半导体塑封压机的自动化工艺技术应用

半导体塑封压机的自动化工艺技术应用

赵松，汪宗华，何成国，杨韬，曹玉堂

( 文一三佳科技股份有限公司)

摘要：

为了解决人工操作重复性劳动、提升产品品质和提高效率，通过设计塑封压机自动化工艺流程，设计自动化子单元设备解决产品关键环节工艺问题，实现了塑封压机封装整个工艺流程的自动化；完成了从引线框架上料到封装产品收集装入弹夹整个工序流程自动化；完全实现了塑封压机MGP 模自动化生产的工艺流程。

随着协作机器人的编程模块化、控制简单化、负载增大、重复精度和寿命提高，所涉及的应用领域不断的拓展。但是在半导体封装领域，很少涉及，目前半导体封装设备包括全自动封装设备和手动电液伺服封装设备。全自动封装设备，吨位小，安装模具空间小，主要应用高端产品封装，例如：QFN、BGA 等产品封装，设备自身成本高，保养费用高。手动封装设备采用液压传动，有吨位大，安装空间大 ，操 作简 单 等特 点 ，主 要 生 产 TO系列、SOP 系列、DIP 系列等中低端产品，但是中低端产品市场需求量比较大，目前手动封装设备需要操作人员重复的操作，包括上料、下料、自检等工作环节，工作负荷大、工作时间长等特点。国内半导体封装行业逐步显现招工难、招工成本高、甚至出现招工不到的情况，市场对人力的解放、用工成本高等因素，使用机器人替代人的需求强烈，推进了协作机器人在半导体封装行业应用，也是实现塑封压机自动化生产工艺流程。

整个系统设计包括：（1）系统组合设计；（2）协作机器人应用设计；（3）工 艺 流程 设 计 ；（4）系 统通讯交互设计；（5）视觉检测设计。

1 系统 组 合 设 计

根据工艺需求，塑封压机自动化系统是组合式设计，主要包括塑封压机、自动刷模机、自动排片机、自动树脂阵列装载机、芯片收集冲流道一体机和协作机器人6 个子单元，每个子单元设计能够解决工艺节点自动化，如图 1 所示。

2 协作 机 器 人 应用 设 计

系统设计采用6 关节协作机器人[1]，根据封装工艺特点，要求机器人定位重复精度高，负载小，人机操作安全，示教便捷，质量轻，能够实现倒装方式。在实际应用操作中，具有敏感的力反馈特性，使人机能很好的协同工作，对于一些普通操作者和非技术背景的人员来说，都能非常容易地进行编程与调试，在引线框架定位示教、树脂投入定位示教，采用简易辅助工装示教快速有效，如表 1及图 2 所示。

3 工 艺 流程 设 计

塑封压机MGP 模具封装流程：引线框架上料→投入树脂料→合模封装→开模下料。实现自动化流程生产，需要增加视觉入位检测、外观检测、CULL 检测、机器臂快换、料架定位、树脂检测等技术设计来保证整个系统稳定运行，确保产品质量，其工艺流程如图 3 所示。

其中：步骤1、2、3、6 是协作机器人完成，5 是塑封压机完成，4、8 是刷模机完成，7、9 是芯片收集冲流道一体机完成。整套流程设计符合产品工艺需求。

4 系统 通 讯交 互 设 计

总控系统和6 个子单元通讯交互[2]，5 个子单元通过 FINSUDP 协议通讯，主要控制子单元启动、停止、复位，读取子单元的待机、停止、运行等状态。实现和塑封压机的工艺参数读写。总控和协作机器人通过MODBUSTCP 协议进行通讯 [3]，通过交 互 命 令 字 控 制 机 器 人 的 运 行 轨迹 和 状 态 读取。视觉检测结果通过 FINSUDP 协议反馈给总控系统，视觉定位控制采用 I/O 驱动，解决驱动延迟问题。总控逻辑采用节点分步控制设计，对于子单元异常处理简单，任意子单元出现异常报警，异常清除后，从该子单元位置启动运行。通讯交互如图4 所示。

5 视 觉 检 测 设 计

整个系统运行稳定、产品质量保证得前提条件是解决塑封工艺中的引线框架入位、CULL 缺失检测、外观缺失检测。外观检测技术要求：(1)视野 范围 ：65 mm ×45 mm；(2) 相 机 像 素 分 辨 率：2448×2048；(3) 像素精度：0.027 mm；(4) 相机帧率：120 帧 /s；(5) 检测周期：＜100 ms ；引线框架入位检测示意图如 5 所示。外观及 CULL 检测示意如图 6 所示。

6 结束语

半导体塑封压机自动化工艺技术设计应用，解决了塑封压机生产过程中操作人员高强度劳作和作业时间长问题，整套系统设计，提高了封装产品良品率，解决了产品的亮斑、垫伤，实现自动装载树脂料、自动冲流道、产品自动收集入弹夹。视觉检测的技术设计应用解决了封装过程中存在的报废产品的问题。整套系统设计应用符合工业自动化发展的大方向，实现了塑封压机半自动封装到整个封装流程自动完成，解决半导体功率器件和集成电路的芯片MGP 模封装自动化工艺。同时也 在 半 导 体 封 装行 业 应 用 到 了 6 关 节 协 作 机 器人，对于协作机器人在封装行业应用起到了很大推动作用，更为封装车间自动化升级改造提供了有效的技术支撑。