Le collage de puces est souvent décrit comme une simple opération de prélèvement et de placement : une puce est extraite d’une plaquette et fixée à un cadre de connexion, un substrat ou un support. En production, cependant, un placement précis ne représente qu’une partie du résultat.
Le processus de collage de puces doit également contrôler la manière dont la puce est prélevée, dont le matériau de collage est appliqué, dont la puce et le substrat sont alignés, dont la force et la hauteur sont gérées, et dont l'assemblage se comporte pendant le durcissement, le brasage ou une autre étape de collage en aval.
C’est pourquoi deux machines de collage de puces présentant des spécifications de placement similaires peuvent produire des résultats très différents sur un même boîtier. Leurs systèmes de vision, éjecteurs, têtes de collage, distributeurs, éléments chauffants, outillages et configurations de manutention peuvent différer.
Ce que contrôle réellement une machine de collage de puces
Une machine de collage de puces assemble plusieurs opérations individuelles en une séquence répétable. La séquence exacte varie selon le produit et le matériau de collage, mais la plupart des procédés de collage de puces comprennent cinq étapes fonctionnelles :
Présentation et identification du dé
Choisir le dé sans l'endommager ni le contaminer
Préparation du matériau de collage et du substrat
Alignement et mise en place de la matrice dans des conditions contrôlées
Inspection du résultat et transfert de l'assemblage en aval
La machine ne garantit pas à elle seule la fiabilité de l'assemblage de la matrice. Elle crée et contrôle les conditions requises par le matériau sélectionné et la conception de l'emballage.
Pour le collage époxy, la liaison définitive peut ne pas être établie avant le durcissement de l'adhésif. Pour le collage eutectique ou le brasage, le résultat dépend également de la température, de l'atmosphère, de l'état de surface et du mouillage. Lors du frittage à l'argent, l'opérateur peut effectuer l'application, le positionnement et le pointage du matériau, tandis que la densification finale est réalisée par un autre procédé.
Le processus de collage de puces, de la plaquette au substrat
1. Présentation de la puce et cartographie de la plaquette
Le processus commence avec une source de puces connue. Les puces peuvent être fournies sur un cadre de plaquettes découpées, dans un emballage gaufré, un Gel-Pak, un plateau, un alimentateur ou tout autre support.
Lorsque les puces sont prélevées directement sur une plaquette, la machine peut avoir besoin de coordonner :
Identification et orientation de la plaquette
Informations sur la carte de la plaquette ou sur les puces reconnues comme fonctionnelles
Position du dé et reconnaissance de la rue
mouvement et dilatation du cadre
Position de l'éjecteur et synchronisation de la prise
Gestion des marques défectueuses ou des puces rejetées
Une machine compatible avec le diamètre de plaquette approprié peut néanmoins s'avérer inadaptée si son type de châssis, son système d'éjection, son format de cartographie des plaquettes ou sa méthode de sélection des puces ne correspondent pas au produit.
2. Éjection et ramassage des dés
La matrice doit être séparée du ruban et transférée sur la tête de collage sans se fissurer, s'ébrécher, tourner ni la contaminer.
Cette étape devient plus difficile lorsque le processus utilise :
matrices très petites
matrices minces ou déformées
Matériaux semi-conducteurs composés fragiles
matrices de grande taille avec une surface importante
Matrices avec des structures supérieures sensibles
Revêtements ou métallisations au dos susceptibles d'être rayés
L'aiguille d'éjection, la géométrie du support, l'état de la bande, l'outil de prise, le niveau de vide et le profil de mouvement interagissent. Augmenter la course de l'éjecteur ou le vide sans comprendre le mécanisme de défaillance peut transformer un problème de prise incomplète en fissures de la matrice ou en dommages de surface.
