1固晶机及其系统
? ? ? ? ?固晶机是led、芯片半导体、摄像头贴装的封装工艺中的关键设备之一，如图1所示，该设备是目前市面上典型的高速高精度、带视觉系统的全自动化设备。
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 图1?固晶机示意图
如图2所示，固晶机主要由取料机构、推料机构、点胶机构、点胶平台、摆臂机构、固晶平台、找晶平台、夹具和出料机构组成。固晶系统的操作过程包括以下步骤：①led晶片和led支架板的图像识别、定位及图像处理。②通过银胶拾取装置对led支架板的给定位置进行点胶处理。③利用晶片吸取装置把led晶片准确无误地放置于点胶处。该设备的操作系统原理囊括了高速精密定位控制，视觉定位控制，气动吸取控制等光机电一体系统的相关技术。
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 图2固晶机的总体结构
固晶机机构多、电机多、逻辑复杂，且对速度和机器视觉有很高要求，因此开发快速稳定的模板匹配算法、高效的多目标识别搜索算法、快捷的逻辑处理算法以及方便迅速的机器数据存储和交互方法是固晶控制系统关键。
固晶视觉控制系统的硬件基本组成如图3所示，该系统硬件由工业相机、工控机、运动控制卡、光源控制器和加密狗等构成。工业相机获取图像；工业pc机用于人机交互、运动调度和图像处理；运动控制卡进行运动控制；加密狗进行软件加密。
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?图3固晶机控制系统硬件结构
? (1) 单找晶单固晶 (2)单找晶多固晶 ? ? (3)多找晶多固晶 图4?固晶系统的结构 ?
固晶机根据视觉结构不同可以分为单找晶单固晶、单找晶多固晶和多找晶多固晶等类型，如图4所示。固晶机系统复杂且要求高速高精度的特征，固晶系统的设计过程在项目立项之后，分阶段进行的过程为：软件功能分析，硬件系统统计，输入输出点位分配与定义，电机分配与定义，电机位置分析，动作位置干涉分析，报警情况汇总，工艺参数采集，手动调机按键需求分析，逻辑对象划分，绘制逻辑流程图，模块化编码，测试和交付。
2固晶系统人机界面
固晶系统是典型的带机器视觉的高速高精度复杂系统，主要包括人机交互、运动控制、图像识别定位和数据处理监控等部分。根据对固晶机的特点的分析，固晶机的人机按照功能组成可以划分为系统登录引导、用户登入及管理、视觉系统设置、文件管理和编辑、io测试、参数处理、加密狗保护和状态会话等，固晶系统的软件功能组成如图5所示?
? 固晶系统软件结构组成
考虑到固晶机产品系列化，以及未来的可维护性、代码重用性和功能的通用性，对固晶机人机界面进行模块化划分为界面主框架、系统设置、影像矫正、支架编程、取晶编程、手动调试、位置设定、电机设定、i/o诊断、文件管理、用户管理、软件注册和系统日志等模块，固晶系统的界面组装后的主界面效果如图6所示。
? 图6东莞市精驰软件的固晶系统操作主界面
3固晶系统的控制逻辑
本文固晶系统实例的运动控制部分，其驱动硬件包括8个步进电机、12伺服电机和4个直线电机，输出执行机构有24个点，输入检测传感器有18个点。整个设备的运动由手动调机、摇杆操作、系统复位、单步运动和自动运行等组成，运动逻辑系统的组成如图7所示。手动调机的设计是为了方便调试人员维修设备，摇杆操作是为了晶框的移动更加方便，系统复位则是整个设备的输出点位和电机等执行机构回到原点与安全位置，单步运动是为了控制单颗晶元的贴装精准度而设置的方便试机的操作，自动运行则是无需人为操作的全自动固晶。
? 图7?固晶机运动控制系统组成
