一种基于温度-压力双反馈的锁付力自适应控制方法与流程

本发明涉及温度压力锁付控制，具体涉及一种基于温度-压力双反馈的锁付力自适应控制方法。

背景技术：

1、在半导体先进封装工艺中，裸die芯片的贴装锁付是一道关键工序，锁付头通过施加垂直方向的压力将芯片压合于基板之上，此过程中锁付力的大小与分布均匀性直接决定了芯片的存活率和封装良率。

2、为保护脆性极高的裸die芯片不被压损，业界普遍在锁付头与芯片之间设置一层具有温度响应特性的智能缓冲材料，该材料的弹性模量与阻尼特性随温度变化而发生显著改变。锁付设备的力控制主要采用以压力传感器采集的接触压力作为唯一反馈量的单变量闭环控制方案，温度控制回路与力控制回路相互独立运行，不存在信息交互与协同调节机制。然而，智能缓冲材料在锁付过程中因摩擦生热、环境温度波动以及接触界面的热传导作用，其温度场分布处于持续动态变化之中，材料的等效弹性模量随温度变化可发生显著偏移，导致压力传递链路的动态响应特性随之改变。现有单压力反馈方案无法感知材料的实时力学状态变化，当压力传感器检测到异常压力值时，材料的力学状态已经因温度变化而发生实质性改变，此时再进行反馈调节已存在固有的时间滞后，极易造成调节超调或欠调，无法实现对芯片的有效保护。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本发明提供了一种基于温度-压力双反馈的锁付力自适应控制方法。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种基于温度-压力双反馈的锁付力自适应控制方法，包括：

3、获取锁付工艺参数，锁付工艺参数包括目标压力值、目标位移值以及芯片表面监测微元的等效应力安全阈值；

4、根据锁付工艺参数设定锁付头的运动速度曲线，启动锁付过程，通过温度传感器阵列与压力传感器阵列同步采集智能缓冲材料的温度场数据与压力场数据，并同步获取锁付头的位移数据；

5、基于温度场数据，查询温度-力学特性映射数据库，辨识智能缓冲材料的当前等效弹性模量与等效阻尼系数；

6、基于当前等效弹性模量、等效阻尼系数以及位移数据，对压力场数据进行动态补偿校正，生成芯片表面有效压力分布估计值；

7、依据芯片表面有效压力分布估计值，结合等效应力安全阈值，评估芯片安全承压状态，生成全局安全风险等级标识；

8、当全局安全风险等级标识为预警状态时，生成预防性微调指令，预防性微调指令包含锁付头的目标调节位移量与目标调节速度；

9、执行预防性微调指令，并重复执行采集、辨识、补偿校正与评估步骤，直至芯片安全承压状态满足预设条件；

10、当芯片安全承压状态满足预设条件时，判定锁付完成并输出锁付结果。

11、在一些实施例中，通过温度传感器阵列与压力传感器阵列同步采集智能缓冲材料的温度场数据与压力场数据，并同步获取锁付头的位移数据，包括：

12、根据锁付工艺参数，设定锁付头的三段式运动速度曲线，三段式运动速度曲线包含快速接近段、缓冲接触段与压力加载段；

13、在锁付头按照三段式运动速度曲线运动的过程中，以预设采样周期同步采集温度传感器阵列输出的温度信号、压力传感器阵列输出的压力信号以及位移传感器输出的位移信号，预设采样周期小于锁付头机械系统主导时间常数的五分之一；

