Máy dán khuôn SMT là gì?

Máy dán khuôn SMT (còn được gọi là máy dán chip hoặc máy gắn khuôn) là một thiết bị có độ chính xác cao được sử dụng trong sản xuất điện tử để gắn trực tiếp một khuôn bán dẫn trần (một chip mạch tích hợp đơn lẻ, chưa đóng gói) lên một đế, chẳng hạn như PCB hoặc khung chì.

Mặc dù thường liên quan đến việc đóng gói chất bán dẫn, các máy dán khuôn "SMT" hiện đại được điều chỉnh cho các quy trình gắn bề mặt, cho phép các kỹ thuật đóng gói tiên tiến như Hệ thống trong Gói (SiP) và Chip-on-Board (CoB) trực tiếp lên PCB tiêu chuẩn.

Hãy coi nó như một máy gắp và đặt chuyên dụng, có độ chính xác cực cao, được thiết kế không dành cho các linh kiện đã đóng gói, mà dành cho chính các chip silicon thô, dễ vỡ.

Các thành phần cốt lõi của máy dán khuôn

Máy dán khuôn là một hệ thống phức tạp gồm các thành phần chính xác:

1.  Bộ nạp khung wafer: Giữ vòng wafer, chứa wafer silicon được gắn trên một lớp màng. Wafer được cắt thành các khuôn riêng lẻ.

2.  Bàn wafer & Hệ thống thị giác: Một camera có độ phân giải cao và một bàn cơ học có độ chính xác cao di chuyển wafer để căn chỉnh một khuôn cụ thể bên dưới...

3.  Kim đẩy: Nhẹ nhàng đẩy khuôn đã chọn lên từ màng wafer đã kéo căng.

4.  Đầu gắp và đặt (Collet): Một công cụ chạy bằng chân không (thường được gọi là collet) gắp khuôn đã đẩy ra. Nó có thể được làm bằng các vật liệu như gốm để ngăn ngừa ô nhiễm và có thể bao gồm một bộ phận làm nóng để liên kết nén nhiệt.

5.  Hệ thống nhận dạng mẫu (PRS): Một hệ thống camera có độ phóng đại cao, mạnh mẽ, xác định vị trí chính xác của khuôn trên wafer và vị trí mục tiêu trên đế. Điều này đảm bảo độ chính xác đặt ở cấp độ micron.

6.  Bộ phân phối (cho chất kết dính/epoxy): Một hệ thống ống tiêm hoặc phun chính xác đặt một lượng nhỏ, có kiểm soát epoxy hoặc chất kết dính lên đế trước khi đặt khuôn. Lưu ý: Một số quy trình sử dụng chất kết dính được áp dụng trước trên khuôn.

7.  Bộ truyền động lực liên kết: Kiểm soát chính xác lượng lực do collet tác dụng trong quá trình đặt khuôn lên đế. Điều này rất quan trọng để có một liên kết chắc chắn, đáng tin cậy mà không làm nứt khuôn.

8.  Hệ thống xử lý đế: Một băng tải hoặc bàn đặt PCB hoặc khung chì mục tiêu một cách chính xác để gắn khuôn.

Cách sử dụng và quy trình 

Hoạt động điển hình của máy dán khuôn tuân theo các bước sau:

1.  Nạp wafer: Vòng wafer được nạp vào máy.

2.  Thu nhận khuôn: Hệ thống thị giác xác định vị trí của một khuôn tốt cụ thể. Kim đẩy đẩy nó lên và collet gắp nó bằng chân không.

3.  Phân phối chất kết dính: Bộ phân phối áp dụng một chấm hoặc mẫu epoxy nhỏ lên vị trí chính xác trên đế.

4.  Lật & Kiểm tra: Collet có thể lật khuôn theo đúng hướng. Bản thân khuôn thường được kiểm tra các khuyết tật.

5.  Đặt và liên kết:Hệ thống thị giác căn chỉnh miếng đệm mục tiêu của đế. Sau đó, collet đặt khuôn lên chất kết dính bằng một lực có kiểm soát. Đối với một số quy trình, collet được làm nóng để làm cứng chất kết dính ngay lập tức (liên kết nén nhiệt).

