邊界特征提取、能量梯度、凸點幾何特征信息融合的凸點邊界提取及區(qū)域截取方法,可以自動實現(xiàn)凸點角度糾偏及凸點區(qū)域提取,該方法對于圖像中顆粒團聚或氣泡等噪聲的干擾具有強魯棒性。通過圖像形態(tài)學操作,可實現(xiàn)凸點導電顆粒的識別與導電面積的計算,并利用電阻模型,準確估計凸點互連電阻。經(jīng)凸點圖片測試分析發(fā)現(xiàn),利用本文提出的凸點邊界提取及區(qū)域

6、截取方法,凸點檢出率超過95％。在凸點導電顆粒計數(shù)方面,通過人工比對,準確率達到94%,特別在因壓力過大或者顆粒識別噪聲較大的顆粒難識別的情況下,本方法有明顯優(yōu)勢。在互連電阻估計方面,該方法可以通過精確的導電面積及顆粒位置計算獲得較準確的凸點互連電阻。
　　三、根據(jù)ACF-COG封裝封裝密度高、工藝流程復雜、對位精度高的特點,提出了一種高密度高精度倒裝機新結構形式。該倒裝機由IC上料轉(zhuǎn)臺、玻璃上料機械手、精密對位預壓臺以及雙頭本壓

7、臺等關鍵部分組成。設計并優(yōu)化了邦定壓頭結構,以控制壓頭的平面溫差及平面度,通過結構熱傳遞與熱應變仿真分析并調(diào)整結構參數(shù),實現(xiàn)了熱壓面溫差與平面度分別為3.39?C、2μm,達到設備熱壓要求。根據(jù)高密度高精度COG倒裝機的方案設計,對預壓對位、芯片拾取的視覺系統(tǒng)進行了設計與選型,設計了IC芯片上料機構、邦定壓頭、運動平臺,并最終完成了設備機械結構設計。
　　四、結合高密度高精度COG倒裝設備的功能與結構設計,設計了設備的控制系統(tǒng)方案

8、,分析并優(yōu)化了系統(tǒng)控制時序,實現(xiàn)了雙片生產(chǎn)時間<12s(11.75s)生產(chǎn)工序規(guī)劃與控制。針對設備的移動定位精度、視覺對位精度、邦定壓頭熱壓穩(wěn)定性進行了測試,結果顯示,設備的定位和熱壓精度達到了預期的設計目標。采用LCD玻璃基板和芯片進行邦定,采集測試模組的228個凸點圖片進行了互連電阻估計及統(tǒng)計測試,實驗測試結果表明,經(jīng)方法估計的凸點互連電阻及邦定壓力與實測值吻合,在準確性和凸點性能分析方面有優(yōu)勢。該方法可獲取凸點導電面積、凸點下導電