浅谈贴装关键技术及现状

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贴片机实际上是一种精密的工业机器人,它充分发挥现代精密机械、机电一体、光电结合,以及计算机控制技术的高技术成果,实现高速度、高精度、智能化的电子组装制造设备。根据组装技术要求和制造厂商设计理念,人们推出不同功能、不同用途、不同档次的的贴片机。

 

先进封装贴片设备主要应用于逻辑器件、存储器、MEMS、LED、Optoelectronic、RF、LD 等器件的微组装,组装工艺包含 C2C、C2W、W2W 、2.5D/3D 封装,其中高密度 3D 封装是未来发展趋势,通过TSV(硅穿孔)技术,实现堆栈芯片互联,高密度3D 封装明显的特征是可使产品的尺寸和质量减小到原来的 1/5~1/10,其主要采用的贴片技术有回流焊、热压键合、共晶焊、粘胶工艺、超声键合、紫外固化、导电胶工艺等。

 

先进封装贴片机设备的开发涉及到多学科的系统工程,设备主要性能指标为贴片精度和贴片产率,目前大部分贴片机要么满足高精度贴片,要么为高产率贴片,同时满足两项指标是当前面临的挑战。

 

从结构的稳定性和环境温度的影响考虑,贴片机结构框架设计中,尽量选用比刚度好的材料,即材料的弹性模量与密度的比值。这类材料的刚性好,质量轻,如大理石框架、铸铁框架,高精度贴片设备在框架底部增加被动或主动减振系统,减少地基振动的干扰。从误差尺寸链分析角度考虑,同时要考虑兼顾材料的热膨胀系数,系数越小,测量系统受到环境温度影响的越小。

 

从产率提升上考虑,结构设计尽量满足物料供给和目标贴片位置间再小化,缩短路径,减小物料转运时间,因为单颗贴片的循环时间中,约 70%时间用于物料搬运。如在ESEC 机型中,曾将 Wafer供料盘和基板运送轨道设置成倾斜布局结构,避免空间干涉的同时缩短物料搬运路径。

 

结构设计中,贴片头是结构设计的关键部件,为了适应贴片工艺,除了满足基本的负压吸附芯片,还要满足多自由调平,保证贴片工艺中芯片和基底紧密均匀贴合,部分工艺还需加压和加热,满足共晶贴片工艺。

 

随着近年来我国在集成电路产业上的持续投入,国产设备供应商也将迎来新的机遇和挑战。推动国内贴片设备向高端发展,先要解决相关技术落后的问题,贴片设备开发中的关键技术,如视觉对位系统开发、结构设计仿真和精密运动控制技术,融合了光、机、电、软件、算法等多学科基础知识,同样也依赖于国内基础工业的发展。

未来先进封装贴片设备需要具备多功能、模块化、柔性化、智能化特性,只有不断投入对关键技术的研究和开发,才能突破国外的技术出口限制,在市场竞争中立于不败之地。

 

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文章来源: 半导体封装工程师之家