6.  Đóng rắn: Bảng sau đó thường di chuyển đến một lò nung ngoại tuyến để làm cứng hoàn toàn epoxy và hoàn thành liên kết, trừ khi việc liên kết được thực hiện bằng quy trình nén nhiệt.

Những ưu điểm chính

² Độ chính xác cực cao: Có khả năng đặt với độ chính xác ±10-25 micron (µm) hoặc thậm chí tốt hơn, điều này rất cần thiết để xử lý các khuôn nhỏ, có số lượng I/O cao.

² Thông lượng cao: Các hệ thống tự động có thể đặt hàng nghìn khuôn mỗi giờ (DPH).

² Thu nhỏ:Cho phép tạo ra các gói điện tử cực nhỏ và dày đặc (ví dụ: SiP, cảm biến đeo được) không thể thực hiện được với các linh kiện được đóng gói sẵn.

² Cải thiện hiệu suất:Bằng cách loại bỏ gói IC truyền thống, hiệu suất điện được tăng cường do đường liên kết ngắn hơn, giảm độ tự cảm và điện dung.

² Tính linh hoạt: Có thể được lập trình để xử lý nhiều loại kích thước khuôn và loại đế.

² Độ tin cậy cao: Tạo ra một liên kết cơ học chắc chắn và đường dẫn nhiệt tuyệt vời giữa khuôn và đế, điều này rất quan trọng để tản nhiệt và kéo dài tuổi thọ sản phẩm.

Các ứng dụng chính

Máy dán khuôn rất quan trọng trong việc sản xuất một loạt các sản phẩm điện tử tiên tiến:

1.  Sản xuất LED: Ứng dụng liên quan đến SMT phổ biến nhất. Máy dán khuôn được sử dụng để đặt các chip bán dẫn LED nhỏ (ví dụ: cho màn hình micro-LED) trực tiếp lên bảng hoặc đế.

2.  Chip-on-Board (CoB): Gắn một khuôn trần trực tiếp vào PCB và sau đó kết nối nó bằng liên kết dây trước khi được bảo vệ bằng một khối epoxy. Phổ biến trong các mô-đun bộ nhớ, máy tính và thẻ RFID.

3.  Hệ thống trong Gói (SiP) & Mô-đun đa chip (MCM): Xếp chồng hoặc đặt nhiều khuôn khác nhau (ví dụ: bộ xử lý, bộ nhớ và cảm biến) vào một gói tích hợp duy nhất.

4.  Thiết bị RF và Vi sóng: Đối với các ứng dụng tần số cao trong viễn thông, nơi hiệu suất là tối quan trọng.

5.  Điện tử công suất: Gắn các khuôn bán dẫn công suất lớn (ví dụ: IGBT, MOSFET) vào các đế có độ dẫn nhiệt cao để tản nhiệt tuyệt vời trong bộ biến tần và điều khiển động cơ.

6.  Thiết bị y tế: Được sử dụng trong các cấy ghép thu nhỏ, thiết bị lab-on-a-chip và cảm biến tiên tiến.

7.  Điện tử ô tô: Đối với các mô-đun điều khiển, cảm biến và hệ thống radar chắc chắn và nhỏ gọn.

8.  Đóng gói chất bán dẫn:Trường hợp sử dụng truyền thống, nơi các khuôn được gắn vào khung chì trước khi được liên kết bằng dây và đóng gói vào một gói IC tiêu chuẩn (ví dụ: QFN, BGA).

TMáy dán khuôn SMT là công nghệ nền tảng để thu nhỏ và tích hợp điện tử tiên tiến, cho phép gắn trực tiếp các khuôn bán dẫn trần vào đế với độ chính xác và độ tin cậy vô song.