3. Préparation du matériau de collage
La machine peut avoir besoin de distribuer, d'estampiller, de tremper ou de présenter d'une autre manière le matériau de fixation de la matrice avant sa mise en place.
| Route des matériaux | Fonctionnement typique de la machine | Problème principal lié au processus |
|---|---|---|
| Époxy conducteur ou non conducteur | Distribution, projection, estampage ou trempage | Volume du dépôt, motif, saignement, temps ouvert et comportement de polymérisation |
| alliage eutectique ou préforme | Manipulation des préformes, chauffage, contrôle de l'atmosphère et lavage en option | Mouillage, oxydation, uniformité de température et mouvement de la matrice |
| soudure tendre | Préparation de la soudure, zone de traitement chauffée et transport contrôlé | Épaisseur de la ligne de collage, mouillage, porosité et répétabilité de la production |
| Matériau de frittage d'argent | Distribution de pâte, manipulation, positionnement et collage du film | Uniformité des matériaux, contrôle de la ligne de liaison et transfert au frittage final |
| Adhésif durcissable aux UV | Distribution, alignement, positionnement et exposition aux UV | Temps de travail, zones d'ombre, dose de polymérisation et stabilité des composants |
Le nom du matériau à lui seul ne suffit pas à définir l'équipement. La viscosité, la teneur en charge, la taille du dépôt, la durée de vie en pot, les conditions de stockage et le motif souhaité peuvent influencer le choix de la technologie de dosage appropriée.
4. Alignement de la vision
Le système de vision identifie les points de référence sur la matrice et la surface de destination. La machine calcule ensuite les corrections X, Y et de rotation nécessaires avant le positionnement.
Un alignement fiable ne dépend pas uniquement de la résolution de la caméra. Le système doit également gérer :
Surfaces réfléchissantes, transparentes ou à faible contraste
Modification de l'orientation de la matrice
Références de substrat et d'emballage
Calibrage du centre d'outils et de la caméra
Différences de hauteur entre les produits
Dilatation thermique lors du collage à chaud
Mouvement post-collage causé par le matériau
Un système de vision peut localiser la puce avec précision avant son placement, même si sa position finale peut encore évoluer lors de la compression, du durcissement ou du refusion de la soudure. L'alignement avant collage et la précision finale après collage doivent donc être considérés comme des mesures liées mais distinctes.
5. Mise en place et collage contrôlés
Lors de la mise en place, la tête de collage déplace la puce vers le substrat et établit la position, la hauteur et la force requises.
Selon le processus, la machine peut contrôler :
vitesse d'approche
Détection des contacts
Hauteur de liaison ou position Z finale
Force de placement
Temps de séjour
Température de la tête de collage et de l'étage
Mouvement de la matrice de nettoyage ou programmé
atmosphère inerte ou réductrice
Refroidissement avant libération
Ces paramètres de contrôle ne doivent pas être considérés comme indépendants. La force appliquée peut modifier l'épaisseur de la ligne de collage. La température peut modifier la viscosité et le mouillage du matériau. Le frottement peut influencer la formation de vides et l'alignement final. Le parallélisme de l'outil peut entraîner un contact entre les deux côtés de la matrice.
6. Inspection et transfert après cautionnement
Après la mise en place, la machine peut contrôler la présence, la position, la rotation, l'état de surface et l'étalement de l'adhésif de la matrice. Les systèmes plus avancés peuvent également mesurer la hauteur, le parallélisme ou le décalage après collage.
L'inspection doit correspondre au défaut à corriger. Une caméra de dessus peut détecter les matrices manquantes ou pivotées, mais elle ne peut pas prouver directement le niveau de vide interne, la couverture complète de l'adhésif ou la fiabilité finale de l'assemblage.
L'assemblage peut ensuite passer par les étapes de polymérisation, de refusion, de frittage, de câblage, de moulage ou toute autre opération spécifique au boîtier.
La précision du placement n'est pas une valeur universelle.
La précision de positionnement est l'une des spécifications les plus visibles des machines de collage de puces, mais c'est aussi l'une des plus faciles à comparer incorrectement.
