多工藝VS精度VS速度:如何同時兼顧設(shè)備“鐵三角”,提效半導(dǎo)體封裝生產(chǎn)?
2025-09-28(384)次瀏覽
當下半導(dǎo)體封裝環(huán)境正面臨著一個巨大的矛盾,即日益增長的復(fù)雜產(chǎn)品需求,與僵化的傳統(tǒng)制造能力之間的矛盾。具體來說,該矛盾主要體現(xiàn)在兩個方面:一是半導(dǎo)體封裝的多工藝上,二是現(xiàn)在主流的半導(dǎo)體貼片結(jié)構(gòu)上。
一、多種封裝工藝需求:
“單機單工藝”現(xiàn)象普遍,企業(yè)資本負擔(dān)加重
半導(dǎo)體封裝后道工序涉及多種基板材料(引線框架、PCB、陶瓷、玻璃等)和復(fù)雜的互聯(lián)工藝(裝片、鍵合等)。不同的材料和工藝對設(shè)備的要求截然不同,這就導(dǎo)致了當下“專機專用”的普遍現(xiàn)象。
引線框架封裝常見的工藝是銀漿粘貼和共晶工藝。它面臨著換線繁瑣的痛點:一條產(chǎn)線需要隨時切換銀漿粘貼產(chǎn)品和共晶焊產(chǎn)品的生產(chǎn)。這兩種工藝設(shè)備完全不同(共晶焊需要加熱臺、真空吸附和高溫吸嘴),而工藝的切換意味著整臺設(shè)備的更換、重新調(diào)試和校準,耗時長達數(shù)小時甚至更久。

PCB基板封裝的常見工藝是銀漿粘貼和多種芯片集成,其中“多種芯片集成”是最大的挑戰(zhàn)。一顆復(fù)雜的芯片(如SiP系統(tǒng)級封裝)可能同時包含邏輯芯片、存儲芯片、射頻芯片等。這些芯片可能來自不同晶圓、厚度不同、大小不同,甚至要求不同的粘貼工藝,如何處理這些繁雜的來料是一個重要課題。

3、陶瓷基板封裝
在航空航天、軍工產(chǎn)品生產(chǎn)中,需要用到許多不同的工藝,如:銀膠、共晶、超聲、鍵合等。
它不僅要面臨工藝多樣化的問題,同時鍵合需要長時間的高溫高壓,對設(shè)備的熱管理、材料熱膨脹控制、精密力控都是巨大挑戰(zhàn)。

面臨多樣化的基板以及多樣化的工藝,對于許多封裝廠商來說,“專機專用”是當下的“第一解題思路”,但并非是“最優(yōu)解題思路”。它造成巨大的資本浪費,不僅無法適應(yīng)訂單波動和工藝迭代的常態(tài),其僵化的產(chǎn)線還迫使企業(yè)必須為每一種新產(chǎn)品或新工藝追加投資購置專用設(shè)備。因此,如何突破重復(fù)投資的困境,已成為關(guān)乎企業(yè)競爭力的核心議題。
二、主流貼片結(jié)構(gòu)的問題:
無法同時兼顧三大需求,影響生產(chǎn)產(chǎn)能
除了“專機專用”現(xiàn)象,半導(dǎo)體封裝面臨的矛盾的第二大方面便出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)上。在經(jīng)濟學(xué)中有一個專有名詞叫做“不可能的三角”,這在半導(dǎo)體封裝中也同樣適用,半導(dǎo)體封裝中的不可能三角通常指“精度”“速度”和“工藝適應(yīng)性”三者之間的不平衡。如何解決這“不可能三角”,使其變成“工藝鐵三角”,是每一個封裝行業(yè)人需要思考的問題。

