集成电路封装设备远程运维系统设计

集成电路封装设备远程运维系统设计

张力

上海谙邦半导体设备有限公司 上海市 浦东新区201304

摘要：近年来，我国的集成电路不断增加，在集成电路中，封装设备的应用十分广泛。集成电路封装焊中的焊球承载力差会导致其极易损坏,为避免这一问题,文中提出集成电路封装焊中的焊球强度自动评估方法。该方法首先分析了集成电路封装焊中的焊球节点刚度的影响因素,为后续焊球强度评估奠定了基础;然后根据分析结果,进一步计算焊球在轴力及弯矩作用下的节点承载力,依据计算结果采用有限元分析方法评估焊球节点强度,实现焊球强度自动评估,最后利用试验证明所提方法的先进性。试验结果表明,通过对该方法开展极限承载力对比测试、破坏载荷对比测试,验证了该方法的可靠性、有效性。本文就集成电路封装设备的运程运维系统设计进行研究，以供参考。

关键词：集成电路封装；工艺设备；远程运维

引言

集成电路封装焊中多采用空心球作为焊球,焊接空心球内部节点为网架,所以其内部结构构造简单、连接便利,这种结构也曾与矩形钢管相结合,形成“水立方”工程。该种焊球通常应用在日常生活中,但由于其内部结构不同,所产生的强度也不同,导致焊球在不同作用力下容易出现损坏,致使集成电路封装效果差。针对这一问题,需要进一步对集成电路封装焊中的焊球强度自动评估方法开展研究,我国学者在该项研究已取得了一定成果。

1研究背景

集成电路测试技术贯穿集成电路设计、生产、应用等各个阶段，通过对本课程的学习，能够基于科学原理并采用科学方法对电子科学与技术领域的复杂工程问题进行研究，同时进行半导体材料器件、电路信号处理传输单元，集成电子系统等方面的实验方案设计、实验数据分析，并通过设计综合得到有效结论。能够针对半导体领域的复杂工程问题，开发与选择恰当的技术、现代工程和信息技术工具，对半导体器件制造、芯片封测等问题的预测与模拟，并能解释其局限性，拓展其可能性。带领学生主动接触产业一线，找到理论与实践的结合点，激发专业兴趣，初步建立起理论与实践相结合的基本专业意识和素养,引导学生立足于我国现阶段国情和全球半导体局势，树立学习强国的目标，担当起科技强国的使命，加速推进我国芯片技术自主可控和国产替代化进程。

2集成电路封装核心工艺设备的确定

对于单片集成电路，划片是芯片封装过程的第一步，是使用划片机将集成电路晶圆上的数千万的芯片分离成单个芯片，划片的质量直接影响芯片表面质量和成品率。划片包括砂轮划片和激光划片，其中砂轮划片是利用空气静压调整主轴、精密机械传动控制划片刀来实现划片，切割速度快，设备成本低，是目前应用最广泛的划片技术。对于混合集成电路，封装包括打孔、填充、印刷、叠片、层压、热切、烧结等工序，其中高速打孔是利用数控机械冲孔技术，将多个冲孔单元以机械方式高精度地排列组合，在生瓷片上冲制出所需的通孔；印刷是在生瓷片等材料上采用丝网印刷技术，通过挤压或刮印的方式，将高固体颗粒含量的填孔浆料经填孔模板填入通孔，实现电子浆料分层图形印刷、通孔导体浆料填充。打孔和印刷工艺直接影响封装基板孔径、导线、一致性等关键性能指标。综上所述，砂轮切片机、高速打孔机、电路印刷机是集成电路封装生产线的瓶颈工艺设备，决定着集成电路产品封装的性能和成品率，一条生产线要配置多台，且设备结构复杂、自动化程度高、数据众多。以这三类核心工艺设备为示范，在此基础上构建开发集成电路封装工艺设备远程运维系统。