La valeur de précision publiée peut dépendre de :
La définition statistique, telle que 1 sigma ou 3 sigma
Dimensions de la matrice et caractéristiques de surface
La vitesse de la machine utilisée pendant les tests
La caméra et le champ de vision sélectionnés
L'outil de tête de collage et de ramassage
La taille du substrat et la zone de travail
Que la mesure soit effectuée avant ou après le collage
La température du procédé et le comportement du matériau
C’est pourquoi une spécification numérique plus basse n’implique pas automatiquement de meilleures performances de production. La spécification doit être interprétée en tenant compte des tolérances réelles de l’emballage et des conditions de processus.
| Exigence de précision | Priorité typique des processus | Direction des équipements |
|---|---|---|
| placement standard des colis | Fixation de matrice stable à haut volume et flux de matière prévisible | Machine de collage automatique de matrices époxy axée sur la production |
| Placement de capteurs de précision ou optoélectroniques | Alignement plus précis, force contrôlée et position post-collage stable | Plateforme de collage de puces de haute précision |
| Interconnexion à pas fin face vers le bas | Alignement entre les interconnexions de la puce et les plots du substrat | Système à puce retournée ou à thermocompression |
| Assemblage optique ou photonique | Relation entre le positionnement électrique et l'alignement optique | Machine de collage de puces ultra-précise avec vision et métrologie spécialisées |
Le ASMPT AD280 Plus, par exemple, représente une orientation vers les équipements de précision, tandis que le ASM AD830 Plus représente une plateforme de production automatisée. Son adéquation doit être jugée en fonction de l'application et de la configuration installée, et non pas uniquement sur la base d'un chiffre.
L'épaisseur de la ligne de collage relie la machine à l'assemblage final.
L'épaisseur de la ligne de collage correspond à la distance entre la face arrière de la matrice et la surface de collage après la mise en place et la compression du matériau.
Cela peut affecter :
résistance thermique
Comportement électrique
contrainte mécanique
L'inclinaison
Suintement d'adhésif
Formation de vides
Hauteur du colis
fiabilité à long terme
L'épaisseur de la ligne de collage est influencée par le volume de dépôt, la hauteur de collage, la force appliquée, le parallélisme de l'outil et la répétabilité du positionnement. La valeur finale peut également varier lors du durcissement, du refusion ou du frittage.
Cela signifie que le contrôle de la ligne de collage ne doit pas se limiter à un seul réglage de force. Le processus nécessite une relation stable entre :
Volume de matière
rhéologie ou comportement de fusion des matériaux
Planéité de la puce et du substrat
Parallélisme des outils
Hauteur et force programmées
Profil thermique ou de durcissement
Lorsque la ligne de collage est irrégulière, la modification de la force de la machine peut masquer le problème sans corriger un dépôt instable, un substrat déformé ou un outillage inadapté.
La force de liaison doit correspondre à la matrice et au matériau.
La force de liaison permet d'établir le contact, d'étaler le matériau, de positionner une préforme ou de soutenir un procédé assisté par pression. Une force plus importante n'est pas forcément synonyme de meilleure qualité.
Une force excessive ou mal contrôlée peut contribuer à :
Fissuration de la matrice
Dommages au substrat
Débordement excessif de colle
réduction incontrôlée de la ligne de collage
Mouvement de la matrice
Dommages aux bosses ou aux structures délicates
Une force insuffisante peut entraîner un contact incomplet, un collage instable, une épaisseur excessive de la ligne de collage ou une mauvaise répartition du matériau.
La spécification pertinente ne se limite pas à la force maximale de la machine. Le processus peut également dépendre de la résolution des faibles forces, de la régulation en boucle fermée, de la détection des contacts, de la stabilité de la force et de la conformité de l'outil.
La température et l'atmosphère modifient la signification du placement
Lors du placement à l'époxy à température ambiante, la puce peut rester mobile jusqu'au début du durcissement du matériau. Dans les procédés eutectiques et de brasage, la puce peut être positionnée pendant le chauffage ou la fusion de la couche de liaison. En frittage, le placement et le pointage peuvent être suivis d'une étape distincte à haute température et pression.
Changements de chauffage :
viscosité du matériau
Comportement d'humidification
Risque d'oxydation
Dimensions de la puce et du substrat
Extension d'outils
temps de travail de l'adhésif
Formation finale de la ligne de liaison
Une machine de collage de puces adaptée peut donc nécessiter des outils chauffants, une platine chauffante, un chauffage localisé, un contrôle de l'atmosphère, une surveillance de la température ou un refroidissement contrôlé.
Le Machine de liaison eutectique ASMPT AD211 Plus Ce schéma illustre une direction de collage thermique spécifique. Il ne doit pas être évalué de la même manière qu'une machine de placement d'époxy standard à température ambiante.
