Il die bonding viene spesso descritto come una semplice operazione di prelievo e posizionamento: un chip viene rimosso da un wafer e fissato a un leadframe, un substrato o un supporto. In produzione, tuttavia, il posizionamento preciso è solo una parte del risultato.
Il processo di incollaggio del chip deve inoltre controllare le modalità di prelievo del chip, l'applicazione del materiale di incollaggio, l'allineamento del chip e del substrato, la gestione della forza e dell'altezza, nonché il comportamento dell'assemblaggio durante la polimerizzazione, la saldatura o altre fasi di incollaggio successive.
Ecco perché due macchine per il die bonding con specifiche di posizionamento simili possono produrre risultati molto diversi sullo stesso package. I loro sistemi di visione, espulsori, teste di incollaggio, dosatori, riscaldatori, utensili e configurazioni di movimentazione del materiale potrebbero non essere equivalenti.
Cosa controlla effettivamente una macchina per il incollaggio di chip
Una macchina per il die bonding collega diverse operazioni individuali in un'unica sequenza di assemblaggio ripetibile. La sequenza esatta varia a seconda del prodotto e del materiale di incollaggio, ma la maggior parte dei processi di die bonding comprende cinque fasi funzionali:
Presentazione e identificazione del dado
Scegliere il dado senza danneggiarlo o contaminarlo
Preparazione del materiale adesivo e del substrato
Allineamento e posizionamento dello stampo in condizioni controllate
Ispezionare il risultato e trasferire l'assemblaggio a valle
La macchina non garantisce autonomamente un fissaggio affidabile dello stampo. Crea e controlla le condizioni richieste dal materiale selezionato e dal design dell'imballaggio.
Nel caso di incollaggio di chip con resina epossidica, la giunzione finale potrebbe non essere stabilita fino alla completa polimerizzazione dell'adesivo. Per l'incollaggio eutettico o a saldatura, il risultato dipende anche da temperatura, atmosfera, condizioni della superficie e bagnabilità. Nella sinterizzazione dell'argento, l'operatore addetto all'incollaggio dei chip può occuparsi dell'applicazione, del posizionamento e del fissaggio del materiale, mentre la densificazione finale avviene in un altro processo.
Il processo di incollaggio dei chip dal wafer al substrato
1. Presentazione del chip e mappatura del wafer
Il processo inizia con una fonte nota di chip. I chip possono essere forniti su un telaio di wafer tagliato, in una confezione waffle, in Gel-Pak, su un vassoio, su un alimentatore o su un altro supporto.
Quando i chip vengono prelevati direttamente da un wafer, la macchina potrebbe dover coordinare:
Identificazione e orientamento del wafer
Informazioni sulla mappa del wafer o sui chip noti per essere funzionanti.
Posizione dello stampo e riconoscimento stradale
Movimento del telaio e condizione di espansione
Posizione dell'espulsore e tempistica di prelievo
Gestione di stampi difettosi o rifiutati
Una macchina che supporta il diametro corretto del wafer potrebbe comunque risultare inadatta se il tipo di telaio, la disposizione degli espulsori, il formato della mappa del wafer o il metodo di prelievo del die non corrispondono al prodotto.
2. Espulsione e prelievo dello stampo
La matrice deve essere separata dal nastro e trasferita alla testina di incollaggio senza romperla, scheggiarla, ruotarla o contaminarla.
Questa fase diventa più difficile quando il processo utilizza:
Matrici molto piccole
Matrici sottili o deformate
Materiali semiconduttori composti fragili
Grandi stampi con una superficie significativa
Munizioni con strutture superiori sensibili
Rivestimenti o metallizzazioni sul retro che possono graffiarsi
L'ago di espulsione, la geometria del supporto, le condizioni del nastro, l'utensile di prelievo, il livello di vuoto e il profilo di movimento lavorano in sinergia. Aumentare la corsa dell'estrattore o il vuoto senza comprendere il meccanismo di guasto può trasformare il problema da un prelievo incompleto a una rottura del chip o a danni superficiali.
