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引線鍵合的低成本分析
Equipment for Electronic Products ManufacturingEPE（總第160期）May.2008引線鍵合的低成本解決方案Jong-Soo Cho,Jeong-Tak,Moon(R&D,MK Electron Co.,Ltd.Korea,449-812)摘要:最近,金價不斷上漲突破了35.4美元/g,同時半導體產(chǎn)品特別是存儲器類產(chǎn)品的價格卻不斷下降。目前半導體行業(yè)最大的挑戰(zhàn)是如何控制并降低成本。為了降低引線鍵合的原材料成本,近年來金-銀合金引線已被開始用來替代金線鍵合。但是,由于金-銀合金引線鍵合的器件在測試中出現(xiàn)的故障,不能用于在高濕度環(huán)境下進行可靠性測試(例如PCT測試)的器件,使其在應用上受到限制。研究了傳統(tǒng)Au-Ag合金引線鍵合的電子器件在PCT測試時所產(chǎn)生的故障機理和鈀元素的作用,通過在Au-Ag合金引線中摻入(Pd)鈀元素來阻止在高濕度環(huán)境下進行可靠性測試時出現(xiàn)的故障。關(guān)鍵詞:Au-Ag合金引線;PCT(高壓爐測試);潮濕度;可靠性
1介紹
金被廣泛的作為半導體封裝的引線鍵合。然而，為了降低半導體工業(yè)的成本，用其它廉價的金屬線替代金線成為一個嚴峻的問題。金和銀能純粹的溶解，使高容量的銀作為合金成分加入金成為可能，因此可以節(jié)約半導體封裝中的金屬線成本。這個眾所周知，然而，金銀球與鋁墊之間連接的退化是一個嚴峻的問題。濕度可靠性問題在金銀合金中起的障礙作用給半導體封裝減低成本帶來了困難。有兩個問題需要考慮：（1）為什么金銀球與鋁材料的粘合能力在濕度測試中如此脆弱。（2）在金銀合金線中用Pd元素解決濕度可靠性中未實現(xiàn)的問題。
2討論與結(jié)果
2.1 FAB的三種形狀：第一種連接、第二種連接、環(huán)狀連接
電子掃描顯微鏡圖象監(jiān)測查出在圖1中不論是自由氣球連接第一種連接、第二類針腳連接還是環(huán)狀都有優(yōu)點和缺點。結(jié)果是，我們需要的是在所有情況下都不會出現(xiàn)問題的類型。
2.2高壓爐測試后的連接能力
4N的金、含15%的銀的金、含15%銀和5%鈀的金三種金屬線（直徑均為20微米）以球形方式連接到鋁上面。使這三種樣例作用在JESD 22-A102，高壓爐條件下（121攝氏度，204.9X10（-3）兆帕100%RH）
在圖2中顯示了垂直線描述了連接拉力測試水平，水平線描述了高壓爐測試的持續(xù)時間。查看圖表可以看出含銀15%的金的的金屬線和純金的金屬線對比高壓爐測試24小時后連接拉力水平大幅度下降。再次進行對比，金含量為99.99%的金屬線和含！金中含15%銀5%鈀的金屬線，同樣條件下，他們保持了原來的連接拉力水平。
因此，我們知道鈀元素可以減緩含15%銀的金線在高壓爐測試中連接力的降低。
圖3顯示了球形扭轉(zhuǎn)測試結(jié)果，在含銀15%的金線中，球形扭轉(zhuǎn)測試水平和圖2中的連接拉力測試水平相比較下降緩慢。但總體趨勢和圖2中的連接拉力測試水平幾乎相似。
圖4反映出了含銀15%金線與鋁墊分界面經(jīng)過高壓爐測試后的電子發(fā)射掃描顯微鏡圖像，查看圖片可以發(fā)現(xiàn)在鋁墊上有金屬化合復合物。這就是觀測到的黑色線條，含銀15%的金線與金銀鋁復合物之間的微小裂縫。
圖5顯示了這條線沿著電子發(fā)射掃描顯微鏡圖像中的紅線經(jīng)過電子數(shù)據(jù)測試后的掃描分析，分析還顯示了氧、鋁、金、銀四種元素。作為一個顯著的結(jié)果，我們可以發(fā)現(xiàn)氧氣高峰和鋁高峰周圍是裂縫較多的區(qū)域。從裂縫周圍的鋁氧化物，我們可以猜想裂縫是由鋁氧化物引起的。氧化層與裂縫發(fā)生的原因是電流腐蝕，即銀的移動現(xiàn)象。
圖6顯示了含銀15%的金線之間經(jīng)過電子射線顯微鏡圖像與經(jīng)過電子能量損失光譜儀繪制的氧的圖像的分界面。觀測到IMC的厚度在50至100納米之間，裂縫在10至30納米之間。
經(jīng)過電子能量損失光譜儀分繪制的氧元素都分布在裂縫的區(qū)域，因此裂縫是由腐蝕導致這個結(jié)論再次被證實。
圖7顯示了電子射線顯微鏡和電子能量損失光譜儀分析鈀元素對含銀15%鈀5%的金線球與鋁材料分界面經(jīng)過高壓爐96小時測試后的影響。
