全自動IC編帶機封壓機構研究

姚 銳，張亞軍

（中國電子科技集團公司第五十八研究所，江蘇無錫 214035）

1 引言

集成電路（IC）封裝測試完成，最終送達終端客戶前還需要對其進行包裝。隨著器件微型化、表面貼裝技術的規(guī)模應用和應用板級微組裝的需求，IC出貨的載體幾乎全被編帶模式所替代，IC編帶工序順勢得到了快速發(fā)展，變得越發(fā)重要。由于早期編帶企業(yè)對編帶封壓質(zhì)量沒有具體的要求，導致后道SMT設備在生產(chǎn)時出現(xiàn)了一系列問題，例如跳料、蓋膜拉斷、蓋膜間斷剝離等。近些年后道SMT設備不斷的提速導致以上問題越發(fā)突出，因此對編帶企業(yè)提出了一系列的要求，諸如編帶的整體拉力、單邊拉力的拉力范圍、拉力波動范圍、Cpk＞1.33、封壓痕的外觀要求等。為了更好地匹配后道SMT設備的高速運轉(zhuǎn)，編帶設備的封壓機構就必須順勢作出改進。

2 集成電路編帶工序介紹

集成電路編帶工序也是集成電路成品檢測的最后一道工序，主要目的是檢測同一批次成品電路的打印字符是否一致（是否有缺字、少字、字符不清、字符部分缺失、倒字、空料、翻轉(zhuǎn)等），管腳是否有損壞（包括缺腳、引腳受損、引腳寬度、引腳間距、引腳長短、引腳彎曲、引腳不共面等），如發(fā)現(xiàn)有打印字符不一致或管腳有損壞的，自動編帶設備會將其自動挑選出來，然后將外形完好的成品電路放入載帶的凹格中，再經(jīng)過封壓機構將載帶與蓋帶粘合在一起，完成將成品電路“封裝”在載帶中的目的，最后將封有電路的載帶收入收料卷盤，完成編帶工作。

3 編帶封壓機構介紹

3.1 編帶封壓機構的分類以及各自特點

目前國內(nèi)外編帶設備的封壓機構其結(jié)構主要有分體式封壓結(jié)構（見圖1）和一體式封壓結(jié)構（見圖2）兩種形式。所謂一體式封壓結(jié)構就是指上下封刀是一體的，而分體式封壓結(jié)構是指上下封刀是分開的。本文討論的是一體式封刀機構。

兩種結(jié)構的特點為：分體式封壓機構上下封刀獨立加熱，運動機構獨立控制；一體式封壓機構上下封刀加熱是一體控制，運動機構也是一體控制。

圖1 分體式封刀機構

圖2 一體式封刀結(jié)構（改造前）

3.2 編帶封壓機構工作原理

一體式封壓機構的工作原理為：利用氣缸下壓，電機帶動凸輪擺動實現(xiàn)封刀上抬與下壓工作的完成，以實現(xiàn)封刀與載帶、蓋膜的結(jié)合，利用封刀的高溫將載帶、蓋膜粘合在一起。分體式封壓機構的工作原理為：利用各自控制的氣缸下壓與上抬來實現(xiàn)封刀與載帶、蓋膜的結(jié)合，再利用封刀的高溫將載帶、蓋膜粘合在一起。

4 編帶封壓質(zhì)量的提升

早期的編帶封壓只是簡單地將蓋膜與載帶通過封壓機構粘合在一起，對編帶的封壓效果并沒有提出具體的需求。隨著終端客戶應用問題的凸顯（如跳料、蓋膜撥不開、蓋膜間斷剝離等），為了更好地滿足終端客戶的應用，封測企業(yè)對編帶的封壓提出了一系列的具體要求。

4.1 封測企業(yè)對編帶封壓的要求

大型封測企業(yè)對編帶封壓的要求有四個方面。（1）封壓的外觀要求：壓痕整潔、均勻、沒有白點，沒有斷壓，沒有接痕。（2）拉力要求：拉力范圍在30～70 g，Cpk＞1.33（有的甚至要求＞1.67）。（3）剝離要求：對編好的載帶進行過程檢，用手對載帶進行反復扭曲后蓋膜壓痕不會出現(xiàn)白點、剝離現(xiàn)象。（4）單邊要求：拉力大于20 g，上下邊拉力差小于5 g。

4.2 一體式封壓機構的改進（滿足Cpk＞1.33）

首先要深入了解什么是Cpk，其次就是通過編帶拉力數(shù)據(jù)如何計算出Cpk。

Cpk(Process Capability Index)的定義為制程能力指數(shù)，其意義為制程水平的量化反映（用一個數(shù)值來表達制程的水平），制程能力指數(shù)是一種表示制程水平高低的方便方法，其實質(zhì)作用是反映制程合格率的高低。