3. Preparazione del materiale adesivo
La macchina potrebbe dover erogare, stampare, immergere o presentare in altro modo il materiale di fissaggio dello stampo prima del posizionamento.
| Percorso del materiale | Funzionamento tipico della macchina | Problema principale del processo |
|---|---|---|
| resina epossidica conduttiva o non conduttiva | Erogazione, getto, stampaggio o immersione | Volume del deposito, schema, trasudazione, tempo di lavorazione e comportamento durante la polimerizzazione |
| lega eutettica o preforma | Gestione delle preforme, riscaldamento, controllo dell'atmosfera e lavaggio opzionale | Bagnatura, ossidazione, uniformità della temperatura e movimento dello stampo |
| Saldatura dolce | Preparazione della saldatura, zona di processo riscaldata e trasporto controllato | Spessore della linea di incollaggio, bagnabilità, presenza di vuoti e ripetibilità della produzione |
| Materiale di sinterizzazione dell'argento | Erogazione della pasta, manipolazione della pellicola, posizionamento e fissaggio | Uniformità del materiale, controllo della linea di giunzione e trasferimento alla sinterizzazione finale |
| Adesivo polimerizzabile ai raggi UV | Erogazione, allineamento, posizionamento ed esposizione ai raggi UV | Tempo di lavorazione, zone d'ombra, dose di polimerizzazione e stabilità dei componenti |
Il solo nome del materiale non è sufficiente a definire l'attrezzatura. Viscosità, contenuto di riempitivo, dimensione del deposito, tempo di lavorabilità, condizioni di conservazione e schema di dosaggio richiesto possono influenzare la tecnologia di dosaggio più adatta.
4. Allineamento della visione
Il sistema di visione identifica i punti di riferimento sullo stampo e sulla superficie di destinazione. La macchina calcola quindi le correzioni necessarie sugli assi X, Y e di rotazione prima del posizionamento.
Un allineamento affidabile dipende da più della sola risoluzione della telecamera. Il sistema deve gestire anche:
Superfici riflettenti, trasparenti o a basso contrasto
Cambio di orientamento dello stampo
Punti di riferimento del substrato e riferimenti ai pacchetti
Calibrazione del centro strumenti e della telecamera
Differenze di altezza tra i prodotti
Espansione termica durante la saldatura a caldo
Movimento post-adesione causato dal materiale
Un sistema di visione può localizzare con precisione il chip prima del posizionamento, mentre la posizione finale può variare durante la compressione, la polimerizzazione o la rifusione della saldatura. L'allineamento pre-saldatura e la precisione finale post-saldatura devono pertanto essere considerati come misurazioni correlate ma distinte.
5. Posizionamento e incollaggio controllati
Durante la fase di posizionamento, la testina di incollaggio sposta il chip verso il substrato e stabilisce la posizione, l'altezza e la forza richieste.
A seconda del processo, la macchina può controllare:
Velocità di avvicinamento
Rilevamento del contatto
Altezza del legame o posizione Z finale
forza di collocamento
tempo di permanenza
Temperatura della testa di incollaggio e del piano
Scrub o movimento programmato dello stampo
atmosfera inerte o riducente
Raffreddamento prima del rilascio
Questi controlli non devono essere considerati indipendenti. La forza può modificare lo spessore della linea di incollaggio. La temperatura può modificare la viscosità e la bagnabilità del materiale. L'abrasione può influenzare la formazione di vuoti e l'allineamento finale. Il parallelismo dell'utensile può causare il contatto di un lato dello stampo prima dell'altro.
6. Ispezione e trasferimento successivi alla cauzione
Dopo il posizionamento, la macchina può verificare la presenza dello stampo, la sua posizione, la rotazione, le condizioni della superficie o la diffusione dell'adesivo. I sistemi più avanzati possono anche misurare l'altezza, il parallelismo o lo spostamento post-incollaggio.
L'ispezione deve corrispondere al difetto da controllare. Una telecamera dall'alto può rilevare matrici mancanti o ruotate, ma non può dimostrare direttamente il livello di vuoti interni, la copertura completa dell'adesivo o l'affidabilità del giunto finale.
L'assemblaggio può quindi procedere a fasi di polimerizzazione, rifusione, sinterizzazione, collegamento dei fili, stampaggio o altre operazioni specifiche per il confezionamento.
La precisione del posizionamento non è un valore universale
La precisione di posizionamento è una delle specifiche più evidenti delle macchine per il die bonding, ma è anche una delle più facili da confrontare in modo errato.
