集成电路塑封自动上料机机架部件设计及性能试验_毕业设计(编辑修改稿)

集成电路塑封自动上料机机架部件设计及性能试验_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

料焊球阵列封装（ P B G A ），陶瓷焊球阵列封装（ C B G A ），载带焊球阵列封装（ T B G A ），带散热器焊球阵列封装 ( E B G A )，以及倒装芯片焊球阵列封装（ F C B G A ）等。 为适应手机、笔记本电脑等便携式电子产品小、轻、薄、低成本等需求，在 B G A 的基础上又发展了芯片级封装（ C S P ）； C S P 又包括引线框架型 C S P 、柔性插入板 C S P 、刚性插入板 C S P 、圆片级 C S P 等各种形式，目前处于快速发展阶段。 同时，多芯片组件（ M C M）和系统封装（ S i P ）也在蓬勃发展，这可能孕育着电子封装的下一场革命性变革。 M C M 按照基板材料的不同分为多层陶瓷基板 M C M（ M C M C）、多层薄膜基板 M C M（ M C M D）、多层印制板 MCM（ M C M L）和厚薄膜混合基板 MCM（ MCMC/D）等多种形式。 S i P 是为整机系统小型化的需要，提高集成电路功能和密度而发展起来 的。 S I P 使用成熟的组装和互连技术，把各种集成电路如 C M O S电路、 G a A s电路、 S i G e 电路或者光电子器件、 M E M S 器件以及各类无源元件如电阻、电容、电感等集成到一个封装体内，实现整机系统的功能。 目前，全球集成电路封装正在按照既定的规律蓬勃地向前发展，呈现出 8个发展方向： （ 1） 向着高密度、多 I / O 数方向发展； （ 2） 向着提高表面贴装密度方向发展； （ 3） 向着高频、大功率方向发展； （ 4） 向着薄型化、微型化、不对称化、低成本化方向发展； （ 5） 从单芯片封装向多芯 片封装发展； （ 6） 从两维平面封装向三维立体封装方向发展； （ 7） 向着系统封装（ S I P ）方向发展； （ 8） 向着绿色环保化方向发展。 毕业设计（论文） 7 目前，世界集成电路封装正在呈现下述快速发展趋势： （ 1）为适应超大规模集成电路向着高密度、高 I／ O数方向的发展需求， IC封装正在从四边引线封装形式 (Q F P／ T Q F P)向球栅阵列封装形式 (B G A／ C S P)转变，信号传输由微型焊球代替传统的金属丝引线，信号输出由平面阵列方式代替传统的四边引线方式。 这是由两边引线向四边引线、由通孔插装向表面贴装为代表的第二次 IC封装的革命性技术变革后的第三次技术变革。 （ 2）为适应快速增长的以手机、笔记本电脑、平板显示等为代表的便携式电子产品的需求， IC封装正在向着微型化、薄型化、不对称化、低成本化方向发展。 （ 3）为适应人们日益高涨的绿色环保要求，集成电路封装正在向着无铅化、无溴阻燃化、无毒低毒化方向快速发展，这对传统的 IC封装及其封装材料提出了严峻的挑战。 塑料封装 在集成电路产业链中，电路设计、芯片制造、封装测试等多业并举，相互依存。 封装作为集成电路生产中极为重要的后道工序。 集成电路的封装成型工艺有金属封装、 陶瓷封装、玻璃封装和塑料封装。 塑料封装（简称塑封）就是用塑封料把支撑集成电路芯片的引线框架、集成电路芯片和键合引线包封起来，从而在裸露的集成电路芯片外表面形成塑封体，保护芯片免受机械应力热应力、湿气、有害气体及外部环境的影响，保证集成电路最大限度地发挥其电学特性。 金属陶瓷玻璃封装具有良好的气密性，是早期主要的封装成型工艺。 上世纪 60年代塑料封装的出现改变了集成电路封装成型工艺的现状，由于塑料封装制造成本只有同类其他封装的 1/3~1/10，同时上世纪 80年代后，高纯度、低应力的塑封材料，高质量的芯片钝化、芯片 粘接、内涂覆材料、引线键合、加速筛选工艺及自动模制等新材料、新工艺、新技术有了长足的进步，使得塑封集成电路的可靠性逐步赶上金属封装和陶瓷封装，因此塑料封装成了目前集成电路的主流封装成型工艺，塑封集成电路的市场占有率达到 90%以上。 塑封操作过程为：首先，将引线框架、集成电路芯片和键合引线构成的料片配置在加热的塑封模下模内；然后合模，在压机上将塑封料注入模具并固化；最后，卸模，将流道塑封料与料片分离。 料片置入塑封模的过程成为上料，上料是极其重要的一个工序。 上料的位置精度决定芯片在塑封体内的位置，上料的时间影响 塑封的生产效率，特别是在上料过程中要避免人手的直接接触，否则易造成芯片污染，影响成品的电学特性，同时易引起键合引线变形，甚至折断，影响成品合格率。 环境因素对封装的影响 毕业设计（论文） 8 随着集成电路的集成度和复杂性越来越高，污染控制、环境保护和静电防护技术就越来越影响或制约微电子技术的发展。 同时，随着我国国民经济的持续稳定增长和生产技术的不断创新发展，生产工艺对生产环境的要求越来越高。 大规模和超大规模 IC生产中的前后道各工序对生产环境提出了更高要求，不仅仅要保持一定的温、湿度、洁净度，还需要对静电防护引起足够 的重视。 