Le débit doit inclure le processus complet
Le nombre d'unités par heure peut aider à estimer la capacité de production, mais la vitesse de placement maximale représente rarement le cycle complet de l'usine.
Le résultat réel peut inclure le temps nécessaire pour :
Chargement de plaquettes et de substrats
Reconnaissance des mauvais dés
Changements d'outil ou d'éjecteur
Distribution ou estampage de matériaux
Alignement de la vision
Chauffage et climatisation
demeure de la force de liaison
Inspection après cautionnement
Changements de magazine
changement de recette
Une machine avec un UPH nominal élevé peut produire un rendement utile moindre lorsque l'application nécessite un alignement long, plusieurs matériaux, des changements d'outils fréquents ou une inspection approfondie.
À l'inverse, une plateforme de précision plus lente peut s'avérer un meilleur choix de production lorsqu'une erreur de placement rendrait l'assemblage optique ou semi-conducteur final inutilisable.
Comment les problèmes courants de collage de puces sont liés au processus
Un défaut doit être considéré comme un élément de preuve permettant de restreindre le champ de l'enquête, et non comme la preuve d'une cause première unique.
| Résultat observé | Domaines de processus à examiner |
|---|---|
| Dé décalé ou pivoté | Référence visuelle, orientation de la prise, libération de l'outil, mouvement du matériau, nettoyage, refusion ou stabilité du dispositif |
| Inclinaison de la matrice ou hauteur inégale | Uniformité du dépôt, parallélisme des outils, planéité du substrat, contamination, contrôle de la hauteur de collage ou répartition des forces |
| Suintement excessif d'époxy | Volume de dépôt, viscosité, température, force, hauteur de dépôt, taille de la matrice ou délai de polymérisation |
| Couverture adhésive incomplète | Motif de dépôt, état du matériau, énergie de surface, force d'application, ligne de collage ou contamination piégée |
| fissure ou ébréchure de la matrice | Configuration de l'éjecteur, outil de prise, libération de la bande, force, support, profil de mouvement ou épaisseur de la matrice |
| Niveau de vide élevé | Préparation du matériau, schéma de distribution, état de surface, atmosphère, nettoyage, refusion, polymérisation ou procédé sous vide en aval |
| Précision de placement instable | Calibrage, contraste visuel, centrage de l'outil, état de la platine, dérive thermique, vibrations ou présentation du produit |
La première question à se poser pour diagnostiquer le problème est de savoir à quel moment la variation apparaît dans la séquence. Il convient de comparer un cycle fonctionnel avec le cycle défaillant et d'isoler successivement les étapes suivantes : manipulation de la plaquette, prélèvement, application du matériau, alignement, positionnement et collage.
Comment lire les spécifications d'une machine de collage de matrices
Avant de comparer les modèles de machines, traduisez chaque spécification en une exigence produit.
| Spécifications de la machine | Question à laquelle elle devrait répondre |
|---|---|
| Précision X/Y et thêta | La machine peut-elle positionner la puce dans les limites de tolérance de l'emballage, dans les conditions de processus prévues ? |
| Gamme de dimensions et d'épaisseurs des matrices | Le système de prélèvement, d'éjection et d'outillage peut-il supporter la matrice proprement dite sans être endommagé ? |
| Support de plaquette et de plateau | La machine peut-elle accepter le format et la méthode de mappage des matériaux de production ? |
| Plage de force de liaison | La machine fournit-elle la force requise avec une résolution et un contrôle adéquats ? |
| Capacité de chauffage | La tête de collage, l'étage et l'atmosphère peuvent-ils supporter le matériau de collage et le profil thermique ? |
| Options de distribution | Le système installé est-il capable de gérer le matériau, la viscosité, le type de dépôt et le volume requis ? |
| UPH ou temps de cycle | Quel est le résultat final après application du matériau, alignement, chauffage et inspection ? |
| Inspection après cautionnement | Quels défauts de placement ou de processus la machine peut-elle détecter avant que le produit ne poursuive son chemin en aval ? |
La fiche technique de la machine définit une plage de fonctionnement possible. Des essais représentatifs des matériaux restent nécessaires pour déterminer si la puce, le substrat, l'adhésif, la soudure ou le procédé de frittage utilisés sont fiables.