Il valore di accuratezza pubblicato può dipendere da:
La definizione statistica, come ad esempio uno sigma o tre sigma
Le dimensioni dello stampo e le caratteristiche della superficie
La velocità della macchina utilizzata durante i test
La fotocamera e il campo visivo selezionati
La testina di incollaggio e l'utensile di prelievo
Le dimensioni del substrato e l'area di lavoro
Se la misurazione viene effettuata prima o dopo l'incollaggio
La temperatura del processo e il comportamento del materiale
Per questo motivo, una specifica numerica inferiore non significa automaticamente migliori prestazioni di produzione. La specifica deve essere letta insieme alla tolleranza effettiva dell'involucro e alle condizioni di processo.
| Requisito di accuratezza | Priorità tipica del processo | Direzione delle attrezzature |
|---|---|---|
| Posizionamento standard del pacco | Fissaggio stabile degli stampi ad alto volume e flusso di materiale prevedibile | Macchina automatica per incollaggio di stampi con resina epossidica, orientata alla produzione. |
| Posizionamento di precisione di sensori o dispositivi optoelettronici | Allineamento più preciso, forza controllata e posizione stabile del post-incollaggio | Piattaforma di incollaggio di precisione per chip |
| Interconnessione a passo fine con faccia rivolta verso il basso | Allineamento tra le interconnessioni del chip e i pad del substrato | Sistema flip chip o termocompressivo |
| Assemblaggio ottico o fotonico | Relazione tra posizionamento elettrico e allineamento ottico | Macchina per incollaggio di chip di altissima precisione con sistema di visione e metrologia specializzati. |
IL ASPT AD280 Plus, ad esempio, rappresenta una direzione di attrezzature orientate alla precisione, mentre il ASM AD830 Plus rappresenta una piattaforma di produzione automatizzata. La loro idoneità dovrebbe essere valutata in base all'applicazione e alla configurazione installata, piuttosto che in base a un singolo dato numerico.
Lo spessore della linea di incollaggio collega la macchina al giunto finale
Lo spessore della linea di incollaggio è la distanza tra il retro del chip e la superficie di incollaggio dopo il posizionamento e la compressione del materiale.
Può colpire:
resistenza termica
comportamento elettrico
sollecitazione meccanica
L'inclinazione
Sanguinamento dell'adesivo
Formazione di vuoti
Altezza della confezione
affidabilità a lungo termine
Il dispositivo di incollaggio del chip influenza lo spessore della linea di incollaggio attraverso il volume di deposito, l'altezza di incollaggio, la forza, il parallelismo dell'utensile e la ripetibilità del posizionamento. Il valore finale può inoltre variare durante la polimerizzazione, la rifusione o la sinterizzazione.
Ciò significa che il controllo della linea di incollaggio non dovrebbe essere ridotto a una singola impostazione di forza. Il processo richiede una relazione stabile tra:
Volume del materiale
Reologia del materiale o comportamento di fusione
planarità dello stampo e del substrato
Parallelismo degli utensili
Altezza e forza programmate
Profilo termico o di polimerizzazione
Quando la linea di incollaggio è irregolare, la variazione della forza di lavorazione può mascherare il sintomo senza correggere un deposito instabile, un substrato deformato o un utensile inadeguato.
La forza di adesione deve corrispondere alla matrice e al materiale
La forza di adesione contribuisce a stabilire il contatto, a distribuire il materiale, a posizionare una preforma o a supportare un processo assistito da pressione. Una forza maggiore non è automaticamente sinonimo di migliore.
L'uso eccessivo o mal controllato della forza può contribuire a:
rottura dello stampo
Danni al substrato
Eccessiva fuoriuscita di adesivo
Riduzione incontrollata della linea di incollaggio
movimento dello stampo
Danni a urti o strutture delicate
Una forza insufficiente può comportare un contatto incompleto, un'adesione instabile, uno spessore eccessivo della linea di incollaggio o una distribuzione non uniforme del materiale.
La specifica rilevante non è solo la forza massima della macchina. Il processo può dipendere anche dalla risoluzione di forze ridotte, dal controllo a circuito chiuso, dal rilevamento del contatto, dalla stabilità della forza e dalla conformità dell'utensile.
Temperatura e atmosfera cambiano il significato del posizionamento
Nella deposizione di resina epossidica a temperatura ambiente, il die può rimanere mobile fino a quando il materiale non inizia a indurirsi. Nei processi eutettici e di saldatura, il die può essere posizionato mentre lo strato di adesione è riscaldato o fuso. Nella sinterizzazione, il posizionamento e il fissaggio possono essere seguiti da una fase separata ad alta temperatura e pressione.
Variazioni di riscaldamento:
Viscosità del materiale
Comportamento di bagnatura
Rischio di ossidazione
Dimensioni del chip e del substrato
Espansione degli strumenti
Tempo di lavorazione dell'adesivo
Formazione finale della linea di legame
Una macchina per il die bonding adatta potrebbe quindi richiedere utensili riscaldati, una piattaforma riscaldata, riscaldamento localizzato, controllo dell'atmosfera, monitoraggio della temperatura o raffreddamento controllato.
