배치 장비의 핵심 기술에 대해 이야기합니다.

오늘날의 반도체 산업 개발 및 응용 동향에는 스마트 모바일 기기, 빅데이터, 인공지능, 5G 통신 네트워크, 고성능 컴퓨터, 사물인터넷, 스마트 자동차, 인더스트리 4.0, 클라우드 컴퓨팅 등이 포함됩니다. 이러한 애플리케이션은 전자 기기의 급속한 발전을 가져왔습니다. 칩은 더 빠른 컴퓨팅 속도, 더 작은 크기, 더 넓은 대역폭을 필요로 합니다. 또한 낮은 전력 소비, 낮은 발열, 대용량 저장 용량도 필요합니다. 이를 위해서는 고성능 요구 사항을 충족하는 칩의 제조 및 패키징이 필요합니다. 포스트 무어의 법칙으로 알려진 시대에 칩 패키징은 점점 더 많은 관심을 받고 있으며, 배치기는 칩 패키징 공정에서 중요한 장비입니다. 마운터 기계는 애플리케이션 유형에 따라 SMT 마운터 기계와 고급 패키징 마운터 기계로 나눌 수 있습니다. 후자는 최근 빠르게 발전하고 있는 와이어 본딩 공정과 플립칩 공정에 주로 사용됩니다. IC 칩의 상호 연결 기술 중 전통적인 3단계 패키징은 주로 칩 레벨 패키징, 기판 레벨 패키징 및 마스터 패키징입니다. 이 패키징 방식은 점차 시스템 레벨 패키징 SIP로 대체되었습니다. 패키징 방법이 어떻게 발전하든 칩 패키징 공정에서 중요한 공정, 즉 실장 공정은 분리할 수 없습니다. 마운팅 공정은 인라인, SMT 표면 실장에서부터 와이어 본딩 및 플립 칩 본딩과 같은 오늘날의 첨단 패키징 공정까지 발전해 왔습니다. 마운터 역시 기술의 발전과 함께 한 세대의 기술과 장비의 변화를 확인시켜 줍니다. 오늘날에는 정밀한 실장을 달성하고 전자 제품의 대규모 및 저비용 생산 특성을 충족하기 위해 마운터에 대한 고정밀 및 고 수율 성능 지표가 제안되었습니다. 이 기사에서는 칩 장비와 기술에 대해 자세히 설명하고자 합니다. 

먼저, 다음과 같이 하세요.‘픽 앤 플레이스 기계라고도 불리는 SMT 마운터 기계에 대해 알아보겠습니다. 마운터는 반도체 백엔드 공정의 핵심 장비입니다. 마운팅 유형에 따라 두 가지로 나눌 수 있습니다: 첫 번째는 SMT 마운터입니다: 표면 실장 공정 생산 라인의 핵심 장비에 속합니다. 주로 패키지 칩, 저항기, 커패시터 등과 같은 전자 부품을 PCB 보드에 실장하는 데 사용됩니다. 마운터는 장착 속도가 빠른 것이 특징이며, 20000 CPH에 도달할 수 있고 때로는 150000 CPH에 도달할 수도 있습니다. 마운팅 정확도는 일반적으로 20~40μm로 높지 않으며, 두 번째는 고급 패키징 및 마운터입니다: 주로 베어 칩이나 마이크로 전자 부품을 실장하는 데 사용됩니다. 칩을 리드 프레임, 방열판, 기판에 장착하거나 PCB 보드에 직접 장착합니다. 일반적으로 와이어 본딩과 플립 칩 칩으로 나눌 수 있습니다. 현재 반도체 패키징의 주류입니다. 연결 기술. 와이어 본딩은 먼저 배치 기계를 통해 칩의 적층 패키징을 완료한 다음 와이어 본딩 기계를 통해 칩 전면의 패드 지점을 프레임 또는 기판 패드에 연결합니다. 현재 공정은 비교적 성숙 단계에 있습니다. 플립칩 실장은 칩 표면의 솔더 패드에 솔더를 배치하고 뒤집은 후 기판의 해당 솔더 볼에 직접 납땜하는 방식입니다. 와이어 본딩에 비해 더 높은 패키지 밀도, 더 짧은 라인 상호 연결, 간섭 감소, 용량성 임피던스 감소, 더 안정적이고 신뢰할 수 있는 연결을 달성할 수 있습니다. 

또 다른 요점은 고급 패키징 및 칩 장비가 주로 논리 장치, 메모리, MEMS, LED, 광전자, RF, LD 및 기타 장치의 미세 조립에 사용된다는 것입니다. 조립 공정에는 C2C, C2W, W2W 및 2.5D/3D 패키지가 포함됩니다. 그중에서도 고밀도 3D 패키징은 미래의 개발 트렌드입니다. 실리콘 관통 기술을 통해 적층형 칩 상호 연결이 실현됩니다. 고밀도 3D 패키징의 가장 큰 특징은 제품의 크기와 품질을 원본의 1/5~1/10로 줄일 수 있다는 것입니다. 주요 실장 기술로는 리플로우 솔더링, 핫 프레싱 본딩, 유텍 본딩, 접착 공정, 초음파 본딩, 자외선 경화, 전도성 접착 공정 등이 있습니다.

둘째, SMT 픽 앤 플레이스 기계의 핵심 기술에 집중하고자 합니다. 첨단 패키징 및 실장 기계 장비의 개발에는 여러 분야의 시스템 엔지니어링이 포함됩니다. 장비의 주요 성능 지표는 실장 정확도와 실장 수율입니다. 현재 대부분의 실장 장비는 고정밀 실장 또는 고수율 실장을 충족합니다. 두 가지 지표를 모두 충족하는 것이 현재의 과제입니다. 마운터의 주요 성능 지표는 정확한 시각적 정렬 시스템, 합리적인 구조 레이아웃, 정밀한 모션 제어 및 완벽한 시스템 소프트웨어와 같은 주요 기술의 영향을 받습니다. 

