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共晶机与固晶机:解密半导体贴片工艺设备的双雄之谜
2023-07-12

众所周知,共晶机(Eutectic die bonding Machine)和固晶机(Epoxy die bonding Machine)是半导体芯片贴片加工的常见设备。然而,在涉及到这两种设备的具体工艺和应用领域时,很多人可能会感到困惑,甚至将它们混淆,“共晶机”和“固晶机”分不清。事实上,在了解这两种设备的内在原理和特点之后,就能轻易地辨别出共晶机和固晶机在工艺和应用上存在的显著差异。

首先,我们先来区分一下“共晶”和“固晶”的概念。共晶是指在特定配比下,两种或两种以上成分的物质在固态条件下形成均匀混合的状态。在这种状态下,各个成分相互溶解,并且形成具有特定晶体结构的共晶相。共晶的形成通常与熔融和再结晶过程相关,其中原材料被熔化并通过适当的冷却速度使其固化为具有共晶结构的晶体。而固晶一般是指的环氧贴片(有时被称为环氧贴片粘结),是指物质从液态转变为固态的过程。当物质被冷却至其凝固点以下时,分子或原子会开始重新排列并结合在一起,形成具有固定空间结构的晶体。固晶过程中,原子或分子以有序的方式排列,并逐渐形成晶格。晶格的不同形状和尺寸决定了固体结晶的形态和特性。由以上内容可知,共晶和固晶都是与物质在固态下的结构和变化有关,但共晶强调不同成分共存的状况,而固晶更侧重于物质从液态到固态的相变过程。

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以上通过对比共晶机和固晶机的基本原理,我们不难推测出这两种设备的主要用途。具体来说,共晶机主要用于合金材料的制备,其通过控制温度和成分比例,使合金在共晶温度下迅速凝固并形成共晶结构。而固晶机则主要用于晶体材料的制备,如单晶和多晶等,其通过控制温度梯度和冷却速率,使材料以有序的方式凝固成具有良好晶体结构的形态。为了更好的理解以及区分这两种设备,接下来将从以下几个角度来对比两者之间的差异。

在用途方面:共晶机主要用于合金材料的制备,而固晶机主要用于晶体材料的制备,如单晶和多晶等。

在控制参数方面:共晶机通过控制温度和成分比例来实现合金的共晶凝固,而固晶机则通过控制温度梯度和冷却速率来使材料以有序的方式凝固成具有良好晶体结构的形态。

在结构特点方面:共晶材料在共晶温度下迅速凝固并形成共晶结构,而固晶过程中材料的原子或分子以确定的方式排列,形成具有相同晶格结构的晶体。

在应用领域方面:由于共晶合金材料具有特殊性能和结构,如高强度、高耐磨性等,故共晶机广泛应用于航空航天、汽车制造、电子设备等领域。而固晶机用于制造光学器件、半导体器件、电子元件等高精度领域。其中单晶材料在电子器件、激光器、光纤通信等领域具有重要应用,多晶材料则广泛用于金属材料、陶瓷材料等的制备和研究。

值得一提的是,这两种设备都是半导体封装流程的关键设备。尤其是伴随着人工智能、云计算、物联网和汽车电气化等产业的发展,半导体需求与日俱增,同时也刺激着半导体设备行业的发展,作为完成后道封测流程的关键设备,半导体共晶机和固晶机在封装过程发挥巨大作用。

以博众半导体星威系列全自动高精度共晶机和星驰系列高度高精度固晶机为例,详细阐述其主要用途。

苏州博众半导体有限公司致力于成为全球领先的半导体设备研发制造商,以推动中国半导体行业的发展。在半导体、光通信行业快速发展的背景下,博众半导体依托二十余年的技术积累,凭借自身在自动化装备领域的专业经验和研发能力,专注于满足国内光器件产业的特点,持续投入大量研发资源。他们成功研发了多项半导体设备产品系列,其中包括星威系列的全自动高精度共晶机和星驰系列的高速高精度固晶机。这些设备系列主要应用于封测流程,为光器件生产提供可靠的保障。

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首先,星威系列贴片机包含EF8621、EF9621、EH9721、EF7921、EG9921这5个型号,是效率(共晶贴片15-35s/pcs)和精度(0.5-3um)领先的多功能芯片贴装设备,可实现共晶贴片、蘸胶贴片及Flip Chip功能,满足客户多芯片贴装需求,模块化的设计理念使其具备高柔性的制造能力。同时,配备智能校准与数据管理系统,使其具备工艺追溯与管理的能力。

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此外,不同型号的设备提供了差异化的封装工艺,可满足多方位需求。EF8621通过其双机头、双共晶焊接台、“零时间”吸嘴转换系统的配置,超快速共晶焊接温度的升降,以及多层次多功能并行工艺自动化处理,实现产品系列更卓越的性能;EF9621贴片机提供多Wafer上料、动态换顶针等功能,更加适用于多工艺、多芯片一机生产;EH9721贴片机拥有轨道接驳上下料等功能,应用产品更广泛,更适用于批量化的产品生产;EF7921贴片机拥有亚微米级贴装精度的手动工艺设备;EG9921贴片机是全自动亚微米级贴片机,其特有的激光加热可对基板顶部进行小范围加热,达到迅速加热零件表面并迅速降温的效果,同时可使用专为多晶片共晶焊而设计的脉冲加热模块。

其次,星驰系列固晶机包含DU9721、DW9621两个型号,是面向多芯片封装的高速高精度固晶机,在满足±7um@3σ的精度条件下,可实现高达12000pcs/h的贴片效率(依赖工艺制程)。其采用开放式架构和模块化设计,可提供极致效率的按需定制能力,可最大处理12寸晶圆,兼容多种基板传送方式,满足固晶,MCM,Flip chip,SiP等封装工艺。其中,DW9621系列是面向高绑定力应用需求的高速固晶机,通过自研的力控系统,在±10um的高贴片精度下,可实现高达500N,高达10000片每小时的极致贴片效率(依赖工艺制程)。

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尽管共晶机和固晶机在原理上有所区别,但它们都在材料科学和工程领域中发挥重要作用,并广泛应用于各个行业和技术领域。


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