ZR加热电机LRHS5040在热压键合TCB中的创新应用

随着半导体产品高性能、轻薄化发展，传统的倒装回流焊封装工艺，因其翘曲、桥接、移位等各种缺陷，逐渐被热压键合TCB所取代。TCB工艺设备是半导体设备领域具有极大发展潜力的高端设备市场。

TCB热压键合的工艺流程包括准备工作、助焊剂涂布、对位、热压键合、冷却和封装等，其中对位、热压键合最为重要。

TCB工艺对键合设备要求极为苛刻，必须具备高精度对准系统、快速温度控制系统、精准压力控制系统三大关键工艺指标，以确保芯片/元件键合质量。

如果说贴片头是TCB工艺设备的心脏，那么控制了键合温度、键合力度和位移的ZR电机则是整个TCB设备的中枢神经系统。

目前国内TCB工艺设备主要依靠进口，且价格高昂、生产效率低下、灵活性不足，针对这些问题，国奥科技研发的LRHS5040加热ZR电机，能为新一代TCB工艺设备提供更高的贴放精度、更快的加热降温能力、更具成本效益和更灵活的应用解决方案，可贴装更薄的晶片，支持小间距的多晶片贴装。

高稳定性、高精度对准系统

LRHS5040 ZR电机可提供±1μm径向偏摆、±2μm直线度，能有效控制贴片头高精度垂直方向运动。

另有±2μm直线重复定位精度、±0.01°旋转重复定位精度的技术加持，再搭配高分辨率的相机系统，能极大减小芯片和基板的水平位置偏差。晶圆凸点熔化过程中，锡球（Solder Ball）由固态转变为液态，压力发生变化会产生微移动，此时贴片头由应力控制转为位置控制与应力控制共存，Z轴与R轴即可共同实现精细位移控制。

快速、精准均匀加热降温系统

在TCB热压键合中，温控系统同时影响了键合质量与键合效率。国奥科技LRHS5040ZR加热电机具备±0.01/s°C高速加温的功能，能有效避免过多的热量持续加载给基板，缩短了贴片键合所需时间。

该方案提供0°C-450°C温度范围，满足多种温度需求；可实现±1°C精准控温，确保键合良率。

贴片头底部采用“陶瓷”材质，有极佳的均匀导热性能，能有效解决因加热不均匀导致基板上的组件倾斜，减少薄款芯片贴装过程中翘曲、焊球桥接、电介质裂纹等问题的出现。

特制氮气装置预防氧化

由于键合区域的氧气浓度过高会影响键合的质量，比如孔洞（voids）的形成从而影响键合强度。

为此，国奥科技LRHS5040ZR加热电机方案，特制了吹氮气（N2）装置系统，其密封腔内充满了氮气，芯片在加热过程中，装置排出适量氮气，将氧气的浓度控制在100ppm以下，以防止芯片氧化。这也为使用氧化材料(如铜等)进行 TCB 工艺创造了一个适合的气氛环境，进一步拓展了TCB 工艺应用领域。

双Z轴设计，速度精度并存

LRHS5040ZR加热电机采用全新双段式Z轴设计，大Z轴和小Z轴协同工作，一个兼顾大推力、大行程的实现；一个负责高精度力控和高精度定位的控制，有效解决了同时实现高速度、大行程、大推力、高精度的难题。双Z轴设计方案提高了TCB工艺在不同的芯片元件封装上的适用性。

高精度、超大区间力控

高精度力控系统是确保TCB工艺质量的重要指标，过大的压力会导致键合被压扁、芯片倾斜甚至芯片破裂，输出压力过小会降低热压键合的强度。

LRHS5040ZR加热电机配备了高精密的压力控制系统，可实现30g-50000g（500N）无死区力控，30g-1000g力控精度小于10%，1000g-50000g力控精度小于5%。

该方案可通过检测电流反馈，实时监测贴片头在垂直方向运动中的压力情况，确保芯片和基板之间的贴合度。

多电机组合，高效批量生产

目前市面上的TCB工艺热压键合方案都是单个贴片头设置，每次只能加工一颗芯片，封装效率只能达到回流焊封装的五分之一甚至十分之一，且核心部件体积普遍较大，导致设备产线繁杂占地。

LRHS5040ZR加热电机尺寸为335*50*185mm，紧凑轻巧机身，可多电机并排组合，产线布置灵活简便；一次可加工多颗芯片，解决了TCB生产效率低下的技术难题，极大提高了TCB工艺吞吐量。

贴片头可更换，适用性更强

在TCB热压键合中，贴片头直接影响了键合质量。国奥科技LRHS5040ZR加热电机方案贴片头可灵活更换，能实现同一个设备贴装不同尺寸的芯片、不同类型的元件，使得设备有着极高的加工精度及更强的适用性，不但可用于基板级封装，还可用于晶圆级封装，同时有效降低了总运营成本。

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