3集成电路封装设备远程运维系统设计

3.1重视基地开发与利用

实践教学是人才培养的重要环节,培养“以就业为导向、以能力为核心”的具有创新意识的应用型技术人才。实践教学离不开成功的校企联合实践基地的开发与利用,基地建成后，仍然需要通过多种途径与不同企业建立长期的合作伙伴关系。通过一段时间的磨合与完善，建成具有专业特色的实践教育基地和产学合作、协同育人创新平台。具体项目实施内容包括：①成立由学校教师和企业代表参加的专业顾问委员会,对人才培养方案进行把脉、诊断、建议、改进。②加强教学基层单位与企业部门的联系，由校内教师和企业工程技术人员共同指导学生的校外实践教学工作。③学生在实践基地学习期间，不仅学到专业知识，提高了综合实践能力，同时也增强了相互间理解沟通、团队协调的能力，更利于学生就业，并建立长期有效地合作机制。

3.2真空或低气压封装

密封器件包含高纯氮气封装和真空封装等类型，其主要目的都是为了隔绝水汽等有害气氛对芯片和材料的腐蚀破坏。目前水汽含量指标主要是就纯氮气封装而言的，真空封装器件内部被认为基本不存在水汽，但实际上这是一种误区。因为材料吸附气体缓慢释放等效应，真空封装器件内部仍然不可避免会存在水汽。真空封装内部水汽的危害可能与高纯氮气封装有所不同，这方面的研究尚不充分，其中一种显而易见的危害机理是，某些宇航产品需要保持一定的工作温度，需要内部加热电路和隔热设计，对宇航产品而言功耗是相当关键的指标，内部水汽含量的上升会降低隔热性能，因而增加产品的功耗。关于真空封装器件的水汽含量，主要技术瓶颈在于缺乏可靠的测试技术，产品的水汽含量指标无从验证，工艺优化缺乏直观参照。该项测试技术在近年来取得了一定突破，有部分相关发明专利获得了公开，随着这些技术的授权和应用，该问题将有望得到改善。

3.3故障模式识别系统基本功能设计

集成电路封装设备故障模式识别系统的基本功能设计如下：1）根据状态监测系统监测的设备异常状态数据，结合当前检查的异常现象，判定设备是否处于故障状态，若处于故障状态确定其故障类型；2）对处于故障状态的设备进行失效原因分析，可依据识别知识库或使用故障诊断模型及算法，结合专业人员分析推理及现场检验，确定故障位置、故障类别；3）完成故障模式识别后，根据业务流程形成完整的诊断履历，并完善识别知识库。识别知识库应该包含故障类型判别知识和故障位置判别知识等可为技术专家提供故障模式识别的知识条目，为故障模式识别提供支持。

3.4发挥网络资源优势

集成电路封装测试这门课程需要大量的生产细节作为辅助，良好的教学效果需要大量的视频材料作为支撑，尤其是生产环节的视频材料。如果这些视频资料在课堂上讲解和播放，将会消耗大量的时间，因此在课前或者课后给学生布置自主学习任务，或者提前将资料发给学生，让他们提前预习，这将会大大节省课堂教学时长和提高学生课前期待度。

结语

集成电路封装设备远程运维系统的设计应用，解决了集成电路封装设备的数据实时采集、设备运行状态远程监测和预警、设备状态识别和故障定位、设备可用度评估和维修策略优化等问题。与传统运维模式相比，本远程运维系统通过工业云平台打通了各设备之间的信息壁垒，实现设备状态的实时准确把握，精准预警预知设备故障信息，为检修方案的制定提供可靠的技术依据，提高设备智能化水平运行的可靠性、安全性和有效性，把设备故障损失降低到最低水平。目前集成电路封装设备远程运维系统已经在国内部分集成电路产品制造企业示范应用，可转化为公共服务平台在集成电路制造全行业推广应用，为集成电路智能生产线/数字化车间的建设提供指导。

参考文献

[1]侯彦全,程楠,侯雪.远程运维服务模式研究－以金风科技为例[J].工业经济论坛,2017,4(2):68-73.

[2]陈炫宏.面向集成电路封装过程的监测方法研究与系统实现[D].杭州:浙江大学,2018.

[3]刘雨佶.动态分布式装备集群运维服务关键技术与系统研究[D].北京:北京理工大学,2016.