WYX-250型無氧化烘箱的研究

趙付超，王花，杜民棟，崔小改

(中國電子科技集團公司第二研究所，山西太原 030024)

在集成電路封裝工藝中，需要對裝片后的導(dǎo)電膠進行加熱固化。無氧化烘箱是集成電路封裝生產(chǎn)線中的關(guān)鍵設(shè)備之一，主要用于裝片后導(dǎo)電膠的固化。在集成電路封裝行業(yè)裝片后導(dǎo)電膠的固化過程中，由于導(dǎo)電膠的特有性質(zhì)以及集成電路的特殊要求，必須保證固化過程中烘箱腔體內(nèi)環(huán)境氣氛要具備較高的溫度均勻性和氣體的潔凈度以及非常低的含氧量等，這就要求用于固化的無氧化烘箱不僅要比傳統(tǒng)潔凈烘箱的溫度均勻性和潔凈度高，而且要具有控制含氧量的功能。下面對無氧化烘箱的工作原理、主要組成、箱體結(jié)構(gòu)、加熱系統(tǒng)、風道系統(tǒng)、過濾系統(tǒng)進行詳細介紹。

1 工作原理及技術(shù)指標

該設(shè)備在工作過程中，采用無塵化電加熱器進行加熱，多通道通入氮氣，設(shè)置有含氧量分析儀，使設(shè)備腔體內(nèi)為無氧環(huán)境。利用葉輪使氮氣進行水平循環(huán)強制對流，提高加熱效率，同時達到箱體內(nèi)溫度迅速均勻分布的目的。設(shè)備腔體兩側(cè)安裝有高壓靜電過濾器，防止內(nèi)部導(dǎo)電膠揮發(fā)物積聚導(dǎo)致二次污染，保證工作腔的潔凈度。箱體門框設(shè)有內(nèi)外密封條，整個箱體在鋼板之間都裝有保溫棉，防止熱量散失。當工作完成后采用水冷方式和強制風冷兩種方式進行冷卻，大大縮短了冷卻時間。

技術(shù)指標：

(1)工作室有效容積：600mm×600mm×900mm(D深×W寬×H高)；

(2)加熱溫度范圍：室溫～250℃；

(3)溫度均勻性：±2.5℃(175℃時)；

(4)料架：2～3 層(可選)；

(5)過濾器類型：高壓靜電過濾器

(6)含氧量：≤2%；

(7)升溫時間：從常溫升高到200℃≤40 min；

(8)冷卻方式：水冷+風冷

2 設(shè)備主要組成

該設(shè)備主要由箱體、加熱系統(tǒng)、風道系統(tǒng)、氮氣系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、過濾系統(tǒng)、氧量控制系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成。其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 無氧化烘箱結(jié)構(gòu)圖

2.1 箱體結(jié)構(gòu)

無氧化烘箱設(shè)備的主體部分是箱體，該部分是保證設(shè)備含氧量、潔凈度的關(guān)鍵之一。該設(shè)備采用整體式結(jié)構(gòu)，箱體內(nèi)壁全部選用SUS304鏡面不銹鋼，接縫處全部采用滿焊連接；爐門為單開式，爐門的密封采用雙層耐高溫硅橡膠密封條，保證了內(nèi)腔的氣密型，可有效保證腔體內(nèi)環(huán)境氣體的低含氧量。在生產(chǎn)過程中也不會產(chǎn)生灰沉等污染物，保證了腔體內(nèi)環(huán)境氣體的潔凈度。門鎖采用電控方式，密封性好，且防止誤開。

2.2 加熱系統(tǒng)

一般來說，加熱器在使用過程中都具有一定的延時性，即溫控儀預(yù)控制的溫度往往在發(fā)出指令后一段時間才能達到。因此電加熱器的性能是保證設(shè)備加熱溫度均勻性的關(guān)鍵部件。本設(shè)備采用無塵化電加熱器進行加熱，電阻絲選用陶瓷纖維材料，保證了長時間使用不會產(chǎn)生灰塵導(dǎo)致二次污染。加熱組件裸露在外，直接與腔體內(nèi)環(huán)境氣氛接觸，加熱效率高，易于控制，且使用壽命長，安裝、維修方便。