14、对同步采集的温度信号、压力信号与位移信号分别进行有效性校验，有效性校验包括温度值范围校验、压力值单调性校验以及位移-压力一致性校验；

15、剔除未通过有效性校验的异常数据，对剔除后剩余的有效数据打上统一时间戳，生成温度场数据、压力场数据与位移数据。

16、在一些实施例中，基于温度场数据，查询温度-力学特性映射数据库，辨识智能缓冲材料的当前等效弹性模量与等效阻尼系数，包括：

17、对温度场数据中各温度测点的离散温度值进行空间插值，重构得到智能缓冲材料与芯片接触界面的连续二维温度场分布；

18、基于连续二维温度场分布，以各温度测点所代表的影响区域面积为权重，计算接触界面的面积加权平均温度值，作为当前时刻的特征温度；

19、以特征温度为查询索引，在温度-力学特性映射数据库中进行查表插值，得到全局等效弹性模量与全局等效阻尼系数；

20、计算各温度测点的温度值与特征温度之间的偏差，对偏差超过预设梯度阈值的测点，以该测点的局部温度独立执行查表插值，得到局部力学状态修正矩阵。

21、在一些实施例中，计算各温度测点的温度值与特征温度之间的偏差，对偏差超过预设梯度阈值的测点，以该测点的局部温度独立执行查表插值，得到局部力学状态修正矩阵，包括：

22、逐一计算各温度测点的温度值与特征温度之间的温度偏差值，将温度偏差值的绝对值超过预设梯度阈值的温度测点标记为局部修正测点；

23、以各局部修正测点的局部温度替代特征温度作为查询索引，在温度-力学特性映射数据库中进行查表插值，得到各局部修正测点对应的局部等效弹性模量与局部等效阻尼系数；

24、按各局部修正测点在接触界面上的空间位置，将各局部等效弹性模量与各局部等效阻尼系数组织为局部力学状态修正矩阵，局部力学状态修正矩阵中非局部修正测点位置处的元素取全局等效弹性模量与全局等效阻尼系数。

25、在一些实施例中，基于当前等效弹性模量、等效阻尼系数以及位移数据，对压力场数据进行动态补偿校正，生成芯片表面有效压力分布估计值，包括：

26、将智能缓冲材料的力传递过程等效为一阶惯性环节，一阶惯性环节的时间常数由当前等效阻尼系数与当前等效弹性模量之比确定；

27、对压力场数据中各压力测点的压力值序列，以一阶惯性环节的逆模型进行动态补偿运算，动态补偿运算在离散时间域中执行，当前时刻的补偿后压力值由当前时刻的原始压力值、上一时刻的补偿后压力值以及当前等效弹性模量与当前等效阻尼系数共同确定；

28、对局部力学状态修正矩阵中各局部修正测点空间位置对应的压力测点，以该局部修正测点对应的局部等效弹性模量与局部等效阻尼系数替代当前等效弹性模量与当前等效阻尼系数，独立执行动态补偿运算；

29、将各压力测点补偿后的压力值按空间位置排列，生成芯片表面有效压力分布估计值。

30、在一些实施例中，对压力场数据中各压力测点的压力值序列，以一阶惯性环节的逆模型进行动态补偿运算，包括：

31、将一阶惯性环节的逆模型在离散时间域中离散化，得到一阶差分方程形式的补偿运算规则；

32、根据当前等效弹性模量与当前等效阻尼系数，实时更新一阶差分方程的补偿系数，补偿系数与一阶惯性环节的时间常数成反比关系；

33、针对各压力测点，逐采样周期执行补偿运算规则：

34、当前采样周期的补偿后压力值，等于当前采样周期的原始压力值与上一采样周期的补偿后压力值的加权组合，加权组合的权重由实时更新的补偿系数确定；

35、当当前等效弹性模量增大时，补偿系数相应增大，使加权组合中当前采样周期的原始压力值所占权重增大；

36、当当前等效阻尼系数增大时，补偿系数相应减小，使加权组合中上一采样周期的补偿后压力值所占权重增大。

37、在一些实施例中，依据芯片表面有效压力分布估计值，结合等效应力安全阈值，评估芯片安全承压状态，生成全局安全风险等级标识，包括：

38、将芯片表面有效压力分布估计值映射至芯片表面各监测微元，对未被压力测点直接覆盖的监测微元进行空间插值，生成覆盖芯片全表面的连续有效压力场分布；

39、计算连续有效压力场分布的面积加权平均有效压力值，将面积加权平均有效压力值与抗压强度阈值进行比较，生成均匀压应力评估结果；

40、基于连续有效压力场分布的空间梯度，结合芯片厚度与背面支撑条件，依据薄板弯曲理论计算各监测微元的弯曲应力，将弯曲应力与等效应力安全阈值进行比较，生成弯曲应力评估结果；

