晶片鍵合通常被描述為簡單的拾取和放置操作：將晶片從晶圓上取下，然後貼裝到引線框架、基板或載體上。然而，在生產過程中，精確放置只是最終結果的一部分。
晶片鍵合製程還必須控制晶片的拾取方式、鍵合材料的塗覆方式、晶片和基板的對準方式、力和高度的控制方式，以及組件在固化、焊接或其他下游鍵合步驟中的表現。
這就是為什麼兩台晶片貼裝規格相似的晶片貼裝機，在同一個封裝上可能會產生截然不同的結果。它們的視覺系統、頂出裝置、貼裝頭、點膠器、加熱器、工裝和物料輸送配置可能並不相同。
晶片鍵合機實際控制的是什麼
晶片鍵合機將多個獨立的操作連接成一個可重複的組裝序列。具體的序列會因產品和鍵合材料而異，但大多數晶片鍵合製程都包含五個功能階段：
展示和識別模具
取出模具時不造成損壞或污染
準備黏合材料和基材
在受控條件下對準和放置模具
檢查結果並將裝配體向下游傳輸
這台機器本身並不能保證晶片黏接連接的可靠性。它只是根據所選材料和封裝設計，創造並控制所需的條件。
對於環氧樹脂晶片黏接，最終連接可能要等到黏合劑固化後才能形成。對於共晶或焊料黏接，結果還取決於溫度、氣氛、表面狀況和潤濕性。在銀燒結製程中，晶片黏接機可以進行材料塗覆、定位和點焊，而最終的緻密化則在另一個工序中進行。
從晶圓到基板的晶片鍵合工藝
1.晶片展示和晶圓映射
此流程始於已知的晶片來源。晶片可以以切割好的晶圓框架、華夫餅包裝、凝膠包裝、托盤、送料器或其他載體的形式供應。
當晶片直接從晶圓上拾取時，機器可能需要協調以下操作：
晶圓辨識和取向
晶圓圖或已知良好晶片信息
骰子位置和街道識別
框架運動和擴張條件
彈射器位置和拾取時間
不良標記或廢模處理
即使機器支援正確的晶圓直徑，但如果其框架類型、彈出裝置佈置、晶圓圖格式或晶片拾取方法與產品不匹配，則該機器仍然可能不適用。
2. 模具彈出和拾取
晶片必須從膠帶上分離並轉移到黏合頭，而不能出現裂痕、碎裂、旋轉或污染的情況。
當流程中使用以下方法時，此階段會變得更加困難：
非常小的模具
模具過薄或變形
脆性化合物半導體材料
具有較大表面積的大型模具
具有敏感頂部結構的晶片
背面塗層或金屬化層容易被刮傷
頂針、支撐幾何形狀、膠帶狀況、取料工具、真空度和運動軌跡共同作用。如果不了解失效機制，就增加頂針行程或真空度，可能會導致問題從取料不完全演變為模具開裂或表面損傷。
3. 黏接材料製備
機器可能需要在放置模具之前，透過點膠、沖壓、浸漬或其他方式提供模具連接材料。
| 材料路線 | 典型機器功能 | 主要流程關注點 |
|---|---|---|
| 導電或非導電環氧樹脂 | 點膠、噴射、沖壓或浸塗 | 沉積量、圖案、滲色、開放時間和固化行為 |
| 共晶合金或預成型體 | 預成型件處理、加熱、氣氛控制和可選洗滌 | 潤濕性、氧化、溫度均勻性和模具運動 |
| 軟焊料 | 焊料準備、加熱製程區及受控運輸 | 黏合層厚度、潤濕性、空隙與生產重複性 |
| 銀燒結材料 | 漿料點塗、薄膜處理、放置與黏合 | 材料均勻性、黏結層控制和向最終燒結的過渡 |
| 紫外光固化膠合劑 | 點膠、對準、定位和紫外線照射 | 工作時間、陰影區域、固化劑量和組件穩定性 |
僅憑物料名稱不足以確定合適的設備。黏度、填料含量、點膠尺寸、適用期、儲存條件和所需圖案等因素都會影響適用的點膠技術。
4. 願景一致性