查看電子射線顯微鏡和電子能量損失光譜儀圖像可以發(fā)現(xiàn)更稀少的金屬復合物還有更少氧與沒有鈀元素之間的比較。測量得到IMC的厚度在20至30納米之間，并且在電子射線顯微鏡圖像中沒有發(fā)現(xiàn)裂縫。
因此，在含銀15%的金線中加入鈀會使形成的金屬氧化復合物和氧更少，并且沒有裂縫。
3 結(jié)論
3.1含銀15%的金線連接到鋁墊的情況
（1）高壓爐測試使得連接強度大幅下降
（2）鋁氧化層的形成會導致裂縫產(chǎn)生，導致連接能力下降
（3）氧化物形成與裂縫產(chǎn)生的原因是電流腐蝕。在高溫和高濕度條件下，銀會產(chǎn)生移動現(xiàn)象
3.2在含銀15%d的金線中加入鈀的情況
（1）在含銀15%的金線中加入鈀會改善連接能力的在高壓爐測試后的大幅下降
（2）加入鈀使得IMC的產(chǎn)生更少，并且可以防止氧化層的形成
面向LED封裝的XY二自由度的工作臺的設計
學生姓名：賈辰光 班級：0782052
指導老師：張緒坤
摘要：現(xiàn)代LED封裝技術(shù)的發(fā)展基于數(shù)控技術(shù)，數(shù)控技術(shù)和數(shù)控機床理所當然的成為制造業(yè)關(guān)注的焦點。工作臺作為被控對象，通過伺服電機實現(xiàn)精密定位，是數(shù)控機床不可或缺的部分。
本文以設計面向LED封裝的高速、高精密度工作臺為目標，以機械動力學理論知識為基礎，深入的研究了十字型高速、高精密度定位平臺。完成的工作有伺服電機的選型和對工作臺機械部件進行選型設計，其中機械部件的選型設計主要包括滾珠絲杠的選型、滾動導軌的選型、軸承和聯(lián)軸器的選型及主要主要支撐部件的外形設計，確保工作臺的定位精度為，重復定位精度為0.015mm。
關(guān)鍵字：工作臺 滾珠絲杠副 直線滾動導軌副
指導老師簽名：
Two spends XY being geared to the needs of LED encapsulation to liberty working table
Student name: JiaChenguang Class: 0781052
Supervisor: ZhangXukun
Abstract:The development of modern LED encapsulation technology is based on numerical control technology, the numerical control technology and CNC machine , as a matter of course has become the focus of attention of manufacturing industry. As the controlled object ,Workbench realize precision positioning through servo motoring, which is an integral part of the nc machine tools.
Taking the high-speed and high -precision workable of LED encapsulation as object and mechanical dynamics theory knowledge as basis, this paper researches the cruciformed high-speed, high precision positioning platform thoroughly. The work finished includes the lectotype of servo-actuator and design of mechanical part workbench, in which the type selection of mechanical components includes the selection of ball screw ,rolling guaid ,bearing and coupling , and the configuration design of main propping components to ensure the positioning accuracy of worktable for , repositioning precision for 0.015 mm.
