微組裝自動(dòng)貼裝工藝優(yōu)化

杜京鵬，劉德喜，景 宇，史 磊，張 曉，宋 濤

（北京遙測(cè)技術(shù)研究所，北京 100094）

微組裝技術(shù)是綜合運(yùn)用高密度多層基板技術(shù)、多芯片組裝技術(shù)、三維立體組裝技術(shù)等，將集成電路裸芯片、微小型表面貼裝元器件等進(jìn)行高密度互連，構(gòu)成模塊化電子產(chǎn)品的一種先進(jìn)電氣互聯(lián)技術(shù)。微組裝技術(shù)是實(shí)現(xiàn)電子產(chǎn)品向小型化、輕量化和多功能方向發(fā)展的重要技術(shù)途徑[1]。隨著自動(dòng)化、信息化、智能化的發(fā)展，傳統(tǒng)的人工操作已無(wú)法滿(mǎn)足用戶(hù)的需求，通過(guò)自動(dòng)化設(shè)備代替人工實(shí)現(xiàn)高質(zhì)高量的生產(chǎn)方式不可避免，同時(shí)可以更好地保證穩(wěn)定性、持久性。自動(dòng)貼片機(jī)是微組裝芯片貼裝中至關(guān)重要的設(shè)備，其實(shí)質(zhì)是集光、機(jī)、電、算為一體的高精度自動(dòng)化貼片設(shè)備，包括視覺(jué)系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)等4個(gè)部分。GaAs、GaN等芯片與殼體熱匹配存在差距，因此在貼裝過(guò)程中需要采取在芯片底部增加載體的方式解決。由于載體在來(lái)料階段存儲(chǔ)媒介與貼片機(jī)供料方式不匹配，無(wú)法進(jìn)行自動(dòng)貼裝，且在載體固化過(guò)程中也會(huì)存在一定偏移，該類(lèi)產(chǎn)品一個(gè)載體上同時(shí)放有芯片及多個(gè)電容，且距載體邊緣較近，如果存在一定偏差會(huì)導(dǎo)致點(diǎn)膠位偏離載體，且放置也會(huì)出現(xiàn)偏斜，壓壞芯片和電容。本文以某多功能貼片機(jī)為例，對(duì)自動(dòng)貼片基于載體的芯片、電容貼裝遇到的問(wèn)題進(jìn)行描述與分析，提供相應(yīng)的解決方法。

1 貼片機(jī)基本工作流程

自動(dòng)貼片機(jī)是芯片自動(dòng)貼裝的主要設(shè)備，一般情況下，機(jī)器的生產(chǎn)方向是從左至右，分為system1和system2兩個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)膠與貼片并行。載料臺(tái)分靜態(tài)和升降兩部分承載多種芯片，設(shè)備與高精度武藏點(diǎn)膠控制器集成。通過(guò)定位—?jiǎng)?chuàng)建芯片—拾片—貼片等功能，實(shí)現(xiàn)將裸芯片及微型元件快速、準(zhǔn)確地貼裝到電路基板的指定焊盤(pán)位置，貼裝流程如圖1所示。

圖1 貼裝流程

2 質(zhì)量影響描述

在設(shè)備自動(dòng)點(diǎn)膠完成后，會(huì)發(fā)現(xiàn)紅圈位置膠點(diǎn)本應(yīng)該在載體左下角，偏離了原有位置，如圖2所示。因?yàn)辄c(diǎn)膠與貼片采用同樣的編輯方式，所以貼片位置會(huì)出現(xiàn)在現(xiàn)有點(diǎn)膠位置，可能導(dǎo)致電容變形。

圖2 貼片機(jī)實(shí)際點(diǎn)膠情況

經(jīng)分析，由于載體在來(lái)料過(guò)程中的封裝方式不是與貼片機(jī)相匹配的料盒形式，導(dǎo)致在粘接載體的過(guò)程中，都是由人工手動(dòng)放置，如圖3所示，會(huì)存在一定的偏差。如圖2所示，可以發(fā)現(xiàn)點(diǎn)膠過(guò)程中，定位框相對(duì)于該載體向左上偏移，以致中心錯(cuò)位，導(dǎo)致點(diǎn)膠位置也向左上偏。并且同樣情況一共有8個(gè)同樣的位置，且該載體上需要放置4個(gè)器件，如圖4所示。點(diǎn)膠位置的偏移，同樣意味著貼片的偏移，嚴(yán)重影響產(chǎn)品一次合格率，導(dǎo)致返修，影響進(jìn)度。

圖3 產(chǎn)品載體放置情況

圖4 載體上布局圖

3 措施優(yōu)化

分析后發(fā)現(xiàn)增加單獨(dú)的圖像識(shí)別功能，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)載體輪廓的抓取，確定中心位置。系統(tǒng)根據(jù)相機(jī)確定的中心位置以坐標(biāo)形式反饋給裝有吸頭的機(jī)械臂控制器，在拾取—校準(zhǔn)完成后將物料放入反饋的指定位置。如圖5所示，在編輯點(diǎn)膠位置前加入圖像識(shí)別“1search”，可以很好地鎖定產(chǎn)生偏移的物料特征，后面在特征位置大體定位完成后進(jìn)行圖像識(shí)別的建立。在Manipulaterstep7/7選取“Rectangle”算法并調(diào)節(jié)光源，達(dá)到載體輪廓黑白漸變最明顯的圖像，進(jìn)行幾次“search”沒(méi)有問(wèn)題后，選擇“Done”，如圖6所示。

圖5 點(diǎn)膠位編輯圖1

圖6 點(diǎn)膠位編輯圖2

4 結(jié)束語(yǔ)

自動(dòng)貼片機(jī)是微組裝領(lǐng)域的高端設(shè)備，為產(chǎn)能提供了有力保障，貼片機(jī)的功能比較強(qiáng)大，尤其是進(jìn)口設(shè)備，對(duì)其各方面研究還需進(jìn)一步摸索，實(shí)踐。此次問(wèn)題的解決彌補(bǔ)了貼裝過(guò)程中人為干預(yù)找點(diǎn)的不足，使過(guò)程更流暢，質(zhì)量高，一致性更好，產(chǎn)能較之前提高了1倍。