热超声键合PZT阻抗和功率动态特性研究隆志力吴运新韩雷钟掘中南大学，长沙,410083摘要：鉴于热超声芯片封装工艺的键合点空间高度局部化和时间瞬态性等特点，通过分析系统前端PZT阻抗和功率的动态变化规律，研究了芯片金球凸点与基板的键合过程及键合质量。结果表明：对于恒压源的键合系统・PZT换能器电流、阻抗及功率信号可表征键合过程的动态变化，且可将金球凸点与基板键合过程分为初始、平稳、结朿三个阶段；键合环境的变化反映在PZT阻抗和功率变化之中，且PZT阻抗和功率与键合强度存在直接关系。试验及分析表明・PZT换能器阻抗和功率变化反映了金球凸点与基板键合过程及键合质量的差别，可用以分析整个键合系统。关键词：PZT阻抗特性；PZT功率特性；键合过程；键合质量；热超声键合工艺中图分类号:TN605文章编号:1004—132X(2006)04—0396—05DynamicCharacteristicsofImpedanceandPowerofPZTTransducerinThermosonicBondingProcessLongZhiliWuYunxinHanLeiZhongJueCentralSouthUniversitytChangsha1410083Abstract:ThisinvestigationwastodeterminethebondingprocessandbondingqualitybetweengoldballandsubstratebydynamiccharacteristicsofimpedanceandpowerofPZTringswhichwasatthefrontoftransducersystem.TheexperimentswerecarriedoutaroundinputelectricalsignalsofPZT9bondingstrengthandbondingparameters.Theresultsshowthat•thebondingprocesscanbeexpressedbythecurrentchangeofPZTtransducer,andcanbedividedintobeginningphase,steadyphasesandfinishphase.Moreover,thechangesofbondingparametersarcreflectedtotheimpedanceandpowerofPZTtransducertandthereisdirectrelationshipamongbondingstrengthandimpedanceandpowerofPZTtransducer.ItcanbeconclucleclthatthedynamiccharacteristicsofimpedanceandpowerofPZTtransducercanbeasgoodparameterstoanalyzethethermosonicbondingsystem.Keywords:PZTimpedancecharacteristics；PZTpowercharacteristics；bondingprocess；bondingquality；thermosonicbondingprocesso引言热超声键合指在一•定的超声能量、压力能量收稿日期：2005—01—10基金项目：国家自然科学基金资助重大项目(50390064)；国家重点基础研究发展计划资助项目(2003CB716202)[13]CaoY,HuangZ.PropertyIdentificationoftheSingularityLocioftheStewartManipulator.TheTenthIASTEDonRoboticsandApplication2004/RA447—017•Honolulu.Hawaii,USA.2004[14]GosselinCAngelesJ・SingularityAnalysisofClosed—loopKinematicChains.IEEETransactionsonRoboticsandAutomation•1990<6(3)：281〜29()[15]St—OngeBM.GosselinCM.SingularityAnalysisandRepresentationoftheGeneralGough—StcwarlPlatform.TheInternationalJournalofRoboticsResearch,2000,19(3)：271〜288以及热能量的相互作用下，芯片金球凸点与基板之间金属原子相互扩散•从而实现芯片1/()端口之间的互连。热超声芯片键合以其工艺过程简单、无充填材料、效率高、无污染等优点而被认为是一级芯片封装领域具有发展潜力的新工艺和新[16](jregorioRD.ArmlylicFormulationofthe6—3Fully—parallelManipulatorsSingularityDetermination.Robotics2001,19:663〜667[17]GregorioRD・Singularity—locusExpressionofaClassofParallelMechanisms.Robotica.2002,20：323〜328(编辑苏卫国)作者简介：曹毅•男＜1974年生。江南大学机械工程学院副教授•燕山大学机械工程学院博士研究生。主要硏究方向为并联机器人、机械电子工程。发表论文2()余篇。黄真，男，1936年生。燕山大学机器人研究中心教授、博士研究生导师。李艳文，女，1966年生。燕山大学机器人研究中心副教授、廊士研究生。技术［叮。在热超声键合工艺中，芯片金球凸点与基板结合过程的研究是提高芯片互连质量、优化键合参数匹配以及充分利用能量的基础。文献［2,3］利用SEM扫描方法和EDS能谱方法分析结合界面表面形貌，以查明键合界面材料变化过程；Klein等*采用温度循环方法观测键合之后的芯片凸点形变，以此分析键合质量及界面...