此外，手动调机由点胶头1、点胶头2、吸晶、固晶、进料和出料的众多小段逻辑组成，共有63条，手动调机的操作页面如图8所示。各个小段逻辑是整机运动的部分动作，相当于把整机的逻辑按照机构随意取其中的某些段做成单个动作。
? 图8?手动调试的动作
固晶运动系统包含2组点胶定位的双轴平面移动阵列机构平台，1组固晶的双轴平面移动阵列机构平台，1组晶元的目标位置搜索并动态计算的双轴位置移动机构平台等部分，这4组平台组成了固晶系统的逻辑最难的部分。对固晶机运动系统进行逻辑对象划分，如表1所示。
表1运动逻辑对象划分
序号 逻辑对象模块 对象数 对象描述 1 视觉标定 4 视觉机械平台和ccd相机的坐标转换关系，自标定的运动过程 2 进料机构 1 抓取料盒，把料盒送进家具的过程 3 双轴定位平台 3 阵列型平面点位移动过程，移动支架中led被的贴装点 4 点胶机构 2 点胶过程的动作 5 找晶平台 1 镜框中晶元的搜索动作 6 出料机构 1 支架从夹具移动出料盒，料盒自动出料的过程 7 摆臂机构 1 晶元的拾取和贴装的动作过程
4固晶系统逻辑设计
1、点胶机构和平台运动设计实例
鉴于固晶运动控制的复杂性和本文篇幅有限，本文仅对取点胶机构和点胶平台的设计进行说明。点胶机构负责点胶，点胶平台负责移动胶杯，二者相互配合组成固晶机的点胶系统。点胶机构的动作逻辑流程图如图6-11所示。点胶逻辑对象的运动过程由上下点胶和左右摆动共同完成，点完胶水后和平台交互，平台移动，往复循环，直到平台位置走完。
点胶平台逻辑对象的动作流程图如图9所示，点胶逻辑对象使能点胶平台移动时，伴随着ccd视觉摄像机的移动，运动平台做精确定位。2个点胶逻辑对象和2个双轴定位平台对象，其对应之间存在着使能引脚的交互。
?
? 图9?点胶机构逻辑流程 ? 图10?点胶平台逻辑流程图
?
原创文章。后记：
? ? ? 东莞市精驰软件有限公司，是一家专注于智能控制系统领域的工业软件与自动化技术研发及销售的高新软件企业。企业创始人来自华南理工大学等国内知名工科院校和行业龙头企业的核心骨干，有着行业内精湛的高技术水平。目前主推基于自主研发的软件型plc运动控制和机器视觉架构的控制系统爱游戏平台的解决方案，基于此核心技术的全自动贴合贴膜控制系统，全自动液晶屏包边控制系统、全自动高速高精半导体固晶机系统、智能化的口罩生产线控制系统、全自动轨迹化的点胶机控制系统等都能大程度上让客户获得具成本效益的方案及生产设备，为客户赢得产品市场。 ????公司目前主营产品有：全自动贴合贴膜控制系统、全自动液晶屏包边控制系统、全自动高速高精半导体固晶机系统、智能化的口罩生产线控制系统、全自动点胶机控制系统等基于通用软件架构的运动控制与机器视觉控制系统，可提供贴敷、组装、点胶、分拣、固晶和机器人控制等各种不同的控制系统爱游戏平台的解决方案。
? ? 公司具有专业配套的各种固晶系统解决fan方案，欢迎合作。791449739@qq.com
半导体产品的制造过程主要包括前道晶圆制造和后道封装测试，随着先进封装技术的浸透，呈现了介于晶圆制造和封装之间的加工环节，称为中道）。半导体产品的加工工序多，在制造过程中需求大量的半导体设备。在这里，我们引见传统封装（后道）的八道工艺。
传统封装工艺大致能够分为反面减薄、晶圆切割、晶圆贴装、引线键合、塑封、激光打印、切筋成型和废品测试等8个主要步骤。与ic晶圆制造（前道）相比，后道封装相对简单，技术难度较低，对工艺环境、设备和资料的请求远低于晶圆制造。
反面减薄
由于制造工艺的请求，对晶片的尺寸精度、几何精度、外表干净度等都提出很高的请求，因而在几百道工艺流程中只能采用一定厚度的晶片在工艺过程中传送、流片。通常在集成电路封装前，需求对晶圆反面多余的基体资料去除一定的厚度，这一过程称之为晶圆反面减薄工艺，对应配备是晶圆减薄机。