41、根据均匀压应力评估结果与弯曲应力评估结果，综合判定全局安全风险等级标识，全局安全风险等级标识包含安全状态、预警状态与危险状态三个等级。

42、在一些实施例中，基于连续有效压力场分布的空间梯度，结合芯片厚度与背面支撑条件，依据薄板弯曲理论计算各监测微元的弯曲应力，包括：

43、针对各监测微元，沿第一水平方向取与该监测微元相邻的两个监测微元的有效压力值，通过中心差分方法计算该监测微元在第一水平方向上的第一压力梯度；

44、沿第二水平方向取与该监测微元相邻的两个监测微元的有效压力值，通过中心差分方法计算该监测微元在第二水平方向上的第二压力梯度，第二水平方向与第一水平方向正交；

45、基于第一压力梯度、第二压力梯度，结合芯片厚度与背面支撑条件，依据薄板弯曲理论分别计算该监测微元在第一水平方向上的第一弯曲应力分量与在第二水平方向上的第二弯曲应力分量；

46、对第一弯曲应力分量与第二弯曲应力分量进行矢量合成，得到该监测微元的弯曲应力值。

47、在一些实施例中，当全局安全风险等级标识为预警状态时，生成预防性微调指令，预防性微调指令包含锁付头的目标调节位移量与目标调节速度，包括：

48、计算芯片表面有效压力分布估计值与目标压力分布之间的差值，作为期望压力调节量；

49、基于锁付系统多物理场耦合标定模型的逆解运算，结合当前等效弹性模量，根据期望压力调节量估算锁付头的目标调节位移量；

50、根据目标调节位移量，采用加速度连续变化的s型速度规划曲线，生成锁付头的目标调节速度；

51、根据当前芯片受力状态的变化速率，自适应设定响应时限，生成包含目标调节位移量、目标调节速度与响应时限的预防性微调指令。

52、在一些实施例中，根据锁付工艺参数设定锁付头的运动速度曲线，启动锁付过程，包括：

53、根据当前待贴装芯片的规格标识码，从工艺数据库中调取对应的锁付工艺参数；

54、在快速接近段，控制锁付头以第一速度向芯片贴装面运动，直至锁付头端面与智能缓冲材料上表面之间的间隙减小至预设接近间隙阈值；

55、当间隙减小至预设接近间隙阈值时，切换至缓冲接触段，控制锁付头以低于第一速度的第二速度继续下行，直至压力传感器阵列检测到大于预设接触判定阈值的压力信号；

56、当压力传感器阵列检测到大于预设接触判定阈值的压力信号时，切换至压力加载段，控制锁付头按预设加载速率继续下压，直至达到目标压力值或目标位移值，启动锁付过程。

57、区别于现有技术，上述技术方案通过温度传感器阵列实时采集温度场数据，基于温度-力学特性映射数据库在线辨识智能缓冲材料的当前等效弹性模量与等效阻尼系数，并将其用于压力场数据的动态补偿校正，生成芯片表面有效压力分布估计值，解决了现有技术中温度控制与力控制相互割裂、无法感知材料实时力学状态变化而导致的控制滞后问题。同时，基于补偿后的有效压力分布评估芯片安全承压状态，在预警状态下生成预防性微调指令，实现了从被动紧急制动到主动预见性保护的转变，消除了热-力耦合效应带来的控制滞后与调节超调，显著提升了锁付力控制的响应速度与调节精度，降低了芯片隐裂和崩边的发生概率，提高了封装良率。

58、上述 技术实现要素： 相关记载仅是本技术技术方案的概述，为了让本领域普通技术人员能够更清楚地了解本技术的技术方案，进而可以依据说明书的文字及附图记载的内容予以实施，并且为了让本技术的上述目的及其它目的、特征和优点能够更易于理解，以下结合本技术的具体实施方式及附图进行说明。