視覺系統識別模具和目標表面上的參考特徵。然後，機器計算出放置前所需的 X、Y 軸和旋轉校正量。
可靠的對準不僅取決於相機解析度。系統也必須管理：
反光、透明或低對比表面
改變模具方向
基板標記和封裝參考
工具中心和相機校準
產品之間的高度差異
熱膨脹過程中的黏合
材料引起的黏合後位移
視覺系統可以在晶片貼裝前精確定位晶片，但最終位置在壓縮、固化或回流焊接過程中仍會發生偏移。因此，貼裝前對準精度和貼裝後最終精度應視為相關但不同的測量指標。
5. 可控放置和黏接
在貼裝過程中，鍵合頭將晶片向基板移動，並建立所需的位置、高度和壓力。
根據製程的不同，機器可以控制：
接近速度
接觸檢測
鍵高或最終 Z 位置
部署力
停留時間
鍵合頭和平台溫度
擦洗或程序控制的模具運動
惰性或還原性氣氛
冷卻後釋放
這些控制因素不應被視為彼此獨立。力會改變黏合層厚度。溫度會改變材料黏度和潤濕性。摩擦會影響空隙和最終對準。模具平行度會導致模具一側先於另一側接觸。
6. 保稅後檢驗與移交
貼裝完成後，機器可以檢查模具是否存在、位置、旋轉情況、表面狀況或黏合劑擴散。更先進的系統還可以測量高度、平行度或黏合後偏移量。
檢測必須與需要控制的缺陷相符。俯視攝影機可以偵測到缺失或旋轉的模具，但無法直接證明內部空隙率、黏合劑完全覆蓋或最終接頭的可靠性。
然後，該組件可以進行固化、回流焊接、燒結、引線鍵合、成型或其他封裝特定的操作。
定位精度並非一個通用數字
定位精度是晶片貼裝機規格中最顯而易見的指標之一，但也是最容易被錯誤比較的指標之一。
已公佈的準確度值可能取決於：
統計學定義，例如一個西格瑪或三個西格瑪
模具尺寸和表面特徵
測試過程中所使用的機器速度
選定的相機和視野
黏合頭和拾取工具
基板尺寸和工作區域
無論是在黏合之前還是黏合之後進行測量，都應考慮以下因素：
製程溫度和材料行為
因此，較低的數值規格並不一定意味著更好的生產性能。規格必須結合實際封裝公差和製程條件來解讀。
| 精度要求 | 典型流程優先級 | 設備方向 |
|---|---|---|
| 標準包裝擺放 | 穩定的大批量晶片貼裝和可預測的材料流動 | 以生產為中心的全自動環氧樹脂晶片黏接機 |
| 精密感測器或光電器件放置 | 更緊密的對準、可控的力道和穩定的接合後位置 | 高精度晶片鍵結平台 |
| 細間距面朝下互連 | 晶片互連與基板焊盤的對準 | 倒裝晶片或熱壓縮式系統 |
| 光學或光子組件 | 電氣佈局與光學對準之間的關係 | 具有專用視覺和計量功能的超精密晶片鍵合機 |
這 ASMPT AD280 Plus例如，代表了一種以精密為導向的設備發展方向，而 ASM AD830 Plus 代表了一種自動化生產平台。其適用性應根據應用場景和已安裝的配置來判斷，而不是僅憑一個指標數字。
黏合線厚度將機器與最終接頭連接起來
黏合線厚度是指晶片背面與黏合面之間經過放置和材料壓縮後的距離。
它可能會影響：
熱阻
電行為
機械應力
傾斜
黏合劑滲漏
空隙形成
包裝高度
長期可靠性
晶片鍵合機透過沉積量、鍵結高度、作用力、工具平行度和放置重複性來影響鍵合線厚度。最終值在固化、回流或燒結過程中也會改變。
這意味著鍵合線控制不應簡化為單一的力值設定。過程需要以下各項之間保持穩定的關係：
材料體積
材料流變學或熔融行為