晶圆切割
依据晶圆工艺制程及客户的产品需求，一片晶圆通常由几百至数万颗小芯片组成，业内大局部晶圆上的dice之间有着40um-100um不等的间隙辨别，此间隙被称为划片街区（切割道)。而圆片上99%的芯片都具有独立的性能模块（1%为边缘dice，不具备运用性能），为将小芯片别离成单颗dice,就需采用切割的工艺停止切割别离，此工艺过程叫做晶圆切割。
晶圆贴装
晶圆贴装的目的将切割好的晶圆颗粒用银膏粘贴在引线框架的晶圆庙上，用粘合剂将已切下来的芯片贴装到引线框架的中间燥盘上。通常是环氧（或聚酰亚胺）用作为填充物以增加粘合剂的导热性。
引线键合
引线键合的目的是将晶圆上的键合压点用极细的金线衔接到引线框架上的内引脚上，使得晶圆的电路衔接到引脚。通常运用金线的一端烧成小球，再将小球键合在第一焊点。然后依照设置好的程序拉金线，将金线键合在第二焊点上。
塑封
将完成引线键合的芯片与引线框架置于模腔中，再注入塑封化合物环氧树脂用于包裹住晶圆和引线框架上的金线。这是为了维护晶圆元件和金线。塑封的过程分为加热注塑、成型两个阶段。塑封的目的主要是：维护元件不受损坏；避免气体氧化内部芯片；保证产品运用平安和稳定。
激光打印
激光打印是用激光射线的方式在塑封胶外表打印标识和数码。包括制造商的信息，器件代码，封装日期，能够作为辨认和可追溯性。
切筋成型
将原来衔接在一同的引线框架外管脚切断别离，并将其弯曲成设计的外形，但不能毁坏环氧树脂密封状态，并防止引脚扭曲变形，将切割好的产品装入料管或托盘便于转运。
废品测试
检测产品的外观能否能契合设计和规范。常见的的测试项目包括：引脚平整性、共面性，引脚间的脚距，塑封体能否损伤、电性能及其它功用测试等。
来源：芯师爷
【导读】根据市场调查公司的研究，到了2020年将会有超过5亿颗的新一代处理器采用fowlp封装制程技术，并且在未来，每一部智能型手机内将会使用超过10颗以上采用fowlp封装制程技术生产的芯片。
在半导体产业里，每数年就会出现一次小型技术革命，每10~20年就会出现大结构转变的技术革命。而今天，为半导体产业所带来的革命，并非一定是将制程技术推向更细微化与再缩小裸晶尺寸的技术，还可能是在封装技术的变革。
从2016年开始，全球的半导体技术论坛、各研讨会几乎都脱离不了讨论fowlp (fan out wafer level package，扇出型封装)这项议题。 fowlp为整个半导体产业带来如此大的冲击性，莫过于扭转了未来在封装产业上的结构，影响了整个封装产业的制程、设备与相关的材料，也将过去前后段鲜明区别的制程融合在一起。
fowlp ，其采取拉线出来的方式，成本相对便宜；fowlp可以让多种不同裸晶，做成像wlp制程一般埋进去，等于减一层封装，假设放置多颗裸晶，等于省了多层封装，有助于降低客户成本。
它和wlp的fan in有着明显差异性，最大的特点是在相同的芯片尺寸下，可以做到范围更广的重分布层(redistribution layer)。基于这样的变化，芯片的脚数也就将会变得更多，使得未来在采用这样技术下所生产的芯片，其功能性将会更加强大， 并且将更多的功能整合到单芯片之中，同时也达到了无载板封装、薄型化以及低成本化等的优点。
fowlp技术原理
在晶圆的制程中，从半导体裸晶的端点上，拉出所需的电路到重分布层(redistribution layer)，进而形成封装。 在这样的基础上就不需要封装载板，更不用打线(wire)以及凸块（bump），进而得以降低30%的生产成本，以及减少芯片的厚度。下面基本上就是fowlp封装技术的简略示意图。
?