效率與精度
要獲得高效率意味著運動部件需要極大的加速度,但這會產(chǎn)生巨大的慣性力,導(dǎo)致機械結(jié)構(gòu)發(fā)生難以避免的彈性形變和振動。如果運動產(chǎn)生的激勵頻率恰好與設(shè)備機械結(jié)構(gòu)的某階固有頻率吻合,就會引發(fā)劇烈共振,影響精度。
因此,卓興半導(dǎo)體運動控制團隊設(shè)計更先進的力矩前饋和振動抑制算法來解決:
①對于簡單的點位運動,我們通常采用基于運動學(xué)的PID控制。
②為了提高響應(yīng)速度并抵消重力,系統(tǒng)采用了基于動力學(xué)的力矩前饋和慣量辨識。
③為了解決高速下的抖動問題,工程師們實施了基于振動學(xué)的滑模變結(jié)構(gòu)控制算法。

解決方案:力矩前饋和振動抑制算法
每一種新工藝都會引入獨特的干擾源,更換不同材質(zhì)或重量的吸嘴/工具,會改變運動系統(tǒng)的動態(tài)特性。要維持高精度,設(shè)備必須為每一種可能的工藝配置和工具組合建立獨立的誤差補償模型。
因此,卓興半導(dǎo)體采用平面轉(zhuǎn)塔式貼裝架構(gòu),完美補充這個缺陷:
不同的物料擁有獨立的上料系統(tǒng),能夠做到支持多種物料混合鍵合和混合貼裝。
在貼裝架構(gòu)的運轉(zhuǎn)過程中的其中一個工位安裝中轉(zhuǎn)臺和視覺檢測機構(gòu),實時確保貼裝精度,保證生產(chǎn)精度。


效率與工藝適應(yīng)性
設(shè)備在不同來料間切換時,需要換線時間來更換吸嘴、校準高度、調(diào)整工藝參數(shù)。這個過程非常耗時,嚴重拉低了整體設(shè)備效率。而專用設(shè)備則無需換線,可以持續(xù)高速生產(chǎn),但同時也完全舍棄掉了多工藝適應(yīng)的能力。
因此,卓興半導(dǎo)體架構(gòu)提出了兩個概念:
模塊化設(shè)計:將不同工藝模塊做成即插即用的標準單元,使得工藝的更換只需要快速更換模組,解決了專機專用的適應(yīng)性問題。
平面轉(zhuǎn)塔架構(gòu):不同工位的不同吸嘴應(yīng)對不同的來料,解決了多物料集成的效率問題。

解決方案:平面轉(zhuǎn)塔結(jié)構(gòu)
三、高精度封裝設(shè)備:
破局設(shè)備“多工藝適應(yīng)性”與“不可能三角”難題
針對多工藝生產(chǎn)需求帶來的“專機專用”難題,和設(shè)備在精度、速度與工藝適應(yīng)性之間的難以維持三者平衡的矛盾,卓興半導(dǎo)體獨立研發(fā)兩大新型設(shè)備——高精度多功能貼片機和半導(dǎo)體銀膠粘片機,通過模塊化設(shè)計、平面轉(zhuǎn)塔結(jié)構(gòu)以及先進的力矩前饋和振動抑制算法,助力破解設(shè)備的多工藝適應(yīng)性難題,并找到最適合當前技術(shù)目標的最佳平衡點,突破同時實現(xiàn)“不可能三角”的難度,把不可能三角變成鐵三角。

關(guān)于我們
由國際領(lǐng)先的運動控制專家團隊創(chuàng)立,并匯聚了業(yè)內(nèi)一流的封裝技術(shù)專家,承載了20 余年技術(shù)沉淀與市場實踐,專注于高精密半導(dǎo)體裝備研發(fā)、制造及銷售的國家高新技術(shù)企業(yè)、專精特新“小巨人”企業(yè)。
公司主營產(chǎn)品為半導(dǎo)體封裝設(shè)備、功率器件封裝設(shè)備、Mini LED晶片轉(zhuǎn)移設(shè)備、智能化控制設(shè)備及半導(dǎo)體封裝制程管理系統(tǒng)等。
公司致力于為客戶提供一站式半導(dǎo)體封裝制程整體解決方案,產(chǎn)品擁有完全的自主知識產(chǎn)權(quán),多款設(shè)備都屬業(yè)內(nèi)首創(chuàng)。
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