[發(fā)布日期：2024-07-30 17:05:06] 點(diǎn)擊：
摘要：真空壓力除泡機(jī)和除泡烤箱在電子行業(yè)的應(yīng)用十分廣泛，但現(xiàn)有除泡機(jī)存在的最大問(wèn)題是選擇了開(kāi)關(guān)式閥門(mén)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)真空和壓力既準(zhǔn)確又快速的控制。為此，本文提出了升級(jí)改造技術(shù)方案，即采用雙向PID控制器和快速電動(dòng)球閥開(kāi)度大小的連續(xù)調(diào)節(jié)，可在各種規(guī)格尺寸的除泡機(jī)上實(shí)現(xiàn)真空壓力的快速準(zhǔn)確控制。
1. 問(wèn)題的提出
真空壓力除泡烤箱常用于半導(dǎo)體、5G通訊、新能源、汽車(chē)電子、消費(fèi)電子、航天軍工等領(lǐng)域的芯片黏結(jié)(DAF)、屏幕貼合(OCA)、底部填充膠(Underfill)、灌封膠(Potting)或印刷涂覆膠(Printing)等工藝制程中，可有效消除氣泡，增加粘附力和密封性，提高產(chǎn)品良率、一致性和可靠性。真空處理是為了防止粘結(jié)劑受熱氧化，加壓充氣是將粘結(jié)劑內(nèi)的氣泡壓除，避免氣泡的產(chǎn)生，使得半導(dǎo)體芯片與片材在后續(xù)的回焊過(guò)程中不會(huì)受到較大的應(yīng)力而避免損壞。真空壓力除泡的典型過(guò)程如圖1所示，首先對(duì)載有半導(dǎo)體芯片以及片材的烤箱抽真空并充氮?dú)獾臎_洗循環(huán)，盡可能減少腔室內(nèi)的氧分子，然后將腔室內(nèi)壓力控制在微負(fù)壓狀態(tài)，使腔室內(nèi)氮?dú)怏w積為箱體體積的60%～70%。隨后控制加熱器加熱使腔室內(nèi)部環(huán)境溫度升高到80℃，并將加熱器周?chē)臒釟獯抵涟雽?dǎo)體芯片上，防止將半導(dǎo)體芯片以及片材粘結(jié)劑固化。隨后再次通入氮?dú)庠谇皇覂?nèi)形成高壓環(huán)境，高壓氮?dú)鈱⒄辰Y(jié)劑內(nèi)的氣泡壓除清理，完成氣泡的清除工作，同時(shí)將腔室內(nèi)部環(huán)境加熱至150℃并保持恒定，使得粘結(jié)更加穩(wěn)定，半導(dǎo)體芯片的質(zhì)量更好。最后停止加熱和通過(guò)水冷機(jī)構(gòu)將箱體內(nèi)部的溫度降低，泄壓后完成工作。
整個(gè)除泡過(guò)程需要包含以下幾方面的內(nèi)容：
(1)真空壓力的變化過(guò)程需要準(zhǔn)確的可編程程序控制，可使整個(gè)處理過(guò)程完全自動(dòng)運(yùn)行。
(2)所配置的真空壓力裝置能被來(lái)自控制器的電子信號(hào)精細(xì)調(diào)節(jié)和控制以滿(mǎn)足精度要求，而且還需滿(mǎn)足一定的變化速度要求。
(3)需要合適的控制方法和結(jié)構(gòu)，控制真空和壓力的連續(xù)變化。
盡管目前大多除泡機(jī)都標(biāo)稱(chēng)具有真空壓力控制功能，但由于都是采用開(kāi)關(guān)式閥門(mén)進(jìn)行真空和壓力的調(diào)節(jié)控制，這種開(kāi)關(guān)式控制方法存在以下兩個(gè)問(wèn)題：
(1)如果閥門(mén)口徑較大，則真空壓力的控制穩(wěn)定性較差，但好處是控制速度較快。
(2)如果閥門(mén)口徑較小，盡管能改善控制精度，但劣勢(shì)則是控制速度很慢。
由此可見(jiàn)，現(xiàn)有真空壓力除泡機(jī)存在的最大問(wèn)題是選擇了開(kāi)關(guān)式閥門(mén)進(jìn)行真空壓力控制，無(wú)法對(duì)抽氣和進(jìn)氣流量進(jìn)行精細(xì)調(diào)節(jié)。為此，本文提出了升級(jí)改造技術(shù)方案，通過(guò)采用快速電動(dòng)閥門(mén)的開(kāi)度大小調(diào)節(jié)，可準(zhǔn)確且快速實(shí)現(xiàn)除泡機(jī)的真空壓力控制。
2. 解決方案
