Łączenie matryc jest często opisywane jako prosta operacja pick-and-place: matryca jest wyjmowana z płytki i mocowana do ramki wyprowadzeń, podłoża lub nośnika. Jednak w produkcji dokładne umiejscowienie to tylko jeden z elementów decydujących o efekcie.
Proces łączenia matryc musi również kontrolować sposób podnoszenia matrycy, sposób nakładania materiału wiążącego, sposób wyrównania matrycy i podłoża, sposób zarządzania siłą i wysokością oraz zachowanie się zespołu podczas utwardzania, lutowania lub innego dalszego etapu łączenia.
Dlatego dwie maszyny do klejenia matryc o podobnych parametrach rozmieszczenia mogą dawać zupełnie różne rezultaty na tym samym opakowaniu. Ich systemy wizyjne, wyrzutniki, głowice klejące, dozowniki, grzałki, narzędzia i konfiguracje transportu materiałów mogą się różnić.
Czym tak naprawdę steruje maszyna do klejenia matryc
Urządzenie do łączenia matryc łączy kilka pojedynczych operacji w jedną, powtarzalną sekwencję montażową. Dokładna sekwencja różni się w zależności od produktu i materiału klejącego, ale większość procesów łączenia matryc obejmuje pięć etapów funkcjonalnych:
Prezentacja i identyfikacja kostki
Wybieranie kostki bez jej uszkodzenia lub zanieczyszczenia
Przygotowanie materiału wiążącego i podłoża
Wyrównywanie i umieszczanie matrycy w kontrolowanych warunkach
Kontrola wyniku i przekazanie zespołu w dół
Maszyna nie gwarantuje samodzielnie niezawodnego połączenia matrycy. Tworzy i kontroluje warunki wymagane przez wybrany materiał i konstrukcję opakowania.
W przypadku mocowania matrycy epoksydowej, ostateczne połączenie może nie zostać wykonane do momentu utwardzenia kleju. W przypadku łączenia eutektycznego lub lutowniczego, wynik zależy również od temperatury, atmosfery, stanu powierzchni i zwilżalności. W przypadku spiekania srebra, osoba spajająca matrycę może wykonać nakładanie, układanie i sczepianie materiału, podczas gdy ostateczne zagęszczanie odbywa się w innym procesie.
Proces łączenia matryc od płytki do podłoża
1. Prezentacja matrycy i mapowanie płytek
Proces rozpoczyna się od znanego źródła matryc. Matryce mogą być dostarczane na ramce z wafli, w opakowaniu waflowym, w opakowaniu żelowym, na tacce, podajniku lub innym nośniku.
Gdy matryce są pobierane bezpośrednio z płytki, maszyna może musieć skoordynować:
Identyfikacja i orientacja wafli
Informacje o mapie płytek lub znanych dobrych matrycach
Pozycja die i rozpoznawanie ulicy
Ruch ramy i stan rozszerzenia
Pozycja wyrzutnika i czas odbioru
Postępowanie z matrycami oznaczonymi jako wadliwe lub odrzucone
Maszyna obsługująca właściwą średnicę wafla może nadal nie być odpowiednia, jeśli typ jej ramy, układ wyrzutnika, format mapy wafla lub metoda pobierania matryc nie pasują do produktu.
2. Wyrzucanie i podnoszenie matrycy
Matrycę należy oddzielić od taśmy i przenieść do głowicy łączącej bez pęknięć, odprysków, obracania się lub zanieczyszczenia.
Etap ten staje się trudniejszy, gdy w procesie wykorzystuje się:
Bardzo małe matryce
Cienkie lub wypaczone matryce
Kruche materiały półprzewodnikowe złożone
Duże matryce o znacznej powierzchni
Matryce z delikatnymi strukturami górnej strony
Powłoki lub metalizacje tylne, które można zarysować
Igła wyrzutnika, geometria podparcia, stan taśmy, narzędzie pobierające, poziom podciśnienia i profil ruchu współdziałają ze sobą. Zwiększenie skoku wyrzutnika lub podciśnienia bez zrozumienia mechanizmu awarii może spowodować przeniesienie problemu z niekompletnego pobierania na pęknięcie matrycy lub uszkodzenie powierzchni.