Keywords: workbench ball screw linear rolling guide vice
Signature of supervisor:
畢業(yè)設計（論文）任務書
I、畢業(yè)設計(論文)題目：
面向LED封裝的XY二自由度的工作臺的設計
II、畢 業(yè)設計(論文)使用的原始資料(數(shù)據(jù))及設計技術(shù)要求：
1、X-Y行程范圍*：50-400mm；
2、速度范圍：10-800mm/s；
3、負載范圍:150-2500N；
4、分辨率范圍：01-0.01mm；
5、重復定位精度范圍：0.003-0.007mm。
III、畢 業(yè)設計(論文)工作內(nèi)容及完成時間：
1．查閱資料，英文資料翻譯 （2周）1月3日～1月17日
2．撰寫開題報告 （1周）1月18日～1月23日
3. 設計并繪制LED封裝工作臺設計裝配圖 （5周）2月21日～3月27日
4．繪制主要零件圖若干張 （4周）3月27日～4月23日
5．編寫設計計算說明書（畢業(yè)論文）一份 （3周）4月25日～5月21日
6．畢業(yè)設計審查、畢業(yè)答辯 （1.5周）5月23日～ 6月2日
Ⅳ 、主 要參考資料：
[1] 璞良貴，紀名剛主編.機械設計.第七版.北京：高等教育出版社，2001
[2] 趙松年，張奇鵬. 機電一體化機械系統(tǒng)設計.北京： 機械工業(yè)出版社，1996
[3] 徐灝主編，機械設計手冊.北京：機械工業(yè)出版社，1995.12
[4] 李克永.化工機械手冊. 天津: 天津大學出版社，1991.5
[5] M F Caggiano, E Barkley, M Sun, J T Kleban, Electrical modeling of the chip scale ball grid array package at radio frequencies, Microelectronics Journal, 2000, 31:701～709
航空與機械工程系 系 機械設計制造及其自動化 專業(yè)類 0781052 班
學生（簽名）：
填寫日期： 2011 年 1 月 3 日
指導教師（簽名）：
助理指導教師(并指出所負責的部分)：
航空與機械工程 系主任（簽名）：
附注:任務書應該附在已完成的畢業(yè)設計說明書首頁。
學士學位論文原創(chuàng)性聲明
本人聲明，所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立完成的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包含法律意義上已屬于他人的任何形式的研究成果,也不包含本人已用于其他學位申請的論文或成果。對本文的研究作出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式表明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。
作者簽名： 日期：
學位論文版權(quán)使用授權(quán)書
本學位論文作者完全了解學校有關(guān)保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)南昌航空大學可以將本論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。
作者簽名： 日期：
導師簽名： 日期：
南昌航空大學科技學院
畢業(yè)設計（論文）
題 目：面向LED封裝的XY二自由度的工作臺的設計
系 別： 航空工程系
專業(yè)名稱： 機械設計制造及其自動化
班級學號：
學生姓名：
指導教師：
二O一一 年 六 月
畢業(yè)設計（論文）開題報告
題目 面向LED封裝的XY二自由度的工作臺的設計
專 業(yè) 名 稱 機械設計制造及其自動化
班 級 學 號
學 生 姓 名
指 導 教 師
填 表 日 期 2011 年 1 月 23 日
說 明
開題報告應結(jié)合自己課題而作，一般包括：課題依據(jù)及課題的意義、國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢（含文獻綜述）、研究內(nèi)容及實驗方案、目標、主要特色及工作進度、參考文獻等內(nèi)容。以下填寫內(nèi)容各專業(yè)可根據(jù)具體情況適當修改。但每個專業(yè)填寫內(nèi)容應保持一致。
一、選題的依據(jù)及意義：