其結(jié)構(gòu)簡圖如圖2所示。

圖2 加熱器結(jié)構(gòu)簡圖

2.3 風道系統(tǒng)

風道系統(tǒng)動力裝置采用可調(diào)速耐高溫風機系統(tǒng),不銹鋼多翼式離心風輪,使氮氣在工作室內(nèi)為從右向左水平循環(huán)方式。風道內(nèi)壁設(shè)計有可調(diào)節(jié)的風道，使風量分布均勻性達到最佳效果。其結(jié)構(gòu)簡圖如圖3所示。

圖3 風道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖

一般來說，當氣體流動速率越大時進入腔體的氣體量越多，這樣造成流進烘箱腔體底部的氣體較多，因此往往會使腔體下部的溫度略高于上部溫度。該設(shè)備在箱體右側(cè)設(shè)計有特殊的氣流擋板，氣流擋板與箱體豎直方向呈一定的角度，且角度可調(diào)，這樣就會使流入下部的氣體總量偏少，有助于保證腔體內(nèi)的溫度均勻性。其結(jié)構(gòu)簡圖如圖4所示。

圖4 風道結(jié)構(gòu)示意圖

2.4 過濾系統(tǒng)

在集成電路封裝生產(chǎn)工藝中，無氧化烘箱主要是對裝片后導(dǎo)電膠的加熱固化。在加熱過程中導(dǎo)電膠中的有機成分快速揮發(fā)，很容易形成微小的絮狀聚集物，造成對腔體環(huán)境的二次污染，以及粘附在設(shè)備風道壁上，難于清理。該設(shè)備設(shè)計有高壓靜電過濾器，使用高壓靜電發(fā)生器,可使過濾器帶有6 000 V高壓靜電。在設(shè)備正常運行過程中，腔體內(nèi)氣體循環(huán)通過過濾器，導(dǎo)電膠揮發(fā)物或其它微塵則被吸附在過濾器上，大大提高了腔體環(huán)境的潔凈度。其結(jié)構(gòu)簡圖如圖5所示。

2.5 氮氣系統(tǒng)

無氧化烘箱的關(guān)鍵性能指標之一就是含氧量的高低，在集成電路封裝生產(chǎn)工藝過程中，對導(dǎo)電膠的加熱固化一般要求含氧量低于2%。該設(shè)備采用兩路氮氣進行充氮，且每路氮氣的氣流速率可調(diào)。在設(shè)備剛開始運行時，兩路氮氣全部自動打開，當含氧量低于2%后，則自動關(guān)閉1路。這樣既加快了沖氮速率，提高了工作效率，又節(jié)約了氮氣使用量。

圖5 高壓靜電過濾器結(jié)構(gòu)簡圖

3 結(jié)束語

WYX-250型無氧化烘箱設(shè)備工藝簡便，易于維修操作、且設(shè)備本身有集塵作用；由于箱體采用整體式結(jié)構(gòu)，腔體接縫處進行滿焊，以及裸露的無塵化電加熱器、特殊的氣流擋板、高壓靜電過濾器的使用，保證了烘箱腔體內(nèi)環(huán)境氣氛的潔凈度、溫度均勻性和含氧量等關(guān)鍵技術(shù)指標。

[1] 機械設(shè)計手冊編委會.機械設(shè)計手冊[M].北京，機械工業(yè)出版社，2004.

[2] 姜小赤.關(guān)于對RXH型熱風循環(huán)烘箱結(jié)構(gòu)改進的探討[J].醫(yī)藥工程設(shè)計，1998(6)；4-5.

[3] 中國電子科技集團公司第二研究所.電加熱裝置[P].中國專利：ZL2010201379493，2010-08-12.