3. Przygotowanie materiału wiążącego
Przed umieszczeniem materiału mocującego matrycę maszyna może musieć go dozować, stemplować, zanurzać lub w inny sposób przygotowywać.
| Trasa materiałowa | Typowa funkcja maszyny | Główny problem procesowy |
|---|---|---|
| Epoksyd przewodzący lub nieprzewodzący | Dozowanie, natryskiwanie, stemplowanie lub zanurzanie | Objętość osadu, wzór, krwawienie, czas otwarty i zachowanie utwardzania |
| Stop eutektyczny lub preforma | Obsługa preform, ogrzewanie, kontrola atmosfery i opcjonalne czyszczenie | Zwilżanie, utlenianie, jednorodność temperatury i ruch matrycy |
| Lut miękki | Przygotowanie lutu, strefa procesu podgrzewania i kontrolowany transport | Grubość spoiny, zwilżanie, tworzenie pustych przestrzeni i powtarzalność produkcji |
| Materiał do spiekania srebra | Dozowanie pasty, obsługa folii, jej nakładanie i przyklejanie | Jednorodność materiału, kontrola linii wiązania i przeniesienie do końcowego spiekania |
| Klej utwardzany promieniami UV | Dozowanie, wyrównywanie, rozmieszczanie i ekspozycja na promieniowanie UV | Czas pracy, obszary zacienione, dawka utwardzacza i stabilność składników |
Sama nazwa materiału nie wystarczy do określenia urządzenia. Lepkość, zawartość wypełniacza, rozmiar osadu, czas przydatności do użycia, warunki przechowywania i wymagany wzór mogą wpłynąć na odpowiednią technologię dozowania.
4. Wyrównanie wizji
System wizyjny identyfikuje elementy odniesienia na matrycy i powierzchni docelowej. Następnie maszyna oblicza wymaganą korektę X, Y i korektę obrotową przed umieszczeniem elementu.
Niezawodne ustawienie zależy nie tylko od rozdzielczości kamery. System musi również zarządzać:
Powierzchnie odblaskowe, przezroczyste lub o niskim kontraście
Zmiana orientacji matrycy
Podłoża i odniesienia do pakietów
Kalibracja centrum narzędzi i kamery
Różnice wysokości między produktami
Rozszerzalność cieplna podczas łączenia na gorąco
Ruch po związaniu spowodowany przez materiał
System wizyjny może precyzyjnie zlokalizować matrycę przed jej umieszczeniem, podczas gdy ostateczna pozycja wciąż ulega zmianie podczas kompresji, utwardzania lub lutowania rozpływowego. Dlatego dokładność ustawienia przed sklejeniem i ostateczna dokładność po sklejeniu należy traktować jako powiązane, ale różne pomiary.
5. Kontrolowane umiejscowienie i wiązanie
Podczas umieszczania głowica łącząca przesuwa matrycę w kierunku podłoża i ustala wymaganą pozycję, wysokość i siłę.
W zależności od procesu maszyna może sterować:
Prędkość podejścia
Wykrywanie kontaktu
Wysokość wiązania lub końcowa pozycja Z
Siła umiejscowienia
Czas przebywania
Temperatura głowicy i sceny
Szorowanie lub zaprogramowany ruch matrycy
Atmosfera obojętna lub redukująca
Chłodzenie przed wypuszczeniem
Tych czynników nie należy traktować jako niezależnych. Siła może zmieniać grubość spoiny. Temperatura może zmieniać lepkość i zwilżalność materiału. Szorowanie może wpływać na tworzenie się pustych przestrzeni i ostateczne wyrównanie. Równoległość narzędzi może powodować, że jedna strona matrycy styka się przed drugą.
6. Kontrola i przeniesienie po złożeniu zabezpieczenia
Po umieszczeniu matrycy, maszyna może sprawdzić jej obecność, położenie, obrót, stan powierzchni lub rozprowadzenie kleju. Bardziej zaawansowane systemy mogą również mierzyć wysokość, równoległość lub przesunięcie po sklejeniu.