工作臺系統(tǒng)是LED封裝行業(yè)中的一種重要制造裝備。LED行業(yè)在我國作為一個新興行業(yè)，這幾年來發(fā)展較快，特別是新型半導體（LED）照明，隨著發(fā)光材料與發(fā)光技術(shù)的不斷革新，半導體技術(shù)在照明領(lǐng)域掀起了一場新的革命——半導體照明。半導體（LED）照明產(chǎn)品，尤其是氮化鎵基（GaN）白光 LED照明光源體積小、重量輕、方向性好并可耐各種惡劣條件，在功耗、壽命以及環(huán)保等方面均有不可比擬的優(yōu)越性。隨著第三代半導體材料氮化鎵的突破和藍、綠、白光LED的問世，半導體照明工具有望替代傳統(tǒng)白熾燈、日光燈、鹵素燈的主導地位，成為廣泛應用的節(jié)能環(huán)保的優(yōu)質(zhì)光源，成為照明行業(yè)的主流產(chǎn)品。甚至有人評價說，半導體照明帶來的是“照明領(lǐng)域的第三次革命”，“其意義不亞于以人類高高舉起第一根火把和愛迪生發(fā)明第一只白熾燈為代表的前兩次照明領(lǐng)域的革命?！蹦壳埃琇ED作為“照亮未來的技術(shù)”，已受到越來越多國家的重視。
封裝是指安裝半導體電路外殼，不僅起著安放、固定、密封、保護芯片使之不受外界環(huán)境干擾和腐蝕破壞的作用，而且是溝通內(nèi)部電路與外部電路的橋梁。所謂LED封裝加工是將晶片上的連接點用導線封裝外殼的引腳上，這些引腳又通過導線與其他電路連接，因此，封裝對LED芯片起著重要的作用。而陰險鍵合(Wire blonding)技術(shù)仍然是LED封裝連接技術(shù)中廣泛使用的靈活形式，焊線機是用鋁線（或其他材料）把電路板上的壓焊點與外殼或引線框架上的外引線引出端通過鍵合連接起來。
信息化社會的到來，促進了現(xiàn)代信息顯示技術(shù)的發(fā)展，形成了CRT、LCD、PDP、LED、EL、DLP等系列的信息顯示產(chǎn)品，縱觀各類顯示產(chǎn)品，各有其所長和適宜的市場應用需求。隨著LED材料技術(shù)和工藝的提升，LED顯示屏以突出的優(yōu)勢成為平板顯示的主流產(chǎn)品之一，并在社會經(jīng)濟的許多領(lǐng)域得到廣泛應用，主要包括：
（1）證券交易、金融信息顯示。這一領(lǐng)域的LED顯示屏占到了前幾年國內(nèi)LED顯示屏需求量的50%以上，目前仍有較大的需求。
（2）機場航班動態(tài)信息顯示。民航機場建設對住處顯示的要求非常明確，LED顯示屏是航班住處顯示系統(tǒng)FIDS（Flight information Display system）的首選產(chǎn)品。
（3）港口、車站旅客引導信息顯示。以LED顯示民間為主體的信息系統(tǒng)和廣播系統(tǒng)、列車到發(fā)揭示系統(tǒng)、票務信息系統(tǒng)等共同構(gòu)成客運樞紐的自動化系統(tǒng)，成為國內(nèi)火車站和港口技術(shù)發(fā)展和改造的重要內(nèi)容。
（4）體育場館信息顯示。LED顯示屏作為比賽信息顯示和比賽實況播放的的主要手段已取代了傳統(tǒng)的燈光及CRT顯示屏，在現(xiàn)代化體育場館成為必備的比賽設施。
（5）道路交通信息顯示。智能效通系統(tǒng)（ITS）的興起，在城市效通、高速公路等領(lǐng)域，LED顯示民間作為可變情報板、限速標志等，得到普遍采用。
（6）調(diào)度指揮中心信息顯示。電力調(diào)度、車輛動態(tài)跟蹤、車輛調(diào)高度管理等，也在逐步采用高密度的LED顯示屏。
（7）郵政、電信、商場購物中心等服務領(lǐng)域的業(yè)務宣傳及信息顯示。
（8）廣告媒體新產(chǎn)品。除單一大型戶內(nèi)、戶外LED顯示屏做為廣告媒體外，集群LED顯示屏廣告系統(tǒng)、列車LED顯示屏廣告發(fā)布系統(tǒng)等也已得到采用并正在推廣。
（9）演出和集會。大型LED顯示屏越來越普遍的用于公共和政治目的的視頻直播，如在我國建國50周年大慶、世界各地的新千年慶典等重大節(jié)日中，大型LED顯示屏在播放實況和廣告信息發(fā)布方面發(fā)揮了卓越的作用。
（10）展覽會，LED顯示大屏幕作為展覽組織者提供的重要服務內(nèi)容之一，向參展商提供有償服務，國外還有一些較大的LED大屏幕的專業(yè)性租賃公司，也有一些規(guī)模較大的制造商提供租賃服務。
