Die bonding wordt vaak omschreven als een eenvoudige pick-and-place-bewerking: een chip wordt van een wafer verwijderd en bevestigd aan een leadframe, substraat of drager. In de praktijk is nauwkeurige positionering echter slechts een onderdeel van het eindresultaat.
Het die bondingproces moet ook controleren hoe de chip wordt opgepakt, hoe het bondingmateriaal wordt aangebracht, hoe de chip en het substraat worden uitgelijnd, hoe kracht en hoogte worden beheerd en hoe de assemblage zich gedraagt tijdens het uitharden, solderen of een andere vervolgstap in het bondingproces.
Dit is de reden waarom twee die bonding-machines met vergelijkbare positioneringsspecificaties zeer verschillende resultaten kunnen opleveren bij dezelfde verpakking. Hun vision-systemen, uitwerpers, bondkoppen, dispensers, verwarmingselementen, gereedschappen en materiaalverwerkingssystemen zijn mogelijk niet gelijkwaardig.
Wat een matrijsverbindingsmachine daadwerkelijk aanstuurt
Een chipbonder verbindt verschillende afzonderlijke bewerkingen tot één herhaalbare assemblagevolgorde. De exacte volgorde varieert per product en bondingmateriaal, maar de meeste chipbondingprocessen omvatten vijf functionele fasen:
Het presenteren en identificeren van de dobbelsteen
Het dobbelsteentje oppakken zonder het te beschadigen of te verontreinigen.
Het voorbereiden van het hechtmateriaal en de ondergrond
Het uitlijnen en plaatsen van de matrijs onder gecontroleerde omstandigheden.
Het resultaat inspecteren en de assemblage stroomafwaarts doorgeven.
De machine garandeert niet zelfstandig een betrouwbare matrijsverbinding. Ze creëert en controleert de omstandigheden die vereist zijn door het gekozen materiaal en het verpakkingsontwerp.
Bij epoxy-die-attach is de uiteindelijke verbinding mogelijk pas tot stand gebracht nadat de lijm is uitgehard. Bij eutectische of soldeerverbindingen hangt het resultaat ook af van temperatuur, atmosfeer, oppervlakteconditie en bevochtiging. Bij zilversinteren kan de die-bonder het materiaal aanbrengen, positioneren en vastzetten, terwijl de uiteindelijke verdichting in een ander proces plaatsvindt.
Het chipverbindingsproces van wafer naar substraat
1. Chippresentatie en wafermapping
Het proces begint met een bekende chipbron. Chips kunnen worden aangeleverd op een frame met voorgesneden wafers, in een wafelverpakking, gelverpakking, tray, feeder of een andere drager.
Wanneer chips rechtstreeks van een wafer worden gehaald, moet de machine mogelijk het volgende coördineren:
Waferidentificatie en -oriëntatie
Wafer-map of informatie over bekende goede chips
Positie van de dobbelsteen en straatherkenning
Beweeg- en uitzettingsconditie van het frame
Uitwerperpositie en opnametijdstip
Afhandeling van defecte of afgekeurde matrijzen
Een machine die de juiste waferdiameter ondersteunt, kan nog steeds ongeschikt zijn als het frametype, de uitwerpinrichting, het waferkaartformaat of de chipselectiemethode niet overeenkomen met het product.
2. Uitwerpen en oppakken van de matrijs
De chip moet van de tape worden gescheiden en zonder beschadiging, afbrokkeling, rotatie of verontreiniging naar de bondkop worden overgebracht.
Deze fase wordt lastiger wanneer het proces gebruikmaakt van:
Zeer kleine stempels
Dunne of vervormde stempels
Brosse samengestelde halfgeleidermaterialen
Grote matrijzen met een aanzienlijk oppervlak.
Matrijzen met gevoelige structuren aan de bovenzijde
Coatings of metaallagen aan de achterzijde die bekrast kunnen worden.