Kontrola musi odpowiadać defektowi, który należy kontrolować. Kamera z widokiem z góry może wykryć brakujące lub obrócone matryce, ale nie może bezpośrednio potwierdzić poziomu pustych przestrzeni, całkowitego pokrycia klejem ani niezawodności finalnego połączenia.
Następnie zespół może przejść proces utwardzania, topienia rozpływowego, spiekania, łączenia drutowego, formowania lub inną operację specyficzną dla danego opakowania.
Dokładność rozmieszczenia nie jest jedną uniwersalną liczbą
Dokładność rozmieszczania jest jedną z najbardziej widocznych cech maszyn do łączenia matryc, ale jest to również jedna z cech, które najłatwiej błędnie porównać.
Opublikowana wartość dokładności może zależeć od:
Definicja statystyczna, np. jedna sigma lub trzy sigma
Wymiary matrycy i cechy powierzchni
Prędkość maszyny używana podczas testów
Wybrana kamera i pole widzenia
Głowica łącząca i narzędzie odbiorcze
Rozmiar podłoża i obszar roboczy
Czy pomiar jest wykonywany przed czy po połączeniu
Temperatura procesu i zachowanie materiału
Z tego powodu niższa wartość specyfikacji numerycznej nie oznacza automatycznie lepszej wydajności produkcji. Specyfikację należy czytać w kontekście rzeczywistej tolerancji opakowania i warunków procesu.
| Wymagania dotyczące dokładności | Typowy priorytet procesu | Kierunek sprzętu |
|---|---|---|
| Standardowe rozmieszczenie pakietów | Stabilne mocowanie matryc o dużej objętości i przewidywalny przepływ materiału | Automatyczna maszyna do klejenia matryc epoksydowych ukierunkowana na produkcję |
| Precyzyjne umiejscowienie czujnika lub optoelektroniki | Dokładniejsze wyrównanie, kontrolowana siła i stabilna pozycja po połączeniu | Platforma do łączenia matryc o wysokiej precyzji |
| Połączenie o drobnym skoku skierowane w dół | Wyrównanie połączeń między matrycą a padami podłoża | Układ z chipem odwróconym lub układ z możliwością termokompresji |
| Zespół optyczny lub fotoniczny | Związek między rozmieszczeniem elektrycznym a ustawieniem optycznym | Ultraprecyzyjna maszyna do łączenia matryc ze specjalistyczną wizją i metrologią |
Ten ASMPT AD280 Plusna przykład reprezentuje kierunek sprzętu zorientowanego na precyzję, podczas gdy ASM AD830 Plus reprezentuje automatyczną platformę produkcyjną. Ich przydatność należy oceniać na podstawie aplikacji i zainstalowanej konfiguracji, a nie na podstawie jednego numeru nagłówkowego.
Grubość spoiny łączy maszynę z ostatecznym złączem
Grubość linii łączenia to odległość między tylną stroną matrycy a powierzchnią łączenia po jej umieszczeniu i ściśnięciu materiału.
Może to mieć wpływ na:
Opór cieplny
Zachowanie elektryczne
Naprężenie mechaniczne
Pochylenie
Wyciek kleju
Powstawanie pustki
Wysokość opakowania
Długoterminowa niezawodność
Urządzenie spajające wpływa na grubość spoiny poprzez objętość nanoszonego materiału, wysokość spoiny, siłę, równoległość narzędzia i powtarzalność nakładania. Wartość końcowa może również ulec zmianie podczas utwardzania, lutowania rozpływowego lub spiekania.
Oznacza to, że kontrola linii wiązania nie powinna być ograniczona do jednego ustawienia siły. Proces wymaga stabilnej relacji między:
Objętość materiału
Reologia materiału lub zachowanie się podczas topnienia
Płaskość matrycy i podłoża
Paralelizm narzędzi
Zaprogramowana wysokość i siła
Profil termiczny lub utwardzający
Gdy linia wiązania jest niespójna, zmiana siły nacisku maszyny może ukryć ten objaw bez skorygowania niestabilnego osadu, odkształconego podłoża lub nieodpowiednich narzędzi.