經(jīng)過近十年的發(fā)展，我國LED顯示屏產(chǎn)業(yè)發(fā)展目前已初具規(guī)模，基本形成了一批具有一定規(guī)模的骨干企業(yè)。進入新世紀，光電子產(chǎn)業(yè)得到廣泛的重視，一些具有實力和影響的企業(yè)把LED顯示屏作為經(jīng)營戰(zhàn)略發(fā)展的重要內(nèi)容，涉足LED顯示屏產(chǎn)業(yè)，中國加入WTO、北京申奧成功等，成為LED顯示屏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的契機，預計在近兩年內(nèi)，我國的LED顯示屏產(chǎn)業(yè)將會有較大的調(diào)整和發(fā)展。
目前國內(nèi)主要LED顯示民間制造廠商主要集中在華東、華北、華南區(qū)域，大型制造商的市場范圍幾乎覆蓋整個國內(nèi)市場。國內(nèi)LED廠商數(shù)量也在逐增加，目前比較上規(guī)模的（年產(chǎn)值在300萬元以上）估計有150余家，其中年產(chǎn)值上千萬的有20余家。而且由于國產(chǎn)LED顯示屏的性價比比較高，市場占有率近100%，國外同類產(chǎn)品基本沒有市場。目前在國內(nèi)市場上，國產(chǎn)LED顯示屏的市場占有率近100%，國外同類產(chǎn)品基本沒有市場，四十三屆世乒賽主會場天津體育中心、京九鐵路、北京西客站首都機場、浦東機場等，均由國內(nèi)代表企業(yè)中標。國內(nèi)LED顯示屏產(chǎn)品及市場發(fā)展迅速，廠家眾多，但目前主導骨干企業(yè)群尚在形成之中，處于群雄逐鹿的時代。隨著LED顯示產(chǎn)品行業(yè)的競爭逐步變得有序，市場即將轉(zhuǎn)入規(guī)?；?、品牌化競爭，當逐步形成實力占據(jù)市場分額50%以上的三到五家企業(yè)時，顯示屏市場將趨于成熟。
節(jié)能是LED最大的特點,在我國具有非常重要的現(xiàn)實意義。中國照明用電約占總電量的12%, 保守估計2010年我國總發(fā)電量將達到30000億度,照明用電將達到約3600億度,如能節(jié)約一半的照明用電就是1800億度,相當于兩個三峽電站的年發(fā)電量。照明節(jié)能產(chǎn)生了兩方面益處：能源消耗的節(jié)約和二氧化碳氣體排放的減少。
根據(jù)LED顯示屏專業(yè)委員會的統(tǒng)計，2001年成員單位的出口額約為4億元人民幣，這是LED顯示屏走向國際市場的良好跡象。國產(chǎn)LED顯示屏走出國門加入國際市場將使LED產(chǎn)業(yè)得到大的提升。
據(jù)科學界預測，到2008年，全球LED的產(chǎn)值將從 2004年的125億美元提高到500億美元。美國能源部研究報告分析，到2010年，美國將有55％的白熾燈和熒光燈被半導體燈替代，每年節(jié)約電費可達 350億美元，半導體燈有望形成500億美元的大產(chǎn)業(yè)。韓國政府也拿出1億美元發(fā)展本國的LED照明產(chǎn)業(yè)。日本則提出，2006年將用半導體燈大規(guī)模替代傳統(tǒng)的白熾燈。目前，美國GE、荷蘭飛利浦、德國歐斯朗三大世界照明生產(chǎn)巨頭紛紛與半導體公司合作組建半導體照明公司，搶占產(chǎn)業(yè)制高點，目標是使半導體照明成為21世紀的新光源。
二、國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢（含文獻綜述）：
目前，大多數(shù)封裝裝備中采用的是電機——滾珠絲杠式的驅(qū)動方式，伺服電機的旋轉(zhuǎn)運動是通過絲杠轉(zhuǎn)為定位平臺的直線運動，其極限加速度可以達到1g。
日本發(fā)明了一種采用直線電磁電機驅(qū)動的XY定位平臺，可以有效地提高定位系統(tǒng)的速度和可靠性。省去了旋轉(zhuǎn)電機驅(qū)動中的傳動環(huán)節(jié)，從而都不痛的提高了 XY定位平臺的性能。但目前存在的問題是，無論用哪種直線電機驅(qū)動方式，動補痛程度的存在滯后、有限響應、有限加速度及速度等問題，且不同程度的限制了定位精度的進一步提高。音圈電機(Yoica Coil Aotuator)是另一種可用于直接驅(qū)動的驅(qū)動元件它是基于安培力原理制造的，除了和直線電機一樣避免了傳動環(huán)節(jié)存在間隙等不足外，在理論上具有無限分辨率，還有無滯后、高響應、高加速度、高速度、體積小、力特性好、控制方便等優(yōu)點使音圈電機更適用于要求高加速度，高頻激勵，快速和高精度定位的控制系統(tǒng)中[ss.}s]將其用于高頻啟動和轉(zhuǎn)向的引線鍵合設備定位機構(gòu)中，無疑是理想的選擇。