Un examen pratique du processus à la machine
Une machine de collage de puces doit être examinée dans le même ordre que le processus d'assemblage proprement dit.
Définir l'articulation finale. Consignez ses exigences mécaniques, thermiques, électriques et de fiabilité.
Confirmer le dé. Dimensions du document, épaisseur, matériau, état du verso et format d'entrée.
Confirmer le substrat. Consignez les dimensions, la finition, la planéité, les repères et la méthode de manipulation.
Définir le matériau de collage. Inclure la méthode d'application, le stockage, la température et le processus de polymérisation ou de refusion en aval.
Définissez la tolérance de placement. Distinguer l'alignement avant collage de la position finale après collage.
Définir la hauteur et la force. Raccordez-les aux exigences de liaison et d'emballage.
Évaluer les besoins thermiques. Identifier les exigences en matière de chauffage des outils, de chauffage de la platine, d'atmosphère et de refroidissement.
Calculer un résultat réaliste. Inclure toutes les étapes de manutention, d'alignement, de collage et d'inspection.
Vérifiez la configuration installée. Vérifier les têtes d'impression, les caméras, les chargeurs, les distributeurs, les éléments chauffants, les logiciels et l'outillage.
Matériel représentatif pour tester. Évaluer le processus complet plutôt que le seul cycle de lavage à sec.
Cette séquence permet d'éviter une erreur courante : choisir une machine de collage de puces parce que sa précision ou son débit maximal semble approprié, puis découvrir que les modules de manutention ou de collage installés ne peuvent pas reproduire le processus requis.
FAQ sur le processus de collage de puces
Le collage de puces est-il la même chose que la fixation de puces ?
Ces termes sont fréquemment utilisés pour désigner le procédé de placement et de fixation d'une puce semi-conductrice sur un cadre de connexion, un substrat, un support ou un autre composant. Le mécanisme de liaison précis peut faire appel à de la résine époxy, de la soudure, un alliage eutectique, un matériau fritté ou un autre procédé.
Une machine de collage de matrices réalise-t-elle l'assemblage final ?
Pas dans tous les procédés. Certaines machines effectuent le chauffage ou le collage eutectique directement sur place. Dans d'autres applications, la machine de collage de puces réalise l'application, le positionnement ou le pointage du matériau avant que l'assemblage ne passe aux équipements de polymérisation, de refusion ou de frittage.
Quelle est la spécification la plus importante pour une machine de collage de puces ?
Il n'existe pas de chiffre unique plus important que le chiffre principal. La précision du positionnement, la manipulation des matrices, l'application du matériau, la force de collage, le chauffage, la vision, le débit et l'inspection doivent tous être adaptés au produit et au processus de collage.
Pourquoi le dé peut-il bouger après un alignement visuel précis ?
La matrice peut se déplacer lors du relâchement de l'outil, de la compression du matériau, du nettoyage, du durcissement, de la fusion de la soudure ou des variations thermiques. C'est pourquoi la position après collage peut différer du résultat d'alignement mesuré avant la mise en place.
Comment tester une machine de collage de puces avant de la sélectionner ?
Utiliser, dans la mesure du possible, une puce, un substrat, un matériau et un outillage représentatifs. Vérifier la compatibilité du prélèvement, de l'application du matériau, de l'alignement, du positionnement, du comportement de la ligne de collage, de l'inspection et du processus en aval dans des conditions convenues.
Perspective finale
La qualité du collage des puces dépend d'une séquence contrôlée, et non de la seule précision de positionnement. La présentation de la plaquette, le prélèvement de la puce, l'application du matériau, l'alignement, la hauteur de collage, la force, la température et l'inspection sont autant d'éléments qui contribuent au résultat final.
La machine adéquate est celle dont la configuration installée permet de reproduire cette séquence complète avec une stabilité et un rendement acceptables.
Avis disponible Machines de collage de puces et systèmes de fixation de puces, puis fournir la puce, le substrat, le matériau de liaison, l'objectif de précision, le débit et les modules de processus requis via le page de demande d'informations sur les équipements semi-conducteurs GEEKVALUE pour une évaluation basée sur la configuration.