Siła wiązania musi być dopasowana do matrycy i materiału
Siła wiązania pomaga nawiązać kontakt, rozprowadzić materiał, osadzić preformę lub wspomóc proces wspomagany ciśnieniem. Większa siła nie oznacza automatycznie lepszej jakości.
Nadmierna lub źle kontrolowana siła może przyczynić się do:
Pękanie matrycy
Uszkodzenie podłoża
Nadmierne wyciskanie kleju
Niekontrolowana redukcja linii wiązania
Ruch matrycy
Uszkodzenia guzów lub delikatnych struktur
Niedostateczna siła może skutkować niepełnym kontaktem, niestabilnym łączeniem, nadmierną grubością spoiny lub słabym rozprowadzaniem materiału.
Istotna specyfikacja to nie tylko maksymalna siła maszyny. Proces może również zależeć od rozdzielczości niskiej siły, sterowania w pętli zamkniętej, wykrywania styków, stabilności siły i zgodności narzędzia.
Temperatura i atmosfera zmieniają znaczenie umiejscowienia
W przypadku nakładania żywicy epoksydowej w temperaturze pokojowej, matryca może pozostać ruchoma do momentu rozpoczęcia utwardzania materiału. W procesach eutektycznych i lutowniczych, matryca może być pozycjonowana podczas podgrzewania lub topienia warstwy wiążącej. W przypadku spiekania, po nałożeniu i sczepianiu może nastąpić oddzielny etap w wysokiej temperaturze i ciśnieniu.
Zmiany ogrzewania:
Lepkość materiału
Zachowanie zwilżające
Ryzyko utleniania
Wymiary matrycy i podłoża
Rozszerzenie narzędzi
Czas pracy kleju
Ostateczne utworzenie linii wiązania
Odpowiednia maszyna do klejenia matryc może zatem wymagać podgrzewanych narzędzi, podgrzewanego stolika, lokalnego podgrzewania, kontroli atmosfery, monitorowania temperatury lub kontrolowanego chłodzenia.
Ten ASMPT AD211 Plus eutektyczny klej matrycowy Ilustruje specjalistyczny kierunek łączenia termicznego. Nie należy go oceniać w taki sam sposób, jak standardowej maszyny do nakładania żywicy epoksydowej w temperaturze pokojowej.
Przepustowość musi obejmować cały proces
Jednostki na godzinę mogą pomóc oszacować wydajność produkcji, jednak maksymalna prędkość rozmieszczania rzadko odzwierciedla cały cykl produkcyjny.
Rzeczywisty wynik może obejmować czas potrzebny na:
Ładowanie wafli i podłoża
Rozpoznawanie złych kości
Zmiana narzędzia lub wyrzutnika
Dozowanie lub tłoczenie materiału
Wyrównanie wizji
Ogrzewanie i chłodzenie
Siła wiązania
Kontrola po złożeniu zabezpieczenia
Zmiany w magazynie
Zmiana receptury
Maszyna o wysokim nominalnym UPH może wytwarzać mniej użyteczną moc wyjściową, gdy zastosowanie wymaga długiego wyrównywania, stosowania wielu materiałów, częstych wymian narzędzi lub dokładnej kontroli.
Z drugiej strony, wolniejsza, precyzyjna platforma może okazać się lepszym wyborem w warunkach produkcyjnych, gdy błąd w umiejscowieniu mógłby sprawić, że ukończony układ optyczny lub półprzewodnikowy nie nadawałby się do użytku.