如下圖所示即為音圈電機應用在半導體加工設備中的XY定位平臺上的實例，在該X7定位平臺單方向，即X向采用了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的音圈電機驅(qū)動，Y向
則用平面直線電機驅(qū)動.新加坡發(fā)明的雙向都采用音圈電書1來驅(qū)動的XY精密定位平臺，即在該安裝有焊頭的XY定位平臺中，其X向和Y向均采用音圈電機進行驅(qū)動來實現(xiàn)焊頭在水平面的兩自由度運動。又比如美國BEITedmologies公司的音圈電機也有用在XY定位平臺上的成功范例。
近年來，隨著電子技術(shù)、計算機技術(shù)的發(fā)展，各種形式的封裝樣式越來越多，LED封裝高速、高精度的需求日益緊迫。為進一步提高質(zhì)量和生產(chǎn)率，對該類設備的運動精度和運動速度、加速度等性能提出了更高的要求，也體現(xiàn)了該類作業(yè)裝備向高速、高精度方向發(fā)展的趨勢。這就要求LED的封裝技術(shù)不斷的發(fā)展和改良。
3、 研究內(nèi)容及實驗方案：
主要研究面向LED封裝的XY二自由度的工作臺的設計，主要工作包括電機的選擇、導軌的選擇、軸承的選擇、滾珠絲桿的設計、聯(lián)軸器的選擇、機械結(jié)構(gòu)的設計。
四、目標、主要特色及工作進度
目標：工作臺運行能達到精度要求，工作臺運行可靠。
主要特色：能自動調(diào)節(jié)運行精度。
工作進度：第一周查閱有關(guān)資料，做好準備工作，完成電機的選擇
第二周完成軸的設計以及軸承的選擇
第三周完成帶與帶輪的設計，完成X軸上旋臺的設計
第四周完成導軌的設計，完成滾珠絲桿的設計工作
第五周完成聯(lián)軸器的設計以及X-Y工作臺機械結(jié)構(gòu)的設計
第六周完成工作臺二維與三維圖紙的繪制，并完成文字的整理工作。
5、 參考文獻
[1] 璞良貴，紀名剛主編.機械設計.第七版.北京：高等教育出版社，2001
[2] 趙松年，張奇鵬. 機電一體化機械系統(tǒng)設計.北京： 機械工業(yè)出版社，1996
[3] 徐灝主編，機械設計手冊.北京：機械工業(yè)出版社，1995.12
[4] 李克永.化工機械手冊. 天津: 天津大學出版社，1991.5
[5] M F Caggiano, E Barkley, M Sun, J T Kleban, Electrical modeling of the chip scale ball grid array package at radio frequencies, Microelectronics Journal, 2000, 31:701～709
目 錄
1前 言 1
2 X—Y工作臺的傳動方式 2
3 螺旋絲杠副的選取 3
3.1導程的選取 3
3.2 螺旋傳動型式的選取 4
3.3 計算最大速度和各時段的時間 4
3.4 滾珠絲杠副尺寸選擇計算 5
3.4.1 計算當量載荷 5
3.4.2 計算當量轉(zhuǎn)速 r/min 5
3.4.3計算額定動載荷 5
3.4.4估算滾珠絲杠允許最大軸向變形m（μm） 6
3.4.5滾珠絲杠副的支撐方式選擇 7
3.4.6 估算滾珠絲杠底徑d2m 7
3.4.7 滾珠絲杠副的預緊方式 8
3.4.8 計算預緊力Fp （N） 9
3.4.9 DN值的驗算 9
3.4.10 安裝部精度及其設計 9
3.5 螺旋升角與傳動效率 10
3.5.1 螺旋升角的計算 10
3.5.2 傳動效率的計算 11
3.6 計算行程補償值C （μm） 11
3.7 計算預拉伸力Ft（N） 11
4 滾動軸承型號選擇計算 12
4.1 初步選擇軸承的類型 12
4.2 計算當量動載荷 12
4.3 按額定載荷選擇軸承 13
4.3.1 計算額定動載荷 13
4.3.2額定靜載荷的計算 14
4.3.3 按基本額定動載荷選取軸承 15
5 系統(tǒng)剛度的計算 （N/μm） 17
5.1滾珠絲杠軸本身的軸向剛性，N/μm 17
5.2滾珠螺母本身的軸向剛度 17
5.3計算系統(tǒng)剛度 17
6 電機的選擇 19
6.1 滾珠絲桿副推力與扭矩的關(guān)系公式 19
6.2 工作臺加速扭矩的計算 19
6.3 計算滾珠絲杠預壓扭矩Td 20
6.4 滾珠絲杠副驅(qū)動扭矩的計算 20
6.5馬達的選定 21
7 聯(lián)軸器的選擇 22
8 滾動直線導軌的選擇 23
8.1直線導軌種類選擇 23
8.2 滾動導軌的計算 24
8.2.1 計算導軌的載荷 24
8.2.2 平均載荷的計算 26
8.2.3 導軌型號的選取 26
8.3 防塵措施 27
9 工作臺支撐底座外形的設計 28
結(jié) 論 29
