全自動金絲球焊機(jī)的改造及應(yīng)用

張甲義

(天水華天科技股份有限公司，甘肅 天水 741000)

隨著IC封裝材料和技術(shù)的進(jìn)步，芯片集成度的增加，產(chǎn)品的引腳、引線、焊盤尺寸等越來越小，芯片接線的間距也越來越密，焊球的直徑也不斷減小，為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率以及快速適應(yīng)市場日新月異的變化，對封裝過程中全自動金絲球焊機(jī)這種高速度、高精度的自動化設(shè)備的精確度、穩(wěn)定性和速度等性能要求越來越高。早期的全自動金絲球焊機(jī)已不能滿足高精度打線的工藝要求，逐漸被淘汰報廢。

為了適應(yīng)IC封裝產(chǎn)品中的特殊工藝要求，芯片打線后表面點(diǎn)絕緣膠保護(hù)芯片表面的特殊工藝流程隨之誕生，為此將一些速度慢、定位精度差、成品率和利用率低的早期全自動金絲球焊機(jī)，通過增加機(jī)械裝置和控制系統(tǒng)將其改造成為時間/壓力型全自動點(diǎn)膠機(jī)，成本低廉、操作方便、易于維護(hù)，可以滿足加工打線后的芯片表面點(diǎn)膠產(chǎn)品工藝要求，這樣既能達(dá)到設(shè)備資源合理利用，又在點(diǎn)膠工藝中應(yīng)用技術(shù)方面進(jìn)行了有益的探索，并取得較好的效果。

1 改造成的時間/壓力型點(diǎn)膠機(jī)的系統(tǒng)組成和工作原理

1.1 系統(tǒng)組成

機(jī)械系統(tǒng)：包括點(diǎn)膠機(jī)械裝置組件，工作臺定位、夾具、步進(jìn)裝置，左、右升降機(jī)，頂料機(jī)構(gòu)和機(jī)器箱體框架。

控制系統(tǒng)：包括電源、伺服電動機(jī)等執(zhí)行原件及其驅(qū)動線路板，以及由PC機(jī)及其相應(yīng)的硬件、軟件所構(gòu)成的控制系統(tǒng)，其中包括控制開關(guān)和各種指示器。

時間/壓力型點(diǎn)膠系統(tǒng)：包括氣壓穩(wěn)定裝置，控制氣閥裝置，比例調(diào)節(jié)閥，電磁閥等組成的膠量分配器，連接氣管，膠筒和點(diǎn)膠頭。

1.2 組成框圖(見圖1)

圖1 全自動金絲球焊機(jī)改造成點(diǎn)膠機(jī)組成框圖

1.3 工作原理

運(yùn)送料部分：由工作臺定位夾具、步進(jìn)裝置及兩個升降臺組成，點(diǎn)膠時自動運(yùn)送框架。裝有待點(diǎn)膠框架的料盒置入左升降機(jī)，之后頂料桿將一框架頂入工作臺，步進(jìn)裝置運(yùn)送框架以逐個單元步進(jìn)到點(diǎn)膠位置上夾具定位。當(dāng)框架中的全部單元點(diǎn)膠完成后，將通過右步進(jìn)器運(yùn)送到右升降機(jī)的料盒內(nèi)。

點(diǎn)膠實(shí)現(xiàn)部分：流體點(diǎn)膠是以一種受控的方式對流體膠進(jìn)行準(zhǔn)確分配的過程，全自動金絲球焊機(jī)實(shí)現(xiàn)自動化點(diǎn)膠功能是利用其邏輯、伺服、驅(qū)動控制線路板，與調(diào)節(jié)快捷準(zhǔn)確的點(diǎn)膠頭機(jī)械x、y、z位置直線導(dǎo)軌三維精密定位裝置的有效結(jié)合，通過控制膠量分配器的動作使得理想大小的膠體從膠筒的點(diǎn)膠頭處滴出，點(diǎn)在芯片表面。

膠量控制部分：時間/壓力型點(diǎn)膠技術(shù)是采用脈動的空氣壓力和膠桶配合實(shí)現(xiàn)點(diǎn)膠的，利用膠量分配器和氣缸氣控原理實(shí)現(xiàn)點(diǎn)膠時間、壓力的可調(diào)節(jié)控制，通過設(shè)定點(diǎn)膠壓力和點(diǎn)膠時間控制相關(guān)閥的動作，通過氣管將壓縮空氣壓力作用于裝有要被點(diǎn)出膠的膠筒，控制最終的點(diǎn)出膠量大小。

設(shè)備改造前后見圖2、圖3。

圖2 改造前設(shè)備照片

圖3 改造后設(shè)備照片

1.4 工作流程圖(見圖4)

圖4 時間/壓力型點(diǎn)膠機(jī)工作流程圖

2 改造成的點(diǎn)膠機(jī)在芯片表面點(diǎn)膠工藝中的應(yīng)用

2.1 芯片表面點(diǎn)膠工藝介紹

芯片表面點(diǎn)膠工藝不同于目前廣泛用于各類型電子封裝過程中的點(diǎn)膠工藝，它是存在于IC封裝過程中的一種特殊工藝，它實(shí)質(zhì)上就是將理想大小的膠流體點(diǎn)在打線后芯片的合適位置上，然后烘烤固化以實(shí)現(xiàn)對芯片表面的保護(hù)。