Jak typowe problemy z klejeniem matryc są powiązane z procesem
Wadę należy traktować jako dowód zawężający zakres dochodzenia, a nie jako dowód na istnienie jednej, głównej przyczyny problemu.
| Obserwowany wynik | Obszary procesu do zbadania |
|---|---|
| Przesunięta lub obrócona matryca | Odniesienie wizyjne, orientacja odbioru, zwolnienie narzędzia, ruch materiału, szorowanie, reflow lub stabilność mocowania |
| Pochylenie matrycy lub nierówna wysokość | Jednorodność osadu, równoległość narzędzia, płaskość podłoża, zanieczyszczenie, kontrola wysokości wiązania lub rozkład sił |
| Nadmierne wyciekanie żywicy epoksydowej | Objętość nanoszonego materiału, lepkość, temperatura, siła, wysokość umieszczenia, rozmiar matrycy lub opóźnienie utwardzania |
| Niepełne pokrycie klejem | Wzór osadu, stan materiału, energia powierzchniowa, siła osadzania, linia wiązania lub uwięzione zanieczyszczenia |
| Pęknięcie lub odprysk | Konfiguracja wyrzutnika, narzędzie do pobierania, zwalnianie taśmy, siła, podparcie, profil ruchu lub grubość matrycy |
| Wysoki poziom pustki | Przygotowanie materiału, wzór dozowania, stan powierzchni, atmosfera, szorowanie, reflow, utwardzanie lub dalszy proces próżniowy |
| Niestabilna dokładność rozmieszczenia | Kalibracja, kontrast widzenia, centrowanie narzędzia, stan sceny, dryft termiczny, wibracje lub prezentacja produktu |
Pierwszym pytaniem diagnostycznym powinno być miejsce, w którym dana zmienność wchodzi w sekwencję. Porównaj cykl znany jako dobry z cyklem wadliwym i wyodrębnij etapy obsługi płytki, odbioru, nakładania materiału, wyrównywania, umieszczania i łączenia w dół, jeden po drugim.
Jak czytać specyfikacje maszyn do klejenia matryc
Przed porównaniem modeli maszyn należy przełożyć każdą specyfikację na wymagania dotyczące produktu.
| Specyfikacja maszyny | Pytanie, na które powinno odpowiedzieć |
|---|---|
| Dokładność X/Y i theta | Czy maszyna może umieścić matrycę w granicach tolerancji opakowania przy zamierzonych warunkach procesu? |
| Zakres rozmiarów i grubości matrycy | Czy podnośnik, wyrzutnik i oprzyrządowanie poradzą sobie z matrycą bez jej uszkodzenia? |
| Podpora pod wafle i tacki | Czy maszyna akceptuje format materiału produkcyjnego i metodę mapowania? |
| Zakres siły wiązania | Czy maszyna zapewnia potrzebną siłę przy odpowiedniej rozdzielczości i kontroli? |
| Możliwość ogrzewania | Czy głowica łącząca, stolik i atmosfera są w stanie utrzymać materiał wiążący i profil termiczny? |
| Opcje dozowania | Czy zainstalowany system jest w stanie obsłużyć materiał o odpowiedniej lepkości, wzorze osadu i wymaganej objętości? |
| UPH lub czas cyklu | Jaki wynik pozostaje po nałożeniu materiału, wyrównaniu, podgrzaniu i sprawdzeniu? |
| Kontrola po złożeniu zabezpieczenia | Jakie wady umiejscowienia lub procesu może wykryć maszyna zanim produkt przesunie się w dół strumienia? |
Karta specyfikacji maszyny określa możliwy zakres pracy. Nadal konieczne są reprezentatywne testy materiałowe, aby określić, czy konkretny układ scalony, podłoże, klej, lut lub proces spiekania będą działać niezawodnie.
Praktyczny przegląd procesu i maszyny
Przegląd maszyny do klejenia matryc należy przeprowadzać w tej samej kolejności, w jakiej omawiany jest rzeczywisty proces montażu.
Zdefiniuj połączenie końcowe. Zapisz jego wymagania mechaniczne, termiczne, elektryczne i dotyczące niezawodności.
Potwierdź kość. Wymiary dokumentu, grubość, materiał, stan tylnej strony i format wejściowy.
Potwierdź podłoże. Rejestruj wymiary, wykończenie, płaskość, punkty odniesienia i sposób obchodzenia się.
Zdefiniuj materiał wiążący. Należy uwzględnić metodę aplikacji, przechowywanie, temperaturę oraz późniejsze utwardzanie lub reflow.