參考文獻 30
致 謝 31
畢業(yè)設計（論文）外文翻譯
題目 面向LED封裝的XY二自由度的工作臺的設計
專 業(yè) 名 稱 機械設計制造及其自動化
班 級 學 號
學 生 姓 名
指 導 教 師
Low Cost Solution for Bonding Wire
Jong-Soo Cho,Jeong-Tak,Moon(R&D,MK Electron Co.,Ltd.Korea,449-812)Abstract:Recently,gold price is going up to over 1,000USD and the price of semiconductor device thatis especially memory device is going down.In semiconductor industry,major concern is cost reduction.To reduce material cost of bonding wire,Au-Ag alloy wire has been tried to be used in electronic de-vices in substitution for Au wire,since several years ago.However,Au-Ag alloy wire could not been ap-plied to such devices due to failures during high humidity reliability test such as PCT(Pressure cookertest).This study investigates failure mechanism during PCT in electronic device of conventional Au-Agwire,the effects of the element(Pd)that was put into Au-Ag wire to prevent the humidity reliability test(PCT)failure.Keywords:Au-Ag wire;PCT(Pressure Cooker Test);Humidity;Reliability收稿日期:2008-04-15·封裝與測試·60電子工業(yè)專用設備Equipment for Electronic Products ManufacturingEPEMay.2008（總第160期）
1 Introduction
Au has been used as bonding wire for semicon-ductor packaging generally.however,in order to re-duce cost in the semiconductor industries,substitutionfor the gold wire by some other low cost wire has be-come a critical issue.As Gold and Silver form com-plete solid solution,it make it possible that Ag ofhigh contents is alloyed to Au,therefore it can savewire cost for semiconductor package.It has reported,however,that degradation of thebond between Au-Ag ball and Al pad is critical prob-lem.These humidity reliability problem acts as thebarrier for the application of Ag alloyed Au wire tosemiconductor package in spite of low cost.The purpose of current paper is to study(1)whybondability between Au-Ag ball and Al metallizationis weakened during humidity test(2)the influence ofPd element alloying on Au-Ag wire to solve the fail-ure problem during humidity reliability.