在半导体集成电路生产中，封装形式由早期的金属封装或陶瓷封装逐渐向塑料封装方向发展。 塑料封装业随着 IC业快速发展而同步发展。 据中国半导体信息网对我国国内 28家重点 IC制造业的 IC总产量统计，在 2020年那年就为 ，其中 95％ 以上的 IC产品都采用塑料封装形式。 众所周知，封装业属于整个 IC生产中的后道生产过程，在该过程中，对于塑封 IC、混合 IC或单片 IC，主要有晶圆减薄 (磨片 )、晶圆切割 (划片 )、上芯 (粘片 )、压焊 (键合 )、封装 (包封 )、前固化、电镀、打印、后固化、切筋、装管、封后测试等等工序。 各工序对不同的工艺环境都有不同的要求。 工艺环境因素主要包括空气洁净度、高纯水、压缩空气、二氧化碳气体、氮气、温度、湿度等等。 对于减薄、划片、上芯、前固化、压焊、包封等工序原则上要求必须在超净厂房内设立，因在以上各工序中， IC内核 —— 芯粒始终裸露在外，直到包封工序后，芯粒才被环氧树脂包裹起来。 这样，包封以后不仅能对 IC芯粒起着机械保护和引线向外电学连接的功能，而且对整个芯片的各种参数、性能及质量都起着根本的保持作用。 在以上各工序中，哪个环节或因素不合要求都将造成芯粒的报废，所以说，净化区内工序对环境诸因素 要求比较严格和苛刻。 主要环境的影响因素： （ 1）空调系统中洁净度的影响 对于净化空调系统来讲，空气调节区域的洁净度是最重要的技术参数之一。 洁净厂房的洁净级别常以单位体积的空气中最大允许的颗粒数即粒子计数浓度来衡量。 对 IC封装来说，净化区内的各工序的洁净度至少必须达到 l级。 （ 2）超纯水的影响 IC的生产，包括 IC封装，大多数工序都需要超纯水进行清洗，晶圆及工件与水直接接触，在封装过程中的减薄工序和划片工序，更是离不开超纯水，一方面晶圆在减薄和划片过程中的硅粉杂质得到洗净，而另一方面纯水中的微量杂质又可能使 芯粒再污染，这毫无疑问将对封装后的 IC质量有着极大的影响。 在半导体制造工艺中，大约有 80％ 以上的工艺直接或间接与超纯水，并且大约有一半以上工序，硅片与水接触后，紧接着就进人高温过程，若此时水中含有杂质就会进人硅片而导致 IC器件性能下降、成品率降低。 确切一点说，毕业设计（论文） 9 向生产线提供稳定优质的超纯水将涉及到企业的成本问题。 （ 3）纯气的影响 在 IC的加工与制造封装中，高纯的气体可作为保护气、置换气、运载气、反应气等，为保证芯片加工与封装的成品率和可靠性，其中一个重要的环节，就是严格控制加工过程中所用气体的纯度。 所谓“高 纯”或“超纯”也不是无休止的要求纯而又纯，而是指把危害 IC性能、成品率和可靠性的有害杂质及尘粒必须减少到一定值以下。 （ 4）温、湿度的影响 温、湿度在 IC的生产中扮演着相当重要的角色，几乎每个工序都与它们有密不可分的关系，温、湿度对 IC封装生产中的重大影响。 （ 5）静电因素对 IC封装的影响 静电产生的原因是随处可见的。 比如人体静电，空气调节和空气净化引起的静电，运送半成品和 IC成品在包装运输过程中都会产生静电，这都是静电起电的因素。 在科技飞速发展和工业生产高度自动化的今天，静电在工业生产中的危害已是显而易见 的，它可以造成各种障碍，限制自动化水平的提高和影响产品质量。 （ 6）其它因素的影响 诸如压差因素、微振因素、噪声因素等对 IC封装加工中都有一定的影响。 环境诸多因素和静电因素始终对 IC的封装加工过程起着很重要的作用，这也是 IC的发展趋势和封装加工过程的固有特性所决定的，微电子半导体 IC的超前发展，就势必要求我们在环境与静电方面紧紧跟上 IC的发展，使之不要成为制约 IC封装加工发展的障碍和“绊脚石”。 封装设备 集成电路芯片塑料封装设备 随着电子工业和集成电路产业的迅猛发展，使集成电路封装业 的市场规模越来越大，对集成电路封装设备的自动化程度和技术含量也提出了更高的要求。 集成电路塑封自动上料机是 IC生产线后道工序的核心设备，随着器件设计水平和生产制造技术的飞速发展，尤其是封装工艺的日新月异，要求封装设备具有比以往更高的精度、速度、可靠性。 集成电路芯片封装是集成电路制造过程中影响微电子产品的生产效率和性能质量的关键环节之一。 半导体制造工艺的快速进步和市场对微小芯片的急切需求，对芯片封装设备的定位精度和运动速度、加速度提出了极高的要求。 然而，精度与速度的提高是相互矛盾的。 运动速度、加速度的提 高，使得机构的惯性力增大，惯性力变化的频率也随之加大，毕业设计（论文） 10 系统易于产生弹性变形和振动现象，既破坏机构的运动精度，又影响构件的疲劳强度，并加剧运动副中的磨损。 高精度定位希望机构运动平缓，而高生产率又希望系统高速往复运动并高速启停。 集成电路塑封自动上料机是一种典型的芯片塑封设备。 目前大多数先进的塑封自动上料机采用先进的多运动同步控制技术，实现料片的传送；采用大导程滚珠丝杠副实现机械手的快速定位，同时采用高分辨率伺服系统保证机械手定位的精确性；采用柔性的流道结构，适应不同规格集成电路料片的传输，调整方便；采用先进的 多传感融合技术，系统控制安全可靠。