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切割分选一体机的研发
作者:TTC   来源:   浏览次数:
        目前国内半导体封装仍以DIP、TO、SOP (SSOP 、TSOP)、QFP ( LQFP 、TQFP)等中低端产品为主,近年来随着小型封装企业的增加和人工及材料成本的上升,封测行业的利润普遍降低,封测企业需要通过技术革新推动封测成本的降低。这些技术革新有两个方向,一是这几年出现的超宽多排化的高密度封装以及、倒置芯片工艺(Flip Chip)、引线键合中采用铜丝替代金丝等工艺技术,通过对传统封装工艺的改进或局部调整来降低产品成本;二是2009年以来随着平板电视、信息化家电和3G手机等消费及通信领域技术的迅猛发展以及三网融合、互联网的发展,随着3D、TSV技术的运用、以BGA、QFN、CSP等为代表的先进封装技术的出现代表着封装行业未来的发展趋势。 
        以超宽多排化的高密度封装为代表的技术革新,传统封装的工艺路线没有改变,基本按下图1的工艺流程进行,我公司目前的MGP模具与自动冲切成型系统技术可以满足塑封与切筋成型的工艺技术要求。
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图1
        以BGA.QFN、CSP先进封装为代表的技术革新,传统的工艺路线有了很大变化。下面以BGA、 WLCSP封装为例看封装的工艺变化:BGA 技术的研究始于20 世纪60 年代,最早被美国IBM 公司采用。BGA封装 的I/O 端子以圆形或柱形焊点按阵列形式分布在封装下面,引线间距大,引线长度短,这一技术的优点是可增加I/O 数和间距,消除QFP 技术的高I/0 端口数带来的生产成本和可靠性问题。目前BGA 的封装形式有两种工艺方式,一种是仍然采用金属引线键合工艺,但是没有引线框架,而是采用IC 基板(Substrate)来代替引线框架;另一种是采用倒置芯片工艺(Flip Chip), 在芯片上采用凸点工艺(Bumping)而直接跳过了金属引线键合步骤。可以看出BGA 封装形式带来的改变之一:就是采用IC 基板(Substrate)替代引线框架(Lead Frame)(除了BGA 和CSP、WLCSP 之外的其它封装形式几乎都是采用引线框架)。BGA 封装形式带来的改变之二:信号引出形状由传统的插针式或者引脚式变成球体式。BGA封装形式带了的改变之三:倒置芯片工艺(Flip Chip)的出现,节省了引线的成本与设备投入,目前这一技术已部分运用与传统封装产品。我们再看看国际顶尖的WLCSP封装技术:WLCSP不同于传统的芯片封装方式(先切割再封测),WLCSP 技术是先在整片晶圆上进行封装和测试,然后才切割成一个个的IC 颗粒,因此封装后的体积即等同IC 裸晶的原尺寸。WLCSP 的封装方式,不仅明显地缩小芯片模块尺寸,而符合便携式移动设备对于内部设计空间的高密度需求。从BGA到WLCSP的工艺变化,我们可以看出未来先进封装工艺的发展趋势如下图2:
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图2
        从上述的封装工艺的变化我们不难发现,传统封装用的封测设备已不能满足未来封装的需要,由于采用基板或圆片封装,IC产品的分离将需要用到切割分选设备。
目前先进封装产量比例还不到10%,先进封装由于其设备投入较大和工艺技术要求严格目前只有外资企业和国内大型封装企业进入量产阶段,中小型封装企业也在尝试向先进封装布局,但却受设备与技术的限制,目前BGA、QFN、CSP等先进封装技术的封测设备全部依赖进口,国家十二五02重大专项正式也重点支持先进封装技术如BGA、CSP、TSV、Flip Chip的推广运用。因此国内封测企业的技术革新与先进封装技术的推广为封测设备制造商带来布局良机。从国内的主要封测厂家的调研来看,未来几年内先进封装BGA、CSP等将会出现批量化的生产,预计产量比例会逐渐增加到40%以上,而传统封装在未来会向多排化发展,其产量占比会减少,但不会被替代。