趙付超，王花，杜民棟，崔小改

(中國(guó)電子科技集團(tuán)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(duì)裝片后的導(dǎo)電膠進(jìn)行加熱固化。無(wú)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(guò)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(guò)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(wú)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(duì)無(wú)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(fēng)道系統(tǒng)、過(guò)濾系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)介紹。

1 工作原理及技術(shù)指標(biāo)

該設(shè)備在工作過(guò)程中，采用無(wú)塵化電加熱器進(jìn)行加熱，多通道通入氮?dú)猓O(shè)置有含氧量分析儀，使設(shè)備腔體內(nèi)為無(wú)氧環(huán)境。利用葉輪使氮?dú)膺M(jìn)行水平循環(huán)強(qiáng)制對(duì)流，提高加熱效率，同時(shí)達(dá)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(guò)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(gè)箱體在鋼板之間都裝有保溫棉，防止熱量散失。當(dāng)工作完成后采用水冷方式和強(qiáng)制風(fēng)冷兩種方式進(jìn)行冷卻，大大縮短了冷卻時(shí)間。

技術(shù)指標(biāo)：

(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(shí))；

(4)料架：2～3 層(可選)；

(5)過(guò)濾器類型：高壓靜電過(guò)濾器

(6)含氧量：≤2%；

(7)升溫時(shí)間：從常溫升高到200℃≤40 min；

(8)冷卻方式：水冷+風(fēng)冷

2 設(shè)備主要組成

該設(shè)備主要由箱體、加熱系統(tǒng)、風(fēng)道系統(tǒng)、氮?dú)庀到y(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、過(guò)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(wú)氧化烘箱結(jié)構(gòu)圖

2.1 箱體結(jié)構(gòu)

無(wú)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(kāi)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(guò)程中也不會(huì)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(kāi)。

2.2 加熱系統(tǒng)

一般來(lái)說(shuō)，加熱器在使用過(guò)程中都具有一定的延時(shí)性，即溫控儀預(yù)控制的溫度往往在發(fā)出指令后一段時(shí)間才能達(dá)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(wú)塵化電加熱器進(jìn)行加熱，電阻絲選用陶瓷纖維材料，保證了長(zhǎng)時(shí)間使用不會(huì)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(zhǎng)，安裝、維修方便。

其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2所示。

圖2 加熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

2.3 風(fēng)道系統(tǒng)

風(fēng)道系統(tǒng)動(dòng)力裝置采用可調(diào)速耐高溫風(fēng)機(jī)系統(tǒng),不銹鋼多翼式離心風(fēng)輪,使氮?dú)庠诠ぷ魇覂?nèi)為從右向左水平循環(huán)方式。風(fēng)道內(nèi)壁設(shè)計(jì)有可調(diào)節(jié)的風(fēng)道，使風(fēng)量分布均勻性達(dá)到最佳效果。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖3所示。

圖3 風(fēng)道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)氣體流動(dòng)速率越大時(shí)進(jìn)入腔體的氣體量越多，這樣造成流進(jìn)烘箱腔體底部的氣體較多，因此往往會(huì)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(jì)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(huì)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(jiǎn)圖如圖4所示。

圖4 風(fēng)道結(jié)構(gòu)示意圖

2.4 過(guò)濾系統(tǒng)

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

2.5 氮?dú)庀到y(tǒng)

無(wú)氧化烘箱的關(guān)鍵性能指標(biāo)之一就是含氧量的高低，在集成電路封裝生產(chǎn)工藝過(guò)程中，對(duì)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?dú)膺M(jìn)行充氮，且每路氮?dú)獾臍饬魉俾士烧{(diào)。在設(shè)備剛開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，兩路氮?dú)馊孔詣?dòng)打開(kāi)，當(dāng)含氧量低于2%后，則自動(dòng)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?dú)馐褂昧俊?/p>

圖5 高壓靜電過(guò)濾器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

3 結(jié)束語(yǔ)

WYX-250型無(wú)氧化烘箱設(shè)備工藝簡(jiǎn)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(jìn)行滿焊，以及裸露的無(wú)塵化電加熱器、特殊的氣流擋板、高壓靜電過(guò)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(biāo)。

[1] 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì).機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京，機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

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

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