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随着液晶显示(LCD)画质的逐步提高,液晶显示系统驱动芯片的I/O端口数量大幅度增加,同时芯片的尺寸逐步渐小,导致芯片凸点的间距进一步缩小。目前常用的TCP和玻璃上芯片技术(COG)已经越来越难满足液晶显示系统中互连的要求。柔性板上芯片(COF),可以利用各种新型的互连方法较为有效的进行细节距的互连,如非导电膜(NCF)和热压技术,根据键合方式和柔性基板上铜引线镀层材料的不同,COF可分为Au.Sn非导电膜,Au-Au非导电膜和Au-Au热压工艺。
Au-Sn非导电膜是一种常用COF互连技术,在键合过程中,锡在高温下熔化并快速向表面有Au镀层的引线扩散最终形成稳定的共晶焊点。其间,金属间化合物生长规律和组成成分,极大地影响钎焊接头的强度、抗蠕变性、抗腐蚀性和可焊性。本论文研究了Au-Sn焊点在钎焊过程中生成的金属间化合物的组成成分和形貌特征以及生成和成长机制,并且通过金属间化合物相的厚度与时间关系的经验公式研究了Au-Sn化合物在245℃-285℃之间的生长规律,总结了Au-Sn化合物在245℃-285℃之间的生长公式,对其控制有着重要的意义。
目前对Au-Au热压工艺过程的认识还不够深入,尤其是对接面层结合机理及其演化的物理机制认识不够,因此至今该工艺的实施还只能够完全依赖于经验和实验,缺乏理论的指导。本文引入了金属扩散焊接的原子反应数学模型。同时利用ABAQUS非线性有限元模拟软件分析了不同键合压力下30μm节距的Au-Au热压工艺过程中凸点及引线表面压力的分布。通过比较键合界面的原子反应率和键合界面的摩擦力,指出对于细节距的Au-Au热压工艺,结合力主要来自于键合界面的摩擦力。
比较了ACF,Au-Au非导电膜和Au-Au热压工艺等三种常用COF互连工艺的可靠性,同时尝试了Sn镀层在凸点表面的Au-Sn非导电膜工艺。通过对其接触电阻、绝缘电阻的可靠性测试,发现ACF工艺对湿热最为敏感,而Au-Sn非导电膜工艺存在较为严重的失效问题,对失效样品的失效分析表明,Sn镀层的质量和厚度是影响其可靠性的主要因素。剥离力和界面胶材固化率的测试结果显示,界面胶材的粘合力主要受其固化程度的影响,FT-IR法对表征环氧树脂的固化率有较高的灵敏度。