姚 銳，張亞軍

（中國電子科技集團(tuán)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(cè)試完成，最終送達(dá)終端客戶前還需要對(duì)其進(jìn)行包裝。隨著器件微型化、表面貼裝技術(shù)的規(guī)模應(yīng)用和應(yīng)用板級(jí)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(shì)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(duì)編帶封壓質(zhì)量沒有具體的要求，導(dǎo)致后道SMT設(shè)備在生產(chǎn)時(shí)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(shè)備不斷的提速導(dǎo)致以上問題越發(fā)突出，因此對(duì)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(dòng)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(shè)備的高速運(yùn)轉(zhuǎn)，編帶設(shè)備的封壓機(jī)構(gòu)就必須順勢(shì)作出改進(jìn)。

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(cè)的最后一道工序，主要目的是檢測(cè)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(dòng)編帶設(shè)備會(huì)將其自動(dòng)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(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)介紹

3.1 編帶封壓機(jī)構(gòu)的分類以及各自特點(diǎn)

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

兩種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)為：分體式封壓機(jī)構(gòu)上下封刀獨(dú)立加熱，運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)獨(dú)立控制；一體式封壓機(jī)構(gòu)上下封刀加熱是一體控制，運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)也是一體控制。

圖1 分體式封刀機(jī)構(gòu)

圖2 一體式封刀結(jié)構(gòu)（改造前）

3.2 編帶封壓機(jī)構(gòu)工作原理

一體式封壓機(jī)構(gòu)的工作原理為：利用氣缸下壓，電機(jī)帶動(dòng)凸輪擺動(dòng)實(shí)現(xiàn)封刀上抬與下壓工作的完成，以實(shí)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(jī)構(gòu)的工作原理為：利用各自控制的氣缸下壓與上抬來實(shí)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(jiǎn)單地將蓋膜與載帶通過封壓機(jī)構(gòu)粘合在一起，對(duì)編帶的封壓效果并沒有提出具體的需求。隨著終端客戶應(yīng)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(yīng)用，封測(cè)企業(yè)對(duì)編帶的封壓提出了一系列的具體要求。

4.1 封測(cè)企業(yè)對(duì)編帶封壓的要求

大型封測(cè)企業(yè)對(duì)編帶封壓的要求有四個(gè)方面。（1）封壓的外觀要求：壓痕整潔、均勻、沒有白點(diǎn)，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(duì)編好的載帶進(jìn)行過程檢，用手對(duì)載帶進(jìn)行反復(fù)扭曲后蓋膜壓痕不會(huì)出現(xiàn)白點(diǎn)、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(jī)構(gòu)的改進(jìn)（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(jì)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(gè)數(shù)值來表達(dá)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(shí)質(zhì)作用是反映制程合格率的高低。

還有兩個(gè)相關(guān)參數(shù)Ca（Capability of Accuracy，制程準(zhǔn)確度）和Cp（Capability of Precision，制程精密度），根據(jù)這兩個(gè)參數(shù)可得Cpk的計(jì)算公式為：

表1 Cpk簡(jiǎn)易計(jì)算

表2 Cpk制程等級(jí)及處理原則

怎樣保證編帶拉力指標(biāo)能夠滿足現(xiàn)階段大型封測(cè)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(jī)構(gòu)，其工作原理是利用氣缸下壓、電機(jī)帶動(dòng)凸輪擺動(dòng)實(shí)現(xiàn)封刀上抬與下壓工作的完成，以實(shí)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(jī)構(gòu)包括上下兩部分，如圖2、圖3所示，圖2為封刀機(jī)構(gòu)，圖3為蹺蹺板機(jī)構(gòu)。外界的干擾（如封刀機(jī)構(gòu)的加工精度、裝配、溫度的熱傳導(dǎo)損耗）對(duì)于封刀的溫度、下壓力都會(huì)有一定的影響，因此需要在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上加以改進(jìn)，才能達(dá)到比較理想的封壓效果。

圖3 蹺蹺板機(jī)構(gòu)（改造前）

4.3 封壓機(jī)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)

4.3.1 保溫設(shè)計(jì)

當(dāng)加熱封刀溫度設(shè)置在160℃時(shí)，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(dǎo)（根據(jù)熱力學(xué)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(huì)受到不同程度的影響，即封刀的實(shí)際溫度在運(yùn)動(dòng)過程中是不斷發(fā)生變化的，不會(huì)一直保持在160℃，要想保證封壓時(shí)的封刀溫度不能有波動(dòng)或者只有細(xì)微的波動(dòng)，就需要對(duì)封刀機(jī)構(gòu)進(jìn)行保溫處理。改進(jìn)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(shí)溫度的相對(duì)一致性。

圖4 一體式封刀（改造后）

4.3.2 蹺蹺板機(jī)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)

其次就是保證封壓時(shí)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(shè)計(jì)了蹺蹺板機(jī)構(gòu)，其作用一是限位載帶，二是當(dāng)封刀下壓后保證上下封刀與載帶接觸時(shí)的下壓力力度相對(duì)一致。由于封壓頻率比較快（50 ms完成一次封壓動(dòng)作），為了保證蹺蹺板機(jī)構(gòu)能夠快速復(fù)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(duì)一致性。這個(gè)裝置的優(yōu)點(diǎn)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(qiáng)，見圖5。

圖5 蹺蹺板機(jī)構(gòu)（改造后）

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

圖6 國外設(shè)備的拉力圖

圖7 我們?cè)O(shè)備的拉力圖

5 結(jié)束語

隨著近年來國內(nèi)封裝測(cè)試設(shè)備市場(chǎng)的高速增長，設(shè)備企業(yè)不斷進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，設(shè)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(cè)試設(shè)備投放市場(chǎng)，完善了產(chǎn)業(yè)鏈，支撐和保障了集成電路封測(cè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，解決了多年來被國外設(shè)備壟斷的難題，增加了國產(chǎn)封測(cè)設(shè)備的國際競(jìng)爭(zhēng)力，國產(chǎn)設(shè)備正在不斷縮小與國外先進(jìn)設(shè)備的差距。

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