De uitwerpnaald, de geometrie van de ondersteuning, de toestand van de tape, het opneemgereedschap, het vacuümniveau en het bewegingsprofiel werken samen. Het vergroten van de uitwerpbeweging of het vacuüm zonder inzicht in het falingsmechanisme kan het probleem van onvolledige opname omzetten in scheurvorming in de matrijs of oppervlakteschade.
3. Voorbereiding van het hechtmateriaal
De machine moet mogelijk het materiaal voor de matrijsbevestiging doseren, stempelen, onderdompelen of op een andere manier aanbieden voordat het geplaatst wordt.
| Materiaalroute | Typische machinefunctie | Belangrijkste procesaspect |
|---|---|---|
| Geleidende of niet-geleidende epoxy | Doseren, spuiten, stempelen of onderdompelen | Afzettingsvolume, patroon, bloeding, open tijd en uithardingsgedrag |
| Eutectische legering of voorvorm | Voorbehandeling, verwarming, atmosfeerregeling en optionele reiniging. | Bevochtiging, oxidatie, temperatuuruniformiteit en matrijsbeweging |
| Zacht soldeer | Voorbereiding van het soldeer, verwarmde proceszone en gecontroleerd transport. | Dikte van de lijmverbinding, bevochtiging, holtevorming en herhaalbaarheid van de productie |
| Zilver sintermateriaal | Doseren van pasta, hanteren, plaatsen en vastzetten van de film | Materiaaluniformiteit, controle van de verbindingslijn en overdracht naar het uiteindelijke sinterstadiaal. |
| UV-uithardende lijm | Dosering, uitlijning, plaatsing en UV-blootstelling | Verwerkingstijd, schaduwgebieden, uithardingsdosis en stabiliteit van de componenten |
De materiaalnaam alleen is niet voldoende om de juiste apparatuur te bepalen. Viscositeit, vulstofgehalte, afzettingsgrootte, verwerkingstijd, opslagomstandigheden en het gewenste patroon kunnen de geschikte doseertechnologie beïnvloeden.
4. Visieafstemming
Het vision-systeem identificeert referentiepunten op de matrijs en het bestemmingsoppervlak. De machine berekent vervolgens de benodigde X-, Y- en rotatiecorrectie vóór de plaatsing.
Een betrouwbare uitlijning hangt van meer af dan alleen de resolutie van de camera. Het systeem moet ook het volgende aankunnen:
Reflecterende, transparante of contrastarme oppervlakken
Wijziging van de matrijsoriëntatie
Substraatreferenties en pakketreferenties
Kalibratie van het gereedschapscentrum en de camera
Hoogteverschillen tussen producten
Thermische uitzetting tijdens verhitting
Beweging na het lijmen, veroorzaakt door het materiaal.
Een vision-systeem kan de chip nauwkeurig lokaliseren vóór plaatsing, terwijl de uiteindelijke positie nog kan verschuiven tijdens compressie, uitharding of het reflow-proces van het soldeer. Uitlijning vóór het solderen en de uiteindelijke nauwkeurigheid na het solderen moeten daarom als verwante, maar verschillende metingen worden beschouwd.
5. Gecontroleerde plaatsing en hechting
Tijdens het positioneren beweegt de bondkop de chip naar het substraat en stelt de vereiste positie, hoogte en kracht in.
Afhankelijk van het proces kan de machine het volgende aansturen:
Naderingssnelheid
Contactdetectie
Bondhoogte of uiteindelijke Z-positie
Plaatsingsmacht
Verblijftijd
Bond-kop en temperatuur van het podium
Schrobben of geprogrammeerde matrijsbeweging
Inerte of reducerende atmosfeer
Afkoelen voor release
Deze factoren mogen niet als onafhankelijk van elkaar worden beschouwd. Kracht kan de dikte van de verbindingslijn beïnvloeden. Temperatuur kan de viscositeit en bevochtiging van het materiaal veranderen. Schrobben kan de vorming van holtes en de uiteindelijke uitlijning beïnvloeden. De paralleliteit van het gereedschap kan ertoe leiden dat de ene kant van de matrijs eerder contact maakt dan de andere.
