微电子封装中点胶控制系统及其性能控制的研究

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1、华中科技大学硕士学位论文摘要时间/压力点胶机广泛应用于半导体封装工业，常用它来进行集成电路元件密封和芯片固定以及对其进行机械保护，减缓材质温度差产生的应力。它利用高压气体将定量的工业胶体挤到基板上，具有操作简单、适应环境广、维护方便等优点。对点胶基本要求在整个过程胶体流速保持一致，时间/压力点胶由于气压传送中受到影响和胶体非线性的流变特性等因素，点胶质量难以保持一致，对其控制是件极具挑战性的工作。为了实现点胶过程的分析和控制，建立了基于PC机和计算机视觉检测的点胶系统。点胶机是一个复杂的系统，需要精确控制点胶流量和点胶的位置。点胶过程受许多因素的

2、影响，导致过程质量很难一致，尤其在高速运行中，这需要从多方面考虑系统设计。本文运用集成设计和控制的原理，从硬件、软件和控制上综合考虑了系统的设计，建立了精密的机械运动和气动系统。根据系统的硬件环境，基于PC机编写应用软件，解决了微量点胶中气压采集和系统控制问题。点胶中胶体的粘性不是一个常数，流体粘性依赖于剪切应变、温度甚至剪切时间，因而胶体流速和体积受其影响很大。本文分析了流体的粘性特征，并总结了点胶中胶体有关的流变特性经验模型。通过将实验室装配的点胶设备气体传动系统进行分解，建立对应气体传动模型；接着对针尖的胶体受力分析基础上建立流速的微分方程模

3、型；此外阐述了胶点形成过程，拉丝和拖尾的现象形成过程。时间/压力点胶过程涉及气体传动和复杂多变的非牛顿流体特性；而且随点胶的进行，过程条件发生变化，从而改变了气动系统的动态特性。这些对点胶造成影响，仅依靠硬件改造难以达到理想要求，所以需要加以控制。传统上一直是开环控制，严重依赖操作人员的经验。本文着重分析了点胶中气压随高度的变化，在时间上进行补偿高度影响。首先对气压在不同高度上的响应作了分析，并借此建立用采样的气压变化估计高度的方法。随后对过程控制中一些控制方法的分析，将其应用于点胶过程。针对针尖胶体的受力情况，建立了一个简单的流量或胶点体积估计模

4、型。以此模型，基于SPC统计过程控制原理和PI算法进行控制，仿真和实验结果显示具有明显的效果。关键词：流体点胶，过程建模，统计过程控制，集成设计I华中科技大学硕士学位论文AbstractTheprocessoftime-pressuredispensingsystemhasbeenwidelyusedinthesemi-conductorpackagingindustry.Itisemployedasadvancedintegratedcircuitencapsulationandsurfacemounttechnology.What’smore,

5、itcanpreventthecorrosionoftheconnectionandrelievethestressresultingfromthethermal-expansioncoefficientdifferencesbetweenthechipandthesubstrate.Itusespressurizedairtodrivethefluidanddeliversthefluidtoboardsorsubstrates.Andithastheadvantageofflexibilitytodifferentapplicationsitu

6、ations,simpleoperationandeasymaintenance.Becauseoftheeffectontheairpressureduringitsdelivering,nonlinearrheologicalbehaviourandothers,itishardforthetime-pressuredispensingtokeepagoodconsistence.Onefundamentalrequirementindispensingisthattheflowrateofencapsulantmustbecontrolled

7、tobeconsistentoverthedispensingprocess,sothatanuniformprofileofthedamdispensedcanbeformedandtheamountofencapsulantdispensedcanbeaccuratelymanipulatedonthesubstrate.However,complexityoftheprocessincludestheair-fluidcouplingandtheirnonlinearuncertainties,soitisvitaltohaveafurthe

8、runderstandingofthewholeprocessforbettercontrolling.Thetime-p