2.2 工藝流程

減薄、劃片—裝片—烘烤固化—球焊—芯片表面點(diǎn)膠工藝—放置、烘烤固化—塑封

2.3 烘烤曲線(見圖5)

圖5 烘烤曲線圖

2.4 工藝要求

為了防止壓傷芯片表面，同時又不影響點(diǎn)膠質(zhì)量，要求芯片表面到點(diǎn)膠頭高度為0.8～1.0mm。保護(hù)膠以100%覆蓋芯片表面且不溢出為準(zhǔn)，膠體高度具體見圖6所示，圖中H為保護(hù)膠高度，L為線弧高度(L＜H)。

圖6 保護(hù)膠高度示意圖

2.5 點(diǎn)膠產(chǎn)品圖片(見圖7、圖8)

圖7 點(diǎn)膠產(chǎn)品，芯片與保護(hù)膠完好結(jié)合

圖8 保護(hù)膠的面積≥100%芯片面積

3 點(diǎn)膠技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)缺點(diǎn)

時間/壓力型點(diǎn)膠機(jī)是采用脈動的空氣壓力控制技術(shù)，因此點(diǎn)出的膠體大小不僅和氣壓大小、點(diǎn)膠時間長短有關(guān)，而且整個系統(tǒng)如氣管直徑、氣管長度、膠筒容量、膠體密度、點(diǎn)膠頭內(nèi)徑等的動態(tài)特性都對其有影響。其優(yōu)點(diǎn)是將報廢的早期全自動金絲球焊機(jī)改造利用，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，操作方便，適應(yīng)性好，可用于芯片等各種對象；缺點(diǎn)是脈動壓縮空氣工作過程中的動態(tài)特性會改變膠體黏度和大小，導(dǎo)致點(diǎn)出的膠量隨著變化，點(diǎn)膠質(zhì)量難以保證，點(diǎn)膠速度難以提高。

4 影響點(diǎn)膠質(zhì)量的因素

我們評價點(diǎn)膠的質(zhì)量主要看其準(zhǔn)確性和一致性兩個指標(biāo)，實(shí)際應(yīng)用中只靠點(diǎn)膠技術(shù)是不能完全保證點(diǎn)膠質(zhì)量的，還有很多影響點(diǎn)膠質(zhì)量的因素，包括膠體的黏度、膠體材料自身的強(qiáng)度、點(diǎn)膠后烘烤過程的加熱情況等。而點(diǎn)膠技術(shù)中影響點(diǎn)膠質(zhì)量最主要的因素是點(diǎn)膠時間和點(diǎn)膠壓力，因?yàn)辄c(diǎn)膠過程中某些參數(shù)并不是始終保持不變的，如膠筒內(nèi)的膠體體積就會隨著點(diǎn)出膠量的增大而逐漸減少，所以相應(yīng)的氣動系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化也會影響點(diǎn)膠最終質(zhì)量，圖7是點(diǎn)膠時間、壓力和點(diǎn)出膠量的關(guān)系圖。

圖9 點(diǎn)膠時間、壓力和膠量關(guān)系圖

5 改進(jìn)提高措施

實(shí)際應(yīng)用過程中影響質(zhì)量的因素在一定程度上是可以克服的，主要有以下幾點(diǎn)：

(1)膠體需在規(guī)定的有效期內(nèi)使用完，儲存溫度要求-5℃；

(2)使用時搖勻膠體，保證膠筒內(nèi)膠體無氣泡；

(3)烘烤過程嚴(yán)格按照“膠體烘烤曲線”執(zhí)行；

(4)針對不同大小的芯片，根據(jù)其表面面積設(shè)置合適的點(diǎn)膠時間、壓力；

(5)保證點(diǎn)膠機(jī)的連接氣管、膠筒和點(diǎn)膠頭等接口處無漏氣現(xiàn)象。

6 結(jié)束語

本文針對定位精度差、成品率以及利用率低的全自動金絲球焊機(jī)，結(jié)合該設(shè)備性能，通過增加點(diǎn)膠控制系統(tǒng)，成功地改造成為時間/壓力型全自動點(diǎn)膠機(jī)，并對此點(diǎn)膠機(jī)的系統(tǒng)組成和工作原理，以及在芯片表面點(diǎn)膠工藝中的應(yīng)用進(jìn)行了系統(tǒng)綜述，同時分析了芯片表面點(diǎn)膠技術(shù)的相對優(yōu)缺點(diǎn)及相關(guān)的質(zhì)量影響因素。最終使改造后的時間/壓力型全自動點(diǎn)膠機(jī)能夠滿足單排引線、單元步距、不同寬度類型的引線產(chǎn)品的點(diǎn)膠能力、質(zhì)量達(dá)到點(diǎn)膠產(chǎn)品技術(shù)要求。