6. Inspectie en overdracht na het afsluiten van de borgsom
Na het plaatsen kan de machine de aanwezigheid, positie, rotatie, oppervlakteconditie of lijmspreiding van de matrijs controleren. Geavanceerdere systemen kunnen ook de hoogte, paralleliteit of offset na het verlijmen meten.
De inspectie moet aansluiten op het defect dat moet worden verholpen. Een camera met bovenaanzicht kan ontbrekende of gedraaide matrijzen detecteren, maar kan niet direct de interne holtegraad, de volledige lijmdekking of de uiteindelijke betrouwbaarheid van de verbinding aantonen.
De assemblage kan vervolgens overgaan tot uitharding, reflow, sinteren, draadverbindingen, gieten of een andere verpakkingsspecifieke bewerking.
Plaatsingsnauwkeurigheid is geen universeel getal.
De plaatsingsnauwkeurigheid is een van de meest zichtbare specificaties van een die bondingmachine, maar het is ook een van de specificaties die het gemakkelijkst verkeerd vergeleken kan worden.
Een gepubliceerde nauwkeurigheidswaarde kan afhangen van:
De statistische definitie, zoals één sigma of drie sigma.
De afmetingen en oppervlaktekenmerken van de matrijs
De machinesnelheid die tijdens de tests werd gebruikt.
De geselecteerde camera en beeldhoek
De bondkop en het pick-up gereedschap
De afmetingen van het substraat en het werkgebied
Of de meting nu vóór of na het lijmen wordt uitgevoerd.
De procestemperatuur en het materiaalgedrag
Om deze reden betekent een lagere numerieke specificatie niet automatisch betere productieprestaties. De specificatie moet worden gelezen in samenhang met de werkelijke toleranties van de verpakking en de procesomstandigheden.
| Nauwkeurigheidseis | Typische procesprioriteit | Apparatuurrichting |
|---|---|---|
| Standaard pakketplaatsing | Stabiele chipbevestiging op grote schaal en voorspelbare materiaalstroom. | Productiegerichte automatische epoxy matrijsverlijmer |
| Nauwkeurige plaatsing van sensoren of opto-elektronische componenten | Nauwkeurigere uitlijning, gecontroleerde kracht en stabiele positie na het hechten. | Platform voor uiterst nauwkeurige chipverbinding |
| Fijne pitch, naar beneden gerichte interconnectie | Uitlijning tussen chip-interconnecties en substraatpads | Flip-chip- of thermocompressie-compatibel systeem |
| Optische of fotonische assemblage | Relatie tussen elektrische plaatsing en optische uitlijning | Uiterst nauwkeurige matrijsbonder met gespecialiseerde beeldvorming en meetapparatuur. |
De ASMPT AD280 Plus, bijvoorbeeld, vertegenwoordigt een op precisie gerichte apparatuurrichting, terwijl de ASM AD830 Plus Het vertegenwoordigt een automatisch productieplatform. De geschiktheid ervan moet worden beoordeeld op basis van de toepassing en de geïnstalleerde configuratie, en niet op basis van één enkel cijfer.
De dikte van de lijmverbinding verbindt de machine met de uiteindelijke verbinding.
De dikte van de verbindingslijn is de afstand tussen de achterkant van de chip en het verbindingsvlak na plaatsing en materiaalcompressie.
Het kan gevolgen hebben voor:
Thermische weerstand
Elektrisch gedrag
Mechanische spanning
De kanteling
Lijmresten
Vorming van holtes
Pakkethoogte
Betrouwbaarheid op lange termijn
De die bonder beïnvloedt de dikte van de verbindingslijn door middel van het afzettingsvolume, de verbindingshoogte, de kracht, de paralleliteit van het gereedschap en de herhaalbaarheid van de plaatsing. De uiteindelijke waarde kan ook veranderen tijdens het uitharden, reflowen of sinteren.