IL Collante eutettico ASMPT AD211 Plus Illustra una specifica direzione di incollaggio termico. Non deve essere valutata allo stesso modo di una normale macchina per l'applicazione di resina epossidica a temperatura ambiente.
La produttività deve includere l'intero processo
Il numero di unità prodotte all'ora può aiutare a stimare la capacità produttiva, ma la velocità massima di posizionamento raramente rappresenta l'intero ciclo di fabbrica.
Il tempo effettivo di produzione può includere:
Caricamento del wafer e del substrato
Riconoscimento di morte anomala
Cambio utensili o espulsori
Erogazione o stampaggio del materiale
Allineamento della visione
Riscaldamento e raffreddamento
permanenza della forza di legame
Ispezione post-obbligazione
Cambiamenti della rivista
Cambio di ricetta
Una macchina con un elevato numero di unità per ora nominale potrebbe produrre una quantità di output utilizzabile inferiore quando l'applicazione richiede allineamenti lunghi, materiali multipli, frequenti cambi utensile o ispezioni approfondite.
Al contrario, una piattaforma di precisione più lenta potrebbe essere la scelta migliore in fase di produzione quando un errore di posizionamento renderebbe inutilizzabile l'assemblaggio ottico o a semiconduttore completato.
Come i problemi comuni di incollaggio degli stampi si relazionano al processo
Un difetto deve essere considerato come un elemento che restringe il campo d'indagine, non come la prova di un'unica causa principale.
| Risultato osservato | Aree di processo da esaminare |
|---|---|
| Dado spostato o ruotato | Riferimento visivo, orientamento di prelievo, rilascio dell'utensile, movimentazione del materiale, lavaggio, rifusione o stabilità del dispositivo |
| Inclinazione o altezza irregolare dello stampo | Uniformità del deposito, parallelismo dell'utensile, planarità del substrato, contaminazione, controllo dell'altezza di legame o distribuzione della forza |
| Eccessiva fuoriuscita di resina epossidica | Volume del deposito, viscosità, temperatura, forza, altezza di posizionamento, dimensione dello stampo o ritardo di polimerizzazione |
| Copertura adesiva incompleta | Modello di deposito, condizioni del materiale, energia superficiale, forza di posa, linea di adesione o contaminazione intrappolata |
| crepa o scheggiatura del die | Impostazione dell'espulsore, strumento di prelievo, rilascio del nastro, forza, supporto, profilo di movimento o spessore della matrice |
| Alto livello di vuoto | Preparazione del materiale, schema di erogazione, condizione della superficie, atmosfera, lavaggio, rifusione, polimerizzazione o processo di vuoto a valle |
| Precisione di posizionamento instabile | Calibrazione, contrasto visivo, centraggio dell'utensile, condizioni del piano di lavoro, deriva termica, vibrazioni o presentazione del prodotto |
La prima domanda diagnostica dovrebbe essere in quale punto della sequenza si verifica la variazione. Confrontare un ciclo noto per essere corretto con il ciclo difettoso e isolare, una fase alla volta, le fasi di manipolazione del wafer, prelievo, applicazione del materiale, allineamento, posizionamento e incollaggio a valle.
Come leggere le specifiche di una macchina per il incollaggio di chip
Prima di confrontare i modelli di macchine, traduci ogni specifica in un requisito di prodotto.
| Specifiche della macchina | Domanda a cui dovrebbe rispondere |
|---|---|
| Precisione X/Y e theta | La macchina è in grado di posizionare lo stampo entro le tolleranze di incapsulamento nelle condizioni di processo previste? |
| Gamma di dimensioni e spessori degli stampi | Il sistema di prelievo, l'espulsione e gli utensili sono in grado di gestire lo stampo senza danneggiarlo? |
| Supporto per wafer e vassoi | La macchina è in grado di accettare il formato del materiale di produzione e il metodo di mappatura? |
| Intervallo di forza di legame | La macchina fornisce la forza richiesta con una risoluzione e un controllo adeguati? |
| Pratica di riscaldamento | La testa di incollaggio, il piano di lavoro e l'atmosfera sono in grado di supportare il materiale di incollaggio e il profilo termico richiesti? |
| Opzioni di erogazione | Il sistema installato è in grado di gestire il materiale, la viscosità, la tipologia di deposito e il volume richiesti? |
| UPH o tempo di ciclo | Qual è il risultato finale dopo aver considerato l'applicazione del materiale, l'allineamento, il riscaldamento e l'ispezione? |
| Ispezione post-obbligazione | Quali difetti di posizionamento o di processo è in grado di rilevare la macchina prima che il prodotto passi alla fase successiva? |
La scheda tecnica della macchina definisce un possibile intervallo operativo. Sono comunque necessari test rappresentativi sui materiali per determinare se lo stampo, il substrato, l'adesivo, la saldatura o il processo di sinterizzazione specifici possano funzionare in modo affidabile.
