ZR加熱電機LRHS5040在熱壓鍵合TCB中的創新應用
2024-07-20
ZR加熱電機LRHS5040在熱壓鍵合TCB中的創新應用
2024-07-20 00:00:00
隨著半導體產品高性能、輕薄化發展，傳統的倒裝回流焊封裝工藝，因其翹曲、橋接、移位等各種缺陷，逐漸被熱壓鍵合TCB所取代。TCB工藝設備是半導體設備領域具有極大發展潛力的高端設備市場。
TCB熱壓鍵合的工藝流程包括準備工作、助焊劑涂布、對位、熱壓鍵合、冷卻和封裝等，其中對位、熱壓鍵合最為重要。
TCB工藝對鍵合設備要求極為苛刻，必須具備高精度對準系統、快速溫度控制系統、精準壓力控制系統三大關鍵工藝指標，以確保芯片/元件鍵合質量。
如果說貼片頭是TCB工藝設備的心臟，那么控制了鍵合溫度、鍵合力度和位移的ZR電機則是整個TCB設備的中樞神經系統。
目前國內TCB工藝設備主要依靠進口，且價格高昂、生產效率低下、靈活性不足，針對這些問題，國奧科技研發的LRHS5040加熱ZR電機，能為新一代TCB工藝設備提供更高的貼放精度、更快的加熱降溫能力、更具成本效益和更靈活的應用解決方案，可貼裝更薄的晶片，支持小間距的多晶片貼裝。
01
高穩定性、高精度對準系統
LRHS5040 ZR電機可提供±1μm徑向偏擺、±2μm直線度，能有效控制貼片頭高精度垂直方向運動。
另有±2μm直線重復定位精度、±0.01°旋轉重復定位精度的技術加持，再搭配高分辨率的相機系統，能極大減小芯片和基板的水平位置偏差。晶圓凸點熔化過程中，錫球（Solder Ball）由固態轉變為液態，壓力發生變化會產生微移動，此時貼片頭由應力控制轉為位置控制與應力控制共存，Z軸與R軸即可共同實現精細位移控制。
02
快速、精準均勻加熱降溫系統
在TCB熱壓鍵合中，溫控系統同時影響了鍵合質量與鍵合效率。國奧科技LRHS5040ZR加熱電機具備±0.01/s°C高速加溫的功能，能有效避免過多的熱量持續加載給基板，縮短了貼片鍵合所需時間。
該方案提供0°C-450°C溫度范圍，滿足多種溫度需求；可實現±1°C精準控溫，確保鍵合良率。
貼片頭底部采用“陶瓷”材質，有極佳的均勻導熱性能，能有效解決因加熱不均勻導致基板上的組件傾斜，減少薄款芯片貼裝過程中翹曲、焊球橋接、電介質裂紋等問題的出現。
03
特制氮氣裝置預防氧化
由于鍵合區域的氧氣濃度過高會影響鍵合的質量，比如孔洞（voids）的形成從而影響鍵合強度。
為此，國奧科技LRHS5040ZR加熱電機方案，特制了吹氮氣（N2）裝置系統，其密封腔內充滿了氮氣，芯片在加熱過程中，裝置排出適量氮氣，將氧氣的濃度控制在100ppm以下，以防止芯片氧化。這也為使用氧化材料(如銅等)進行
TCB 工藝創造了一個適合的氣氛環境，進一步拓展了TCB 工藝應用領域。
04
雙Z軸設計，速度精度并存
LRHS5040ZR加熱電機采用全新雙段式Z軸設計，大Z軸和小Z軸協同工作，一個兼顧大推力、大行程的實現；一個負責高精度力控和高精度定位的控制，有效解決了同時實現高速度、大行程、大推力、高精度的難題。雙Z軸設計方案提高了TCB工藝在不同的芯片元件封裝上的適用性。
05
高精度、超大區間力控
高精度力控系統是確保TCB工藝質量的重要指標，過大的壓力會導致鍵合被壓扁、芯片傾斜甚至芯片破裂，輸出壓力過小會降低熱壓鍵合的強度。
LRHS5040ZR加熱電機配備了高精密的壓力控制系統，可實現30g-50000g（500N）無死區力控，30g-1000g力控精度小于10%，1000g-50000g力控精度小于5%。
該方案可通過檢測電流反饋，實時監測貼片頭在垂直方向運動中的壓力情況，確保芯片和基板之間的貼合度。
06
多電機組合，高效批量生產
目前市面上的TCB工藝熱壓鍵合方案都是單個貼片頭設置，每次只能加工一顆芯片，封裝效率只能達到回流焊封裝的五分之一甚至十分之一，且核心部件體積普遍較大，導致設備產線繁雜占地。
LRHS5040ZR加熱電機尺寸為335*50*185mm，緊湊輕巧機身，可多電機并排組合，產線布置靈活簡便；一次可加工多顆芯片，解決了TCB生產效率低下的技術難題，極大提高了TCB工藝吞吐量。
07
貼片頭可更換，適用性更強
在TCB熱壓鍵合中，貼片頭直接影響了鍵合質量。國奧科技LRHS5040ZR加熱電機方案貼片頭可靈活更換，能實現同一個設備貼裝不同尺寸的芯片、不同類型的元件，使得設備有著極高的加工精度及更強的適用性，不但可用于基板級封裝，還可用于晶圓級封裝，同時有效降低了總運營成本。
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