在芯片中的重分布层会因为缩短电路的长度，使得电气信号大幅度的提高。 相较于wlcsp的半导体芯片面积和封装面积，fowlp技术下的芯片的面积比原本封装后面积小很多。
因此，可以完成更多脚位设计，或是大大减少封装后半导体芯片的面积，达到小型化芯片的需求。使得原本需要数颗生产成本较高的直通硅晶穿孔(tsv：through-silicon via)，进化到能将不同的组件透过封装技术整合在一起，并且小型化的sip(system in package)封装技术。
为了形成重分布层，必须将封装制程导入晶圆的前段制程，因此也打破了固有前段制程与后段制程藩篱，这对于芯片生产者来说如何完成到一贯性的制程技术(full turnkey)就显得相当重要。 在此之下，封装代工业者以及封装载板材料业者或许就会出现是否能继续存活下去的关键问题。 因此，对于未来的半导体世界来说，决胜手段已不是仅仅只是在5nm、3nm制程细微化的能力，而是已经延伸到前后段一贯性的制程技术。
fowlp工艺流程
?
1.晶圆的制备及切割– 将晶圆放入划片胶带中，切割成各个单元准备金属载板– 清洁载板及清除一切污染物
2.层压粘合– 通过压力来激化粘合膜
3.重组晶圆– 将芯片从晶圆拾取及放置在金属载板上
4.制模– 以制模复合物密封载板
5.移走载板– 从载板上移走已成型的重建芯片
6.排列及重新布线– 在再分布层上(rdl)，提供金属化工艺制造 i/o 接口
7.晶圆凸块– 在i/o外连接口形成凸块
8. 切割成各个单元– 将已成型的塑封体切割
fowlp技术优势
简单来说，fowlp是一种把来自于异质制程的多颗晶粒结合到一个紧凑封装中的新方法。它与传统的矽载板(silicon interposer)运作方式不同。
而fowlp主要的特色与优势在于：?
1.不残留矽晶圆
虽然fowlp通常需要利用矽晶圆作为载体，但矽晶圆不会留在封装中。晶粒到晶粒以及晶粒到球闸阵列封装(bga)的连接性是直接透过封装的重布层(rdl)来实现的。
2.成本较低
fowlp不需要中介层或插入矽穿孔(tsv)，因此成本较低。而且，还不必担心tsv对电气特性带来的负面效应。
3. 属无基板封装
fowlp是一种无基板(substrate-less)的封装方式，所以其垂直高度较低。此外，缩短与散热片之间的距离，也较不用担心热冲击。
4. 实现pop设计
归功于免除了基板与中介层而取得的薄型化优势，fowlp能提供额外的垂直空间让更多的元件可以向上堆叠。这是透过矽穿封装孔(tpv)来达成的，并能进一步实现层叠封装(pop)设计。与tsv不同，tpv比较像传统使用的通孔(via)，因此较不用担忧良率与可靠性。当要在封装中整合第三方dram时，此作法特别有用。
fowlp面临的挑战
虽然fowlp可满足更多i/o数量之需求。然而，如果要大量应用fowlp技术，首先必须克服以下之各种挑战问题：
1.焊接点的热机械行为
因fowlp的结构与bga构装相似，所以fowlp焊接点的热机械行为与bga构装相同，fowlp中焊球的关键位置在硅晶片面积的下方，其最大热膨胀系数不匹配点会发生在硅晶片与pcb之间。
2.晶片位置之精确度
在重新建构晶圆时，必须要维持晶片从持取及放置（pick and place）于载具上的位置不发生偏移，甚至在铸模作业时，也不可发生偏移。因为介电层开口，导线重新分布层（redistribution layer; rdl）与焊锡开口（solder opening）制作，皆使用黄光微影技术，光罩对準晶圆及曝光都是一次性，所以对于晶片位置之精确度要求非常高。
3.晶圆的翘曲行为
人工重新建构晶圆的翘曲（warpage）行为，也是一项重大挑战，因为重新建构晶圆含有塑胶、硅及金属材料，其硅与胶体之比例在x、y、z三方向不同，铸模在加热及冷却时之热涨冷缩会影响晶圆的翘曲行为。
4.胶体的剥落现象
在常压时被胶体及其他聚合物所吸收的水份，在经过220~260℃迴焊（reflow）时，水份会瞬间气化，进而产生高的内部蒸气压，如果胶体组成不良，则易有胶体剥落之现象产生。