三佳山田目前主要的技术是封装模具与切筋成型系统,这些技术适用于传统封装产品如DIP、TO、SOP、SOT、QFP等。先进封装如BGA、QFN、CSP产品需要用到全自动切割分选设备。切割分选设备我公司还没有研发。目前国内市场完成切割和分选采用两种方式,其一:切割和分选一体化,就是在一台设备上完成切割和分选工作;其二:切割和分选分两个步骤,分别先在切割机上产品切割好再在分选机上分选收纳。从目前国内市场来看第二种方式占多数同时向切割分选一体化的趋势转变。无论是那种方式其中切割设备是不可或缺的主体。
        本设备采用高性能切割机头,自动完成上料、位置校正、切割、清洗干燥、转运、检片、拾片、装盘或装管。1)切割采用刀片切割的方式。控制软件满足产品的切割所需的各种功能,主轴采用特殊高性能气浮主轴,功率>2.2KW ,最高转速40000rpm,主轴装刀法兰要求精度高,结构合理、动平衡好,与刀片有较好的配合特性和平衡特性;装刀方便,不卡刀,不易发生滑扣等问题;具备自动图像识别功能;具有非接触测高功能、刀片破损BBD监测功能;2)控制系统采用用Widows NT操作系统,有高智能的控制系统和错误信息诊断功能并能准确地记录;对参数有安全范围设置、对工艺参数有权限设置、重要参数有加密保护功能、常用参数和一般性一次性设定参数进行区分,分页显示;3)自动上料系统:上料盒可用插槽式或堆叠式料夹;上料系统具有位置识别功能(从料盒接收到载带之后检测方向和定位准确性然后装载到凹盘上);专用切割凹盘准确定位载带,如果使用了错误的凹盘夹具,系统报警启动相应的安全保护措施以防损坏固定夹具或刀片。4)清洗和烘干系统设有高压清洗和干燥功能,保证产品清洗完成后无水气杂质残留;传递过程定位准确,操作安全可靠,清洗时间和干燥时间可单独调节;5)捡拾和放置系统:捡拾之前先对产品的作VISION检查,对不良品分开放置并在设备上有相应的记录以便查找;放置方式可多面选择:可用料盘或料管方式下料;采用专门的伺服系统控制空料盘和待装料盘的放置位置和动作放置位置有专用传感器探测保证入位准确,无翘曲或移位现象发生,吸料和放料吸头的位置和旋转方向可编程。
本项目通过高端装配关键技术的研究,设计自动切割设备,适合于芯片级圆片片级封装产品如WLP、BGA、CSP等的自动完成上料、位置校正、切割、清洗干燥、转运、检片、拾片、装盘或装管等动作。主要研究包括:切割分离技术;研究高性能图象识别技术的运用;高精度检拾片伺服系统的运用技术及上述技术的产业化。
         需求:设备需要达到的性能及经济指标:
        1、性能指标:
        a.可加工规格min3×3(mm)到max20×20(mm)的产品类型;
        b.加工规格为5×5的产品在保证产品质量的前提下UPH≥8K;
        c.加工过程中无切斜产品或切伤固定夹具等异常现象发生;
        d.可加工产品翘曲度的允许范围:单个包封体≤0.4mm;整条翘曲度≤4mm;
        e.单面切割产品的毛刺允许范围≤3.5mil;
        f.平均自动对片时间<40S,平均手动操作对片时间<60S,平均产品参数文件建立时间<15Min;
        g.不同规格的产品类型互换时间<15min;
        h.MTBF≥168h、MTBA≥2h、MTTR≤60min、MTTC≤30min。
        2、经济指标
        项目产品以国内规模封装企业为主要服务对象,形成年产10台项目产品的生产能力,预计销售收入2500万元。
 
        合作方式:联合攻关,成果共享。
        难题单位:铜陵三佳山田科技股份有限公司
        联 系 人:刘正龙
        联系电话:0562-2627742-811

 
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