還有兩個相關參數(shù)Ca（Capability of Accuracy，制程準確度）和Cp（Capability of Precision，制程精密度），根據(jù)這兩個參數(shù)可得Cpk的計算公式為：

表1 Cpk簡易計算

表2 Cpk制程等級及處理原則

怎樣保證編帶拉力指標能夠滿足現(xiàn)階段大型封測企業(yè)的生產(chǎn)需求尤其是Cpk的要求且能夠持續(xù)穩(wěn)定，是我們下面要討論的話題。本文討論的一體式封刀機構，其工作原理是利用氣缸下壓、電機帶動凸輪擺動實現(xiàn)封刀上抬與下壓工作的完成，以實現(xiàn)封刀與載帶、蓋膜的結(jié)合，利用封刀的高溫將載帶、蓋膜粘合在一起。所以封刀溫度、下壓力是保證載帶、蓋膜粘合最主要的因素。

一體式封壓機構包括上下兩部分，如圖2、圖3所示，圖2為封刀機構，圖3為蹺蹺板機構。外界的干擾（如封刀機構的加工精度、裝配、溫度的熱傳導損耗）對于封刀的溫度、下壓力都會有一定的影響，因此需要在設計結(jié)構上加以改進，才能達到比較理想的封壓效果。

圖3 蹺蹺板機構（改造前）

4.3 封壓機構改進設計

4.3.1 保溫設計

當加熱封刀溫度設置在160℃時，由于封壓過程中外溫的干擾加上不斷的接觸載帶形成的熱傳導（根據(jù)熱力學第二定律，克勞修斯表述為熱量可以自發(fā)地從溫度高的物體傳遞到溫度低的物體，但不可能自發(fā)地從溫度低的物體傳遞到溫度高的物體，開爾文·普朗克表述為不可能從單一熱源吸取熱量，并將這熱量完全變?yōu)楣Χ划a(chǎn)生其他影響），封刀溫度的一致性會受到不同程度的影響，即封刀的實際溫度在運動過程中是不斷發(fā)生變化的，不會一直保持在160℃，要想保證封壓時的封刀溫度不能有波動或者只有細微的波動，就需要對封刀機構進行保溫處理。改進后的封刀外表面增加了保溫層（見圖4），增大加熱棒功率，以保證封刀工作時溫度的相對一致性。

圖4 一體式封刀（改造后）

4.3.2 蹺蹺板機構改進設計

其次就是保證封壓時封刀與載帶、蓋膜接觸的下壓力上下一致。為了滿足這樣的條件，在載帶下方設計了蹺蹺板機構，其作用一是限位載帶，二是當封刀下壓后保證上下封刀與載帶接觸時的下壓力力度相對一致。由于封壓頻率比較快（50 ms完成一次封壓動作），為了保證蹺蹺板機構能夠快速復位，在其下安裝彈力裝置，這樣就可以很好地保證封刀在工作過程中上下壓力的一致性，從而滿足編帶上下單邊的拉力相對一致性。這個裝置的優(yōu)點在于安裝好后不需要外加任何的調(diào)試工作且穩(wěn)定性較強，見圖5。

圖5 蹺蹺板機構（改造后）

一體式封壓機構的上下兩部分只有很好地配合才能保證編帶拉力的相對一致性。新設計的結(jié)構減低設備的調(diào)試難點，增強了設備的穩(wěn)定性。此結(jié)構安裝完成后，封壓后的蓋膜、載帶可以保證整體拉力波動在15 g以內(nèi)，單邊拉力波動在5 g以內(nèi)，單邊拉力差在2 g以內(nèi)，Cpk＞1.67，達到甚至勝過國外編帶設備的封壓效果，圖6、圖7分別是國外設備與我們改進后的設備的拉力圖。

圖6 國外設備的拉力圖

圖7 我們設備的拉力圖

5 結(jié)束語

隨著近年來國內(nèi)封裝測試設備市場的高速增長，設備企業(yè)不斷進行技術創(chuàng)新，設備的穩(wěn)定性和可靠性大幅提升，大批新型的中高端集成電路測試設備投放市場，完善了產(chǎn)業(yè)鏈，支撐和保障了集成電路封測產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，解決了多年來被國外設備壟斷的難題，增加了國產(chǎn)封測設備的國際競爭力，國產(chǎn)設備正在不斷縮小與國外先進設備的差距。

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