Dit betekent dat de controle van de lijmverbinding niet tot één enkele krachtinstelling mag worden beperkt. Het proces vereist een stabiele relatie tussen:
Materiaalvolume
Materiaalreologie of smeltgedrag
Vlakheid van matrijs en substraat
Gereedschapsparallellisme
Geprogrammeerde hoogte en kracht
Thermisch of uithardingsprofiel
Wanneer de hechtlaag inconsistent is, kan het aanpassen van de machinekracht het probleem maskeren zonder een instabiele afzetting, een kromgetrokken substraat of ongeschikt gereedschap te corrigeren.
De hechtkracht moet overeenkomen met de matrijs en het materiaal.
Hechtkracht helpt bij het tot stand brengen van contact, het verspreiden van materiaal, het plaatsen van een voorvorm of het ondersteunen van een drukgestuurd proces. Meer kracht is niet automatisch beter.
Overmatig of slecht gecontroleerd geweld kan bijdragen aan:
Matrijsbreuk
Substraatschade
Overmatige uitknijping van lijm
Ongecontroleerde reductie van de bindingslijn
Die beweging
Schade aan stoten of delicate structuren
Onvoldoende kracht kan leiden tot onvolledig contact, instabiele hechting, een te dikke lijmlaag of een slechte materiaalverdeling.
De relevante specificatie betreft niet alleen de maximale kracht van de machine. Het proces kan ook afhangen van lage krachtresolutie, gesloten-lusregeling, contactdetectie, krachtstabiliteit en gereedschapscompliantie.
Temperatuur en atmosfeer veranderen de betekenis van plaatsing.
Bij epoxy-plaatsing op kamertemperatuur kan de chip beweegbaar blijven totdat het materiaal begint uit te harden. Bij eutectische en soldeerprocessen kan de chip worden gepositioneerd terwijl de hechtlaag wordt verwarmd of gesmolten. Bij sinteren kan het plaatsen en vastzetten worden gevolgd door een aparte stap met hoge temperatuur en druk.
Wijzigingen in de verwarming:
Materiaalviscositeit
Bevochtigingsgedrag
Oxidatierisico
Afmetingen van de chip en het substraat
Uitbreiding van het gereedschap
Verwerkingstijd van de lijm
Definitieve verbindingslijnvorming
Een geschikte die bonding machine kan daarom verwarmde gereedschappen, een verwarmd platform, lokale verwarming, atmosfeerregeling, temperatuurbewaking of gecontroleerde koeling vereisen.
De ASMPT AD211 Plus eutectische diebonder Dit illustreert een gespecialiseerde thermische hechtingsmethode. Deze moet niet op dezelfde manier worden beoordeeld als een standaard epoxy-aanbrengmachine voor kamertemperatuur.
Doorvoer moet het volledige proces omvatten.
Het aantal eenheden per uur kan helpen bij het inschatten van de productiecapaciteit, maar de maximale plaatsingssnelheid geeft zelden de volledige fabriekscyclus weer.
De daadwerkelijke output kan de volgende tijd omvatten:
Wafer- en substraatbelading
Slechte dobbelsteenherkenning
Gereedschaps- of uitwerperwisselingen
Materiaaldosering of stempelen
Visieafstemming
Verwarming en koeling
Bond-force verblijf
Inspectie na het afsluiten van de borgsom
Tijdschriftwijzigingen
Receptwijziging
Een machine met een hoge nominale UPH (Units Per Hour) kan een lagere bruikbare output leveren wanneer de toepassing lange uitlijning, meerdere materialen, frequente gereedschapswisselingen of uitgebreide inspectie vereist.
Omgekeerd kan een langzamer, nauwkeuriger platform de betere productiekeuze zijn wanneer een plaatsingsfout de voltooide optische of halfgeleiderassemblage onbruikbaar zou maken.
Hoe veelvoorkomende problemen met chipverbinding verband houden met het proces.