除泡機(jī)的新型真空壓力控制系統(tǒng)主要包括高壓氣源、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、真空壓力傳感器、雙向控制器和真空泵等，其真空壓力控制基于動(dòng)態(tài)平衡法，即通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)入和流出除泡烤箱的氣體流量實(shí)現(xiàn)真空和壓力的準(zhǔn)確控制。當(dāng)進(jìn)行真空控制時(shí)，自動(dòng)減小進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥開(kāi)度但增大出氣調(diào)節(jié)閥開(kāi)度;當(dāng)進(jìn)行壓力控制時(shí)，自動(dòng)增大進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥開(kāi)度但減小出氣調(diào)節(jié)閥開(kāi)度。由此可實(shí)現(xiàn)真空壓力的全量程自動(dòng)平滑控制。此新型的除泡機(jī)真空壓力控制系統(tǒng)主要有以下功能和特點(diǎn)：
(1)采用通徑為10mm的快速電動(dòng)球閥，工作壓力1MPa以下，極小的真空漏率，開(kāi)關(guān)速度小于7秒，0~10V模擬控制信號(hào)，這樣既可以快速抽取真空和加載高壓氣體，又能進(jìn)行快速調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)真空壓力的穩(wěn)定控制。
(2)采用了真空和壓力雙傳感器，可以覆蓋真空壓力的全量程測(cè)量和控制。
(3)采用具有分程控制功能的雙向PID控制器實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣和出氣閥門(mén)的同時(shí)調(diào)節(jié)，可在真空壓力全量程范圍內(nèi)進(jìn)行自動(dòng)控制。
(4)PID控制器具有雙傳感器自動(dòng)切換功能，可根據(jù)控制要求自動(dòng)選擇相應(yīng)的傳感器。
(5)PID控制器具有可編程功能，可支持20條工藝曲線?？刂破骶哂蠵ID參數(shù)自整定功能，支持20組分組PID參數(shù)。
(6)PID控制器具有RS485通訊接口和標(biāo)準(zhǔn)的MODBUS協(xié)議，可與上位機(jī)連接。自帶的控制軟件可直接運(yùn)行控制器，并設(shè)置、數(shù)字顯示、曲線顯示和存儲(chǔ)控制器參數(shù)的變化過(guò)程。
3. 總結(jié)
綜上所述，本文詳細(xì)介紹了用于除泡機(jī)的新型真空壓力控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)所采用的電動(dòng)球閥和雙向PID控制器，使得此系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)真空壓力全范圍內(nèi)快速準(zhǔn)確的可編程控制。另外，控制系統(tǒng)所用的PID控制器，是一種通用性PID調(diào)節(jié)器，也完全可以用于除泡機(jī)的溫度控制。特別是具有兩路獨(dú)立的PID控制通道，可對(duì)兩組發(fā)熱體進(jìn)行控制，更能保證除泡機(jī)內(nèi)的溫度均勻性。
臺(tái)灣ELT作為除泡機(jī)品類(lèi)開(kāi)創(chuàng)者，深耕半導(dǎo)體先進(jìn)封裝技術(shù)20余年，專(zhuān)注解決半導(dǎo)體先進(jìn)封裝中的氣泡問(wèn)題，提供多種制程工藝中的氣泡整體解決方案。對(duì)Mini/Micro LED、芯片貼合Die Attached、灌注灌封IGBT Potting、底部填膠underfill、點(diǎn)膠封膠Dispensing、OCA lamination等工藝擁有成熟應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。想了解更多ELT除泡機(jī)信息，請(qǐng)?jiān)诰€或來(lái)電咨詢(xún)15262626897