Ustaw tolerancję rozmieszczenia. Oddzielne ustawienie przed wiązaniem od ostatecznej pozycji po wiązaniu.
Zdefiniuj wysokość i siłę. Połącz je z wymaganiami dotyczącymi spoin i opakowań.
Przegląd potrzeb cieplnych. Określ wymagania dotyczące ogrzewania narzędzi, ogrzewania sceny, atmosfery i chłodzenia.
Oblicz realistyczny wynik. Należy uwzględnić wszystkie czynności związane z obsługą, wyrównywaniem, łączeniem i kontrolą.
Sprawdź zainstalowaną konfigurację. Weryfikacja głowic, kamer, ładowarek, dozowników, grzałek, oprogramowania i oprzyrządowania.
Materiał reprezentatywny dla testu. Należy oceniać cały proces, a nie tylko suchy cykl maszynowy.
Taka kolejność działań zapobiega częstemu błędowi: wybieramy urządzenie do łączenia matryc, ponieważ jego maksymalna dokładność lub przepustowość wydają się odpowiednie, a potem okazuje się, że zainstalowane moduły do obsługi materiałów lub łączenia nie są w stanie odtworzyć wymaganego procesu.
Najczęściej zadawane pytania dotyczące procesu łączenia matryc
Czy łączenie matryc to to samo co łączenie matryc?
Terminy te są często używane w odniesieniu do procesu umieszczania i mocowania układu półprzewodnikowego do ramki wyprowadzeń, podłoża, nośnika lub innego komponentu. Dokładny mechanizm łączenia może wykorzystywać żywicę epoksydową, lut, stop eutektyczny, materiał spiekany lub inny proces.
Czy maszyna do łączenia matryc wykonuje ostateczne połączenie?
Nie w każdym procesie. Niektóre maszyny wykonują nagrzewanie lub wiązanie eutektyczne na miejscu. W innych zastosowaniach, spawarka matrycowa wykonuje nakładanie, układanie lub sczepianie materiału, zanim zespół zostanie przeniesiony do urządzeń do utwardzania, reflow lub spiekania.
Jaka jest najważniejsza specyfikacja maszyny do łączenia matryc?
Nie ma jednej najważniejszej liczby. Dokładność umiejscowienia, obsługa matrycy, aplikacja materiału, siła wiązania, nagrzewanie, wizja, przepustowość i kontrola muszą być dostosowane do produktu i procesu łączenia.
Dlaczego kostka może się poruszać po dokładnym ustawieniu obrazu?
Matryca może się przesuwać podczas zwalniania narzędzia, ściskania materiału, szorowania, utwardzania, topienia lutu lub ruchu termicznego. Dlatego pozycja po połączeniu może różnić się od wyniku ustawienia zmierzonego przed montażem.
Jak należy testować maszynę do klejenia matryc przed jej wyborem?
W miarę możliwości należy stosować reprezentatywne matryce, podłoża, materiały i narzędzia. Potwierdź odbiór, aplikację materiału, wyrównanie, umiejscowienie, zachowanie linii wiązania, inspekcję i zgodność z dalszym procesem w uzgodnionych warunkach.
Ostateczna perspektywa
Jakość połączenia matrycy zależy od kontrolowanej sekwencji, a nie tylko od dokładności montażu. Na końcowy efekt wpływają: ułożenie płytki, odbiór matrycy, nałożenie materiału, wyrównanie, wysokość połączenia, siła, temperatura i kontrola.
Właściwa maszyna to taka, której zainstalowana konfiguracja umożliwia odtworzenie całej sekwencji przy akceptowalnej stabilności i wydajności.
Recenzja dostępna maszyny do klejenia matryc i systemy mocowania matrycnastępnie dostarczamy matrycę, podłoże, materiał wiążący, cel dokładności, przepustowość i wymagane moduły procesowe poprzez Strona z zapytaniami o sprzęt półprzewodnikowy GEEKVALUE w celu przeprowadzenia przeglądu opartego na konfiguracji.