Een defect moet worden beschouwd als bewijsmateriaal dat het onderzoek verfijnt, niet als bewijs van één specifieke oorzaak.
| Waargenomen resultaat | Procesgebieden die onderzocht moeten worden |
|---|---|
| De matrijs is verschoven of gedraaid. | Visuele referentie, pick-uporiëntatie, gereedschapsvrijgave, materiaalverplaatsing, scrubben, reflow of stabiliteit van de mal |
| Matrijs kantelen of ongelijke hoogte | Uniformiteit van de afzetting, paralleliteit van het gereedschap, vlakheid van het substraat, verontreiniging, controle van de hechthoogte of krachtverdeling |
| Overmatige epoxylekkage | Afzettingsvolume, viscositeit, temperatuur, kracht, plaatsingshoogte, matrijsgrootte of uithardingsvertraging |
| Onvolledige kleeflaag | Afzettingspatroon, materiaaltoestand, oppervlakte-energie, plaatsingskracht, hechtlaag of ingesloten verontreiniging |
| Die barst of splintert. | Uitwerperinstelling, oppakgereedschap, tape-ontgrendeling, kracht, ondersteuning, bewegingsprofiel of matrijsdikte |
| Hoog poriëngehalte | Materiaalvoorbereiding, doseerpatroon, oppervlakteconditie, atmosfeer, reinigen, reflow, uitharden of vacuümproces na de behandeling |
| Instabiele plaatsingsnauwkeurigheid | Kalibratie, visueel contrast, centrering van gereedschap, podiumconditie, thermische drift, trillingen of productpresentatie |
De eerste diagnostische vraag moet zijn waar de variatie in de reeks optreedt. Vergelijk een bekende, goed verlopen cyclus met de falende cyclus en isoleer de waferverwerking, het oppakken, het aanbrengen van het materiaal, de uitlijning, de plaatsing en het daaropvolgende bondingproces, stap voor stap.
Hoe lees je de specificaties van een matrijsverbindingsmachine?
Voordat u machinemodellen vergelijkt, vertaalt u elke specificatie naar een productvereiste.
| Machinespecificaties | De vraag die het zou moeten beantwoorden |
|---|---|
| X/Y- en theta-nauwkeurigheid | Kan de machine de matrijs binnen de tolerantie van de verpakking plaatsen onder de beoogde procesomstandigheden? |
| Bereik van matrijsgrootte en -dikte | Kunnen de pick-up, ejector en gereedschappen de matrijs zelf zonder beschadiging verwerken? |
| Wafer- en trayondersteuning | Kan de machine het formaat en de toewijzingsmethode van het productiemateriaal accepteren? |
| Bindingskrachtbereik | Levert de machine de vereiste kracht met voldoende nauwkeurigheid en controle? |
| Verwarmingscapaciteit | Zijn de verbindingskop, het platform en de atmosfeer geschikt voor het verbindingsmateriaal en het thermische profiel? |
| Uitgifteopties | Kan het geïnstalleerde systeem het materiaal, de viscositeit, het afzettingspatroon en het benodigde volume aan? |
| UPH of cyclustijd | Welke output blijft er over nadat materiaalaanbrenging, uitlijning, verwarming en inspectie zijn meegerekend? |
| Inspectie na het afsluiten van de borgsom | Welke plaatsings- of procesfouten kan de machine detecteren voordat het product verder in het proces terechtkomt? |
Het specificatieblad van de machine definieert een mogelijk werkingsgebied. Representatieve materiaaltesten zijn nog steeds nodig om te bepalen of de exacte chip, het substraat, de lijm, het soldeer of het sinterproces betrouwbaar kan worden uitgevoerd.
Een praktische evaluatie van proces tot machine
Een die bonding-machine moet in dezelfde volgorde worden beoordeeld als het daadwerkelijke assemblageproces.
Definieer het uiteindelijke gewricht. Leg de mechanische, thermische, elektrische en betrouwbaarheidseisen vast.
Bevestig de dobbelsteen. Documentafmetingen, dikte, materiaal, staat van de achterzijde en invoerformaat.
Bevestig het substraat. Noteer de afmetingen, afwerking, vlakheid, referentiepunten en verwerkingsmethode.