此外，市场的发展也给fowlp封装技术带来了一定的挑战。
根据麦姆斯咨询的一份报告显示，尽管扇入型封装技术的增长步伐到目前为止还很稳定，但是全球半导体市场的转变，以及未来应用不确定性因素的增长，将不可避免的影响扇入型封装技术的未来前景。
随着智能手机出货量增长从 2013 年的 35% 下降至 2016 年的8%，预计到 2020 年这一数字将进一步下降至 6%，智能手机市场引领的扇入型封装技术应用正日趋饱和。尽管预期的高增长并不乐观，但是智能手机仍是半导体产业发展的主要驱动力，预计 2020 年智能手机的出货量将达 20 亿部。
fowlp技术厂家
在琳琅满目的新技术中，扇出型晶圆级封装运作了近10年之后，现在已成为移动市场的首选。第一代扇出型封装是采用英飞凌（infineon）的嵌入式晶圆级球闸阵列（ewlb）技术，此为2009年由飞思卡尔（freescale，现为恩智浦）所推出。但是，集成扇出型封装（info）在此之前就只有台积电能够生产！
一些封测厂正在开发下一波高端智能手机的高密度扇出封装，尽管一些新的、有竞争力的技术正开始在市场上涌现，安靠、日月光、星科金朋等公司却仍在销售传统的低密度扇出封装。低密度扇出，有时也称为标准密度扇出，是整个扇出市场的两大主要类别之一，另一种则是高密度扇出。
根据日月光的定义，针对移动、物联网及其相关应用，低（或标准）密度的扇出被定义为不到500个输入/输出、以及超过8微米的线宽和间距的封装，而线宽和间距指的是金线或金属轨迹的宽度，以及封装产品中轨迹之间的间距。
针对中高端应用，高密度的扇出有超过500个输入/输出和不到8微米的线宽/间距。台积电的info（集成扇出封装）技术是最引人注目的高密度扇出的例子，它被采用到苹果最新的iphone中。其他的封测厂也在竞相追逐高密度的扇出市场。
值得一提的是，除去以上10家能提供扇出晶圆及封装的公司，全球第二大晶圆代工厂三星，也在大力研发fowlp技术。
此前，三星对fowlp技术的态度是较为消极的，因为三星对其所拥有的层迭封装技术（pop；package on package）比较自信。但因台积电掌握扇出型封装而夺得苹果a10处理器大单后，三星对fowlp技术的态度有了很大改观，并积极研发。
在最近的统计中，有些供应商正在出货或准备出货至少6个或更多不同的低密度扇出技术类型。yole développement的分析师jér?me azemar说，“从长期来看，这些众多的封装类型没有太多的生长空间，很可能其中一些会消失，或者只是变得越来越相似，尽管他们的名字不同。”
fowlp市场规模
饱受众人所注目的fowlp封装技术，虽然得以大幅度简化过去需要复杂制程的封装工程，但是，在硅晶圆部分(前段制程)，还是必须利用溅镀以及曝光来完成重分布层。?
到今天为止，在先进的封装制程技术上无论是从覆晶封装(flip chip)，还是2.5d/3d领域的直通硅晶穿孔技术，制作困难度都不断的增加，投入成本也一直在增加，因此如果想直接跨入fowlp封装技术领域，实在很难期望一步就能够达成。
不过虽然如此困难，但各大半导体业者仍旧持续投入大量的研发成本，为的就是期望能早一日进入这一个先进的封装世界。 尤其在台积电在利用fowlp这个封装技术拿下了apple所有iphone 7的a10处理器而受到注目之后，相信未来并不是只有apple，而是所有新一代的处理器都将会导入fowlp这一个封装制程。
根据市场调查公司的研究，到了2020年将会有超过5亿颗的新一代处理器采用fowlp封装制程技术，并且在未来，每一部智能型手机内将会使用超过10颗以上采用fowlp封装制程技术生产的芯片。研究机构yole认为，在苹果和台积电的引领下，扇出型封装市场潜力巨大。
市场调查公司相信，在未来数年之内，利用fowlp封装制程技术生产的芯片，每年将会以32%的年成长率持续扩大其市场占有，到达2023年时，fowlp封装制程技术市场规模相信会超过55亿美元的市场规模，并且将会为相关的半导体设备以及材料领域带来22亿美元以上的市场潜力。
还没有评论，来说两句吧...