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研究生:陳宗序
論文名稱:高速自動銲錫黏晶機台之研發
論文名稱(外文):Development on the high-speed automatic Solder Die Bonder
指導教授:黃信行黃信行引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:明新科技大學
系所名稱:精密機電工程研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2011
畢業學年度:99
語文別:中文
論文頁數:90
中文關鍵詞:取放機構黏晶曲柄搖桿
外文關鍵詞:Pick and PlaceDie BonderCrank-Rocker
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半導體封裝製程極為繁複,早期大多採用人工配合半自動化方式製造。隨著自動化技術提升、半導體體積不斷縮小與高密度黏晶的需求,封裝製程已逐漸走向全自動化方式。由於半導體製程包含廣泛,本論文特別針對其中的黏晶製程進行研究,並以TO220封裝的黏晶製程作為研究的對象。TO220封裝的產品極適合運用於需要高功率半導體元件的產業,例如車輛、電腦等。為了深入瞭解製程技術,本研究特別與專業的半導體設備製造廠-廣化公司合作,希望能設計出符合業界需求的設備。
本研究的方法首先在於分析TO220的封裝製程,繼而提出設備的功能規劃。經過與公司密切的研討後,開始分工進行模組化設計與技術建立,並針對各項機構進行細部設計與製造、發包、採購等,最後得以組裝完成一部專用的機台。為了驗證機台的性能,本研究特別使用高速攝影機檢測機構的動態,據以改良原始的設計。為了判斷晶粒黏貼的品質,本研究另以2.5D影像量測儀檢測固晶後的偏移量,並以歷程分析檢驗其精度。
本研究的主要成果有兩項,第一項為完成TO220封裝黏晶機台的原形機,包含導線架傳送系統、晶圓座與頂針機構、影像檢測系統與點錫、拍錫機構等,且已運用於實際生產作業。由於取放機構攸關整體黏晶系統的產能與精度,因此本研究特別針對取放機構進行研究與改良。本研究設計出一套曲柄搖桿機構模組,採用單一動力源配合機構設計方式與結合音圈馬達當做Z軸控制來完成取放動作,取代以往的XYZ三軸伺服馬達驅動導螺桿的結構。本取放機構不但成本低廉,且取放速度最高可達 11000 UPH,定位精度及重複精度皆維持在 0.05mm 以內。
Semi-conductor package is a very complicated process. In the early years, the process is a combination of manual labor and semi-automation. As the automation technology is promoted, the size of the semi-conductor is smaller, and the demand for high density die bonding is getting higher, semi-conductor manufacturing has gradually become fully automatic. Because the range of the manufacturing process is very wide, this thesis only focuses in the die bonding process, especially for the TO220 package process. TO220 package is very suitable for the high power devices in the automobile and computer industries. In order to study deeply in this process, this research cooperated with a professional semiconductor equipment manufacturer. The purpose is to develop useful equipments for the industry.
The method of this research includes several steps. First, we have studied the TO220 package process, and proposed a functional description of the equipment. We discussed with company to verify the proposal, and then began to divide the equipment by different modules. Each module was designed and carefully verified by the whole research team. Finally, the equipment is accomplished. To verify the performance of this system, we have used a high speed camera to detect the motion of the mechanisms. The results were used to modify the design. To understand the quality of the die bonding, a 2.5D image measurement equipment is applied to measure the offset of the chip and the lead frame. The data is analyzed by a histogram to check the accuracy of the die bonding process.
There are two main results of this research. First, we have built a prototype of the die-bonder. The prototype includes a work holder module, a wafer table module, an image inspection system, and the spanker/dispenser mechanisms. Because the pick and place device is the core of the system, the research has devoted to develop a crank-rocker mechanism. The mechanism is very simple, and requires only one servo motor and a z-axis VCM to perform the arc pick and place motion. The accomplished pick and place machine is low-cost. The maximum speed can reach to 11000 UPH, and the accuracy and the repeatability are kept within 0.05 mm.
中文摘要 I
誌 謝 III
目 錄 IV
表目錄 VI
圖目錄 VII
第一章 緒論 1
1.1前言 1
1.2文獻回顧 3
1.3研究動機與目的 6
1.4論文架構 7
第二章 研究方法 8
2.1系統設計步驟流程 8
2.1.1製程分析 10
2.1.2功能規劃 12
2.1.3模組化設計與分析 15
2.1.4現有機構分析 20
2.1.5取放機構組裝 27
2.1.6監控系統架構 33
2.2品質管制方法研究 34
第三章 研究過程 36
3.1控制流程設計 36
3.2各部機構實際製作 37
3.3檢測設備 54
3.3.1高速攝影機 54
3.3.2 2.5D影像量測儀 56
第四章 結果與討論 57
4.1研究過程遭遇問題與解決方法 57
4.2結果比較分析 61
4.2.1取放速率分析 61
4.2.2黏著精度分析 63
4.2.2.1檢測方式 63
4.2.2.2檢測結果 64
4.3討論 66
4.3.1馬達選用 66
4.3.2機構改良 66
4.3.3運動曲線 66
第五章 結論與未來展望 68
5.1結論 68
5.2未來展望 68
參考文獻 69
附 錄 A 高速攝影機使檢驗過程 71
附 錄 B 2.5D影像量測儀檢驗過程 75


[1]R. J. Hannemann, A. D. Kraus and M. Pecht,“Semiconductor packaging, a multidisciplinary approach”, John Wiley and Sons, NY, 1994.
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[8]高一方,「可撓式薄膜基板球柵陣列構裝填充膠對黏晶 製程之最佳化設計」,碩士論文,國立成功大學,台南(2002)
[9]饒俊龍,「黏晶機頂針機構之最佳設計與實作」,碩士論文,國立交通大學,新竹(2010)
[10]江金隆,「一種取放機構的創新設計與運動分析」,碩士論文,國立高雄第一科技大學,高雄(2009)。
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[16]黃信行,曲柄搖桿式物料取放裝置,中華民國新型專利,M385088,2010/7/21。
[17]松下伺服馬達型錄。
[18]東方馬達型錄。
[19]北河線性伺服馬達型錄http://www.faulhaber.com。
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[21]網頁資料,http://www.sss-tech.com.tw。
[22]網頁資,http://www.esec.com/ecomaXL/index.php?site=ESEC_EN_products。
[23]網頁資料,http://www.asmpacific.com/asmpt/index.htm。

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