Definieer het hechtmateriaal. Vermeld de applicatiemethode, opslag, temperatuur en de daaropvolgende uitharding of reflow.
Stel de plaatsingstolerantie in. Maak onderscheid tussen de uitlijning vóór het vastzetten en de uiteindelijke positie na het vastzetten.
Definieer hoogte en kracht. Sluit ze aan op de vereisten voor verbindingslijnen en pakketten.
Beoordeel de thermische behoeften. Bepaal de vereisten voor gereedschapsverwarming, podiumverwarming, atmosfeer en koeling.
Bereken een realistische output. Neem alle stappen met betrekking tot hantering, uitlijning, verlijming en inspectie op.
Controleer de geïnstalleerde configuratie. Controleer de printkoppen, camera's, laders, dispensers, verwarmingselementen, software en gereedschappen.
Test representatief materiaal. Evalueer het volledige proces in plaats van alleen een droogcyclus van de machine.
Deze procedure voorkomt een veelgemaakte fout: het selecteren van een die bonder omdat de maximale nauwkeurigheid of doorvoer geschikt lijkt, om er vervolgens achter te komen dat de geïnstalleerde materiaalverwerkings- of bondingmodules het vereiste proces niet kunnen reproduceren.
Veelgestelde vragen over het die bondingproces
Is die bonding hetzelfde als die attach?
De termen worden vaak gebruikt voor het proces van het plaatsen en bevestigen van een halfgeleiderchip aan een leadframe, substraat, drager of ander component. Het precieze verbindingsmechanisme kan gebruikmaken van epoxy, soldeer, een eutectische legering, sintermateriaal of een ander proces.
Zorgt een matrijsverbindingsmachine voor de uiteindelijke verbinding?
Niet in elk proces. Sommige machines voltooien het verwarmen of eutectisch verbinden ter plaatse. In andere toepassingen voert de die bonder het aanbrengen, plaatsen of vastzetten van het materiaal uit voordat de assemblage naar de uithardings-, reflow- of sinterapparatuur gaat.
Wat is de belangrijkste specificatie voor een die bonder?
Er is niet één allerbelangrijkste factor. Plaatsingsnauwkeurigheid, matrijsbehandeling, materiaaltoepassing, hechtkracht, verwarming, beeldvorming, doorvoer en inspectie moeten allemaal afgestemd zijn op het product en het hechtingsproces.
Waarom kan de dobbelsteen bewegen na een nauwkeurige visuele uitlijning?
De matrijs kan verschuiven tijdens het lossen van het gereedschap, materiaalcompressie, schrobben, uitharden, het smelten van soldeer of thermische uitzetting. Daarom kan de positie na het verbinden afwijken van de uitlijning die vóór het plaatsen is gemeten.
Hoe moet een die bonding machine getest worden vóór de selectie?
Gebruik waar mogelijk representatieve matrijzen, substraten, materialen en gereedschappen. Bevestig de opname, materiaaltoepassing, uitlijning, plaatsing, hechtingsgedrag, inspectie en compatibiliteit met de daaropvolgende processen onder overeengekomen voorwaarden.
Eindperspectief
De kwaliteit van de chipverbinding wordt bepaald door een gecontroleerde volgorde van handelingen, niet alleen door de nauwkeurigheid van de plaatsing. Waferpresentatie, chipopname, materiaaltoepassing, uitlijning, verbindingshoogte, kracht, temperatuur en inspectie dragen allemaal bij aan het eindresultaat.
De juiste machine is degene waarvan de geïnstalleerde configuratie die volledige reeks met aanvaardbare stabiliteit en output kan reproduceren.
Beoordeling beschikbaar die bonding machines en die attach systemenVervolgens worden de matrijs, het substraat, het hechtmateriaal, de nauwkeurigheidsdoelstelling, de doorvoer en de benodigde procesmodules via de geleverd. Aanvraagpagina voor halfgeleiderapparatuur van GEEKVALUE voor een beoordeling op basis van de configuratie.