Una revisione pratica del processo e della macchina
Una macchina per il die bonding dovrebbe essere esaminata seguendo lo stesso ordine del processo di assemblaggio vero e proprio.
Definire il giunto finale. Registrare i requisiti meccanici, termici, elettrici e di affidabilità.
Conferma il dado. Dimensioni del documento, spessore, materiale, condizioni del retro e formato di input.
Confermare il substrato. Registrare dimensioni, finitura, planarità, punti di riferimento e metodo di manipolazione.
Definire il materiale di incollaggio. Includere il metodo di applicazione, la conservazione, la temperatura e la polimerizzazione o rifusione a valle.
Imposta la tolleranza di posizionamento. Separare l'allineamento pre-incollaggio dalla posizione finale post-incollaggio.
Definire altezza e forza. Collegali ai requisiti di linea di incollaggio e di imballaggio.
Valutare le esigenze termiche. Identificare i requisiti di riscaldamento degli utensili, del piano di lavoro, dell'atmosfera e del raffreddamento.
Calcolare un output realistico. Includere tutte le fasi di manipolazione, allineamento, incollaggio e ispezione.
Verifica la configurazione installata. Verificare teste, telecamere, caricatori, distributori, riscaldatori, software e utensili.
Materiale rappresentativo da testare. Valutare l'intero processo, non solo il ciclo di lavaggio a secco.
Questa sequenza previene un errore comune: selezionare una macchina per il incollaggio di chip perché la sua precisione o produttività massima sembrano adeguate, per poi scoprire che i moduli di movimentazione o incollaggio dei materiali installati non sono in grado di riprodurre il processo richiesto.
Domande frequenti sul processo di incollaggio dei chip
Il die bonding e il die attach sono la stessa cosa?
Questi termini vengono spesso utilizzati per indicare il processo di posizionamento e fissaggio di un chip semiconduttore a un leadframe, un substrato, un supporto o un altro componente. Il meccanismo di incollaggio specifico può utilizzare resina epossidica, saldatura, una lega eutettica, materiale sinterizzato o un altro processo.
La macchina per l'incollaggio degli stampi completa la giunzione finale?
Non in tutti i processi. Alcune macchine completano il riscaldamento o la saldatura eutettica in loco. In altre applicazioni, la macchina per l'incollaggio dei chip esegue l'applicazione, il posizionamento o il fissaggio del materiale prima che l'assemblaggio passi alle apparecchiature di polimerizzazione, rifusione o sinterizzazione.
Qual è la specifica più importante per le macchine di incollaggio dei chip?
Non esiste un singolo parametro più importante. La precisione di posizionamento, la gestione degli stampi, l'applicazione del materiale, la forza di adesione, il riscaldamento, la visibilità, la produttività e l'ispezione devono essere tutti compatibili con il prodotto e il processo di incollaggio.
Perché il dado può muoversi anche dopo un allineamento visivo preciso?
Il die può spostarsi durante il rilascio dell'utensile, la compressione del materiale, la pulizia, la polimerizzazione, la fusione della saldatura o le variazioni termiche. Per questo motivo, la posizione dopo l'incollaggio può differire dal risultato dell'allineamento misurato prima del posizionamento.
Come si dovrebbe testare una macchina per il die bonding prima di selezionarla?
Utilizzare, ove possibile, stampi, substrati, materiali e utensili rappresentativi. Verificare il prelievo, l'applicazione del materiale, l'allineamento, il posizionamento, il comportamento della linea di incollaggio, l'ispezione e la compatibilità con i processi a valle nelle condizioni concordate.
Prospettiva finale
La qualità del die bonding è determinata da una sequenza controllata, non dalla sola precisione di posizionamento. La presentazione del wafer, il prelievo del die, l'applicazione del materiale, l'allineamento, l'altezza del legame, la forza, la temperatura e l'ispezione contribuiscono tutti al risultato finale.
La macchina giusta è quella la cui configurazione installata è in grado di riprodurre l'intera sequenza con stabilità e output accettabili.
Recensione disponibile macchine per l'incollaggio dei chip e sistemi di fissaggio dei chip, quindi fornire il die, il substrato, il materiale di incollaggio, l'obiettivo di precisione, la produttività e i moduli di processo richiesti attraverso il Pagina di richiesta informazioni sulle apparecchiature per semiconduttori di GEEKVALUE per una revisione basata sulla configurazione.