晶片和基板平整度
工具平行
程式控制高度和力
熱固化曲線
當黏合線不一致時，改變機器力可能會掩蓋症狀，而不會糾正不穩定的沉積物、翹曲的基材或不合適的工具。
黏合力必須與模具和材料相匹配
黏結力有助於建立接觸、鋪展材料、固定預成型件或支撐壓力輔助製程。但並非越大的黏結力就越好。
用力過度或控制不當可能導致：
模具裂紋
基質損傷
黏合劑擠出過多
不受控制的鍵合線減少
模具運動
對凸起物或脆弱結構的損傷
力不足可能導致接觸不完全、黏合不穩定、黏合層過厚或材料鋪展不良。
相關規格不僅包括機器的最大作用力，還可能取決於低作用力分辨率、閉環控制、接觸檢測、作用力穩定性以及刀具柔順性。
溫度和大氣會改變位置的意義
在室溫環氧樹脂貼裝製程中，晶片可以保持移動狀態，直到材料開始固化。在共晶和焊接製程中，晶片可以在黏合層加熱或熔化的同時進行定位。在燒結製程中，貼裝和點焊之後，可能需要進行單獨的高溫高壓處理步驟。
暖氣變化：
材料黏度
潤濕行為
氧化風險
晶片和基板尺寸
工具擴充
黏合劑工作時間
最終鍵線形成
因此，合適的晶片黏接機可能需要加熱工具、加熱台、局部加熱、氣氛控制、溫度監控或可控冷卻。
這 ASMPT AD211 Plus 共晶貼片機 圖示為一種特殊的熱黏合方向。不應以標準室溫環氧樹脂貼片機的評估方式進行評估。
吞吐量必須包含整個流程
每小時的產量可以幫助估算生產能力，但最大投放速度很少能代表完整的工廠週期。
實際輸出時間可能包括：
晶圓和基板負載
壞死識別
工具或頂桿更換
材料分配或沖壓
視覺對齊
暖氣和冷
鍵合力停留
保稅後檢查
雜誌變化
配方變更
標稱 UPH 高的機器，在需要長時間對準、多種材料、頻繁更換刀具或進行廣泛檢查的應用場景下，實際可用產量可能會較低。
相反，當放置錯誤會導致完成的光學或半導體組件無法使用時，速度較慢的精密平台可能是更好的生產選擇。
常見晶片黏接問題與製程的關係
缺陷應該被視為縮小調查範圍的證據，而不是某個根本原因的證明。
| 觀察到的結果 | 需要調查的流程領域 |
|---|---|
| 模具移位或旋轉 | 視覺參考、拾取方向、工具釋放、材料移動、擦洗、回流焊或夾具穩定性 |
| 模具傾斜或高度不均勻 | 沉積均勻性、工具平行度、基材平整度、污染、鍵結高度控製或力分佈 |
| 環氧樹脂滲出過多 | 沉積量、黏度、溫度、壓力、沉積高度、模具尺寸或固化延遲 |
| 黏合劑覆蓋不完整 | 沉積模式、材料狀態、表面能、沉積力、黏結線或殘留污染物 |
| 模具裂痕或缺口 | 頂出裝置、拾取工具、膠帶釋放、力量、支撐、運動輪廓或模具厚度 |
| 高空洞等級 | 材料製備、點膠模式、表面狀況、氣氛、清洗、回流、固化或下游真空工藝 |
| 放置精度不穩定 | 校準、視覺對比、刀具定心、工作台條件、熱漂移、振動或產品展示 |
首先要確定的是，變異是從哪個環節開始出現的。將已知正常的循環與失效的循環進行比較，然後逐一排除晶圓搬運、拾取、材料塗覆、對準、放置和後續鍵合等環節的影響。
如何解讀晶片黏接機規格
在比較不同機型之前，先將每項規格轉換為產品需求。
| 機器規格 | 它應該回答的問題 |
|---|---|
| X/Y 和 theta 精度 | 在預期的製程條件下，機器能否將晶片放置在封裝公差範圍內？ |