2 Result and Discussion
2.1 The shapes of FAB,1st Bond, 2nd Bonds,Looping SEM images were observed to check out whether 。Free Air Ball,1st bonded ball,2nd stitch bond,loop-ing were good or not in Fig.1.As a result,It werechecked out that all conditions were no problem.
2.2 The Bondability after PCTAfter the three kinds of wires(Diameter:20μm)-(1)4N Au,(2)Au-15%Ag,(3)Au-15%Ag-5%Pd-on Al metallization were ball-bonded,the samplewere exposed under JESD 22-A102,PCT condition(at 121’C,204.9×10-3 MPa,100%RH).It is shown in Fig.2 that vertical line representBPT(bond pull test)values,and horizontal line repre-sent PCT duration time.Inspection of this chart re-veal that BPT value was drastically decreased afterPCT for 24 h in case of Au-15%Ag,and it wasaround zero after 48 h PCT.On contrast,in case of4N Au(99.99%Au)and Au-15%Ag-5%Pd,it keptstable BPT values.As a result,we could find out preventing Pd ele-ment from bondability degradation of Au-15%Ag during PCT.
Fig.3 shows ball shear test results.In case ofAu-15%Ag,BST values were dropped down slowly,compared with BPT valued in Fig.2,but overalltrends were almost similar to BPT values in Fig.2
STEM image of interface between Au-15%Agball and Al pad,after PCT(121’C,204.9×10-3 MPa,100%RH,96h)is shown in Fig.4.Inspection of thisimage reveal that intermetallic compounds are formedin the region upper Al pad.It was observed that darkline,that is micro crack between Au-15%Ag andAu-Ag-Al intermetallic compounds.
The Fig.5 shows the line scanning analysis byEDS along the red line in left first STEM image,and the analysis was performed for 4 elements that areOxygen,Aluminium,Gold,Silver.As a remarkable results,it could be detected that there is region whereOxygen peak and Al peak is high around crack.
Judging from existence of Aluminium oxidearound the crack,it was inferred that the crack is gen-erated by Al-Oxide.It’s considered that the reasonfor the oxide layer&crack occurrence is galvanic corrosion,Ag migration phenomena
2.3 TEM,EELS Analysis
Fig.6 shows TEM(Transmission Electron Mi-croscopy)image&oxygen mapping image by EELS(Electron Energy Loss Spectrometer)for the interfacebetween Au-15%Ag wire.The thickness of IMC wasobserved around 50～100 nm,and that of crack wasaround 10～30 nm.
As analyzed by EELS mapping,Oxygen elementis distributed along the crack region,therefore it couldbe acknowledged that the crack occurred by corrosionby this results again.
It was shown that the TEM&EELS analysis re-sults to investigate the influence of Pd element on in-terface between Au-15%Ag-5%Pd ball and Al metal-lization,after PCT 96 h in Fig.7.
Inspection of the TEM&EELS images revealthat it has thinner intermetallic compounds band andless Oxygen distribution compared with case withoutPd element.The thickness of IMC was measured tobe around 20～30 nm,no crack was observed inTEM image.
As a results,It was observed that the less inter-metallic compounds formation,no crack formation,lessOxygen region,in adding Pd element to Au-15%Ag.
3 Conclusions
3.1 The case of bonding Au-15%Ag to Al pad
(1)PCT degrades bond strength drastically.
(2)As a result of Al-oxide layer forming,the mi-cro crack is generated,it makes bondability degradation.
(3)It is considered that the reason for oxide layerforming&crack generation is galvanic corrosion,Agmigration phenomena under high temp.and humidity.
3.2 The case of bonding Au-15%Ag-5%Pd
ball to Al pad
(1)The addition of Pd in Au-15%Ag improves bondability degradation
after PCT considerably
(2)The addition of Pd induces less IMC forma-tion,and it prevents oxide layer
forming