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半导体 ASM 固晶机吸嘴工作原理
viewing count: 10release time: 2025-10-22
固晶机吸嘴是半导体封装设备中的核心部件,负责在固晶过程中精准拾取、转移并放置晶粒。其工作原理涉及真空吸附、气路控制、材料力学及精密机械设计等多个领域,需在微米级精度范围内实现稳定操作。
真空吸附系统是吸嘴工作的核心动力来源。当吸嘴靠近晶圆表面时,内置真空发生器启动,通过微型气泵或外部真空源在吸嘴腔内形成负压环境。负压范围通常控制在-60kPa至-80kPa之间,具体数值根据晶粒尺寸调整。真空度由压力传感器实时监测,当检测到稳定吸附后,机械臂执行拾取动作。为确保吸附可靠性,吸嘴末端设计有多级密封结构,采用特殊弹性材料制成的环形密封圈既能保证气密性,又可防止硬接触损伤晶粒表面。
气路控制系统采用三通电磁阀架构实现吸附与释放的快速切换。当晶粒需要释放时,系统切换至正压模式,以0.05-0.1MPa的洁净压缩空气进行吹拂,此过程持续时间[敏感词]控制在5-10毫秒内。为防止气流冲击造成晶粒位移,吹气角度设计为15°-30°的倾斜角度,同时配合接触式传感器的实时反馈,确保晶粒与基板达到预设的贴装压力。
材料选择直接影响吸嘴性能指标。主流产品采用氧化锆陶瓷或特种合金制造,表面进行镜面抛光处理至Ra≤0.1μm粗糙度。针对不同尺寸晶粒,吸嘴末端设计有可更换的适配头,直径范围从50μm至2mm不等,适配头锥度控制在3°-5°以平衡拾取稳定性和空间干涉问题。部分高端型号配备主动加热模块,可将接触区域温度维持在40±1℃,防止低温环境下材料收缩导致的定位偏差。
防静电处理系统包含导电镀层和离子风装置双重防护。吸嘴本体表面镀有厚度0.5μm的金镍合金层,电阻值低于1×10^4Ω。在拾取动作前,离子风喷嘴会以0.3m/s风速对晶圆表面进行0.5秒吹扫,将表面静电电压降至50V以下。对于超薄晶粒(厚度<100μm),吸嘴内部集成有压力缓冲腔,通过调节腔体容积吸收机械臂加速度产生的惯性力,防止晶粒在高速运动中出现裂纹。
自适应调节系统通过力反馈机制实现动态补偿。当吸嘴接触晶圆时,六轴力传感器实时监测三个方向的接触力,当任一轴向力超过设定阈值(通常为0.05N)时,机械臂立即执行位置补偿。对于翘曲晶圆,系统启动多点接触模式,通过三个微型探针同步检测平面度,计算最优拾取点。清洁维护方面,建议每完成5000次操作后使用无水乙醇进行超声清洗,并检查真空通道是否存在微粒堵塞。定期校准项目包括真空度校验、位置重复精度测试及静电防护性能检测,校准周期不超过72小时连续作业时间。
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