| 模具尺寸和厚度範圍 | 取模器、頂出器和工具能否在不損壞模具的情況下承受實際模具的重量？ |
| 晶圓和托盤支撐 | 該機器是否能夠接受生產材料規格和映射方法？ |
| 鍵力範圍 | 該機器能否以適當的精度和控制提供所需的力道？ |
| 加熱能力 | 黏合頭、工作台和氣氛能否滿足黏合材料和熱性能的要求？ |
| 分發選項 | 已安裝的系統能否處理所需的材料、黏度、沉積模式和體積？ |
| UPH 或循環時間 | 經過材料塗覆、對準、加熱和檢驗等工序後，還剩下什麼？ |
| 保稅後檢查 | 在產品進入下游工序之前，機器可以偵測到哪些位置或製程缺陷？ |
機器規格表定義了一個可能的操作範圍。但仍需進行代表性材料測試，以確定所採用的晶片、基板、黏合劑、焊料或燒結製程是否能夠可靠運作。
從工藝到機器的實用回顧
晶片貼裝機的檢查順序應與實際組裝過程的檢查順序相同。
確定最終連接點。 記錄其機械、熱力、電氣和可靠性要求。
確認骰子。 文件尺寸、厚度、材質、背面狀況和輸入格式。
確認基質。 記錄尺寸、表面光潔度、平整度、基準點和搬運方法。
確定黏合材料。 包括應用方法、儲存條件、溫度以及下游固化或回流焊接。
設定放置容差。 將鍵結前的對準位置與鍵結後的最終位置分開。
定義高度和力。 將它們與黏合線和包裝要求連接起來。
評估散熱需求。 確定刀具加熱、工作台加熱、氣氛和冷卻要求。
計算實際產量。 包括所有搬運、對準、黏合和檢驗步驟。
檢查已安裝的配置。 檢查頭部、攝影機、裝載機、分配器、加熱器、軟體和工具。
測試代表性材料。 評估整個流程，而不是只評估某個乾式機器循環。
此步驟可避免常見的錯誤：選擇晶片鍵合機是因為其最大精度或吞吐量看起來合適，然後發現安裝的材料處理或鍵合模組無法重現所需的製程。
晶片鍵合製程常見問題解答
晶片鍵合和晶片貼裝是一回事嗎？
這些術語通常用於描述將半導體晶片放置並連接到引線框架、基板、載體或其他組件的過程。具體的連接方式可能包括使用環氧樹脂、焊料、共晶合金、燒結材料或其他製程。
晶片黏合機是否完成最終的連接？
並非所有工藝都是如此。有些機器可直接在晶片上完成加熱或共晶鍵結。而在其他應用中，晶片鍵合機則在組件送至固化、回流焊接或燒結設備之前，先進行材料塗覆、定位或點焊。
晶片貼裝機最重要的技術規格是什麼？
沒有哪個指標是最重要的。定位精度、模具處理、材料塗覆、黏合力、加熱、視覺檢測、生產效率和檢驗等所有環節都必須與產品和黏合製程相符。
為什麼精確對準視線後，骰子還會移動？
晶片在脫模、材料壓縮、擦洗、固化、焊料熔化或熱脹冷縮等過程中可能會發生位移。這就是為什麼焊接後的位置可能與貼裝前測量的對準結果有所不同的原因。
晶片鍵合機在選型前應該如何進行測試？
盡可能使用代表性的晶片、基板、材料和工裝。在約定的條件下，確認取模、材料塗覆、對準、放置、黏合線性能、檢驗以及下游製程相容性。
最終視角
晶片鍵合品質並非僅取決於放置精度，而是由一系列嚴格控制的步驟決定。晶圓放置、晶片拾取、材料塗覆、對準、鍵結高度、壓力、溫度和偵測等各環節都會影響最終結果。
合適的機器是指其安裝配置能夠以可接受的穩定性和輸出重現該完整序列的機器。
評論已發布 晶片黏接機和晶片貼裝系統然後透過以下方式提供晶片、基板、鍵結材料、精度目標、產能和所需的製程模組： GEEKVALUE半導體設備詢價頁面 用於基於配置的審查。