첫 번째 핵심 기술은 비주얼 카운터포인트 시스템입니다. 마운터의 얼라인먼트 시스템은 초기의 기계식 얼라인먼트, 레이저 얼라인먼트에서 시각적 얼라인먼트에 이르는 과정을 거치며 얼라인먼트 정확도가 점차 향상되었습니다. 시각적 정렬 시스템에는 일반적으로 광원, 이미징 렌즈, 광전 변환 카메라, 수집 카드 및 데이터 전송 및 처리를 위한 처리 소프트웨어가 포함됩니다. 현재 칩과 대상 패치의 위치 정렬은 주로 시각적 정렬을 통해 수행됩니다.

수동 및 반자동 패치 장비에서는 이미지 오버랩을 통해 직접 정렬을 수행합니다. 완전 자동 패치 장비는 주로 다차원 시각 이미지 감지를 사용합니다. 간접 정렬은 최소 두 개의 독립적인 이미징 시스템을 포함합니다. 카메라는 이미지를 수집하고 이미지 가장자리를 추출한 후 이미지 알고리즘을 통해 이미지의 중심 위치를 식별합니다. 일반적으로 상부 및 하부 시야각 카메라를 배치하여 칩 또는 칩 모양의 특징점과 대상 패치의 위치와 관련된 특징점을 각각 획득하여 칩과 대상 위치점 간의 좌표 관계를 설정합니다. 좌표 위치를 설정하는 과정에서 타겟 패치 위치(기판 또는 웨이퍼)에 사용되는 정렬 방법은 패치 정확도에 따라 글로벌 정렬과 로컬 정렬로 나뉩니다. 글로벌 얼라인먼트는 효율성이 높습니다. 하나의 정렬에서 타겟 비트 좌표를 배치하기 위한 전제 조건은 기판 또는 웨이퍼의 표면적 정확도가 높아야 한다는 것입니다. 로컬 정렬은 다양한 어레이 위치의 편차에 적응할 수 있습니다. 각 패치 위치는 개별적으로 식별되고 배치됩니다. 고정밀 패치에 적합하지만 잦은 정렬로 인해 수율이 상대적으로 낮습니다. 대부분의 이미지 인식 프로세스는 정적 상태입니다. 최근 개발된 동적 인식은 주로 생산성 향상과 동작 대기 시간을 줄이기 위한 것입니다. 이를 플라이트 비전이라고 합니다. 플라이트 비전은 동적 촬영을 의미합니다. 마운터의 비행 비전 시스템은 마운팅을 완료해야합니다. 마운팅 헤드가 비전 카메라 위로 일정 속도로 움직이면 흡입 노즐에 의해 장착 될 구성 요소의 이미지를 수집 *하고 동시에 고속 비전 처리 기술을 사용하여 비전 컴퓨팅 작업을 완료합니다.

비행 비전 기술은 전체 기계의 작업 효율성을 향상시키는 데 큰 의미가 있습니다. 비행 촬영은 고속 이미지 획득이 필요하며 카메라 노출 시간, 통신 시간 등에 따라 위치 정확도가 영향을 받습니다. 이 방법을 사용하여 사진을 촬영하는 마운터는 주로 20~50μm의 장착 정확도와 같은 저정밀 표면 장착 장비에 사용됩니다. 시스템의 정확도는 카메라 및 렌즈의 해상도, 이미지 인식 알고리즘과 직접적인 관련이 있습니다. 렌즈의 NA를 개선하면 렌즈의 해상도를 효과적으로 향상시킬 수 있는 반면, 렌즈의 시야각은 감소할 수 있으므로 균형 잡힌 선택이 필요합니다. 또한 카메라의 경우 카메라 해상도를 높이면 이미지 인식 기능도 향상됩니다. 부정적인 영향은 단일 이미지의 데이터 처리량을 증가시키고 이미지 획득 및 처리 시간을 증가시키며 수율에 영향을 미치는 것입니다. 이미지 인식 알고리즘은 프로세스의 영향을 크게 받습니다. 다양한 알고리즘을 사용하여 마크 가장자리 특징을 추출하면 비전 시스템의 적응력을 높여 오류를 줄이고 정렬 정확도를 향상시킬 수 있습니다. 

두 번째로 논의하고자 하는 핵심 기술은 SMT 픽 앤 플레이스 머신의 구조 설계입니다. 마운터는 정확한 시각적 정렬 시스템 외에도 생산성 향상을 위해 합리적인 구조 레이아웃, 정확한 모션 메커니즘 및 병렬 모션 설계를 보장해야 합니다. 동시에 시스템의 안정성과 작은 환경 간섭 오류를 보장해야 합니다. 마운터의 진화 과정을 살펴보면 마운터의 작업 방식에 따라 크게 붐형, 턴테이블형, 복합형, 대형 병렬 시스템의 네 가지 유형으로 나눌 수 있습니다.

첫 번째는 무빙 암 유형입니다. 이러한 종류의 구조 마운터는 유연성이 높고 마운팅 정확도가 높습니다. 일반적으로 대리석 또는 주조 갠트리에 배치되며 앞뒤로 움직이는 마운팅 암이 장착되어 있습니다. 대부분의 마운터의 주요 구조입니다. 그러나 다른 여러 구조에 비해 패치 수율이 상대적으로 낮기 때문에 Nectec 고객은 일반적으로 수율을 높이기 위해 두 개의 암을 사용합니다. 두 번째는 회전 스핀들에 칩 헤드를 설치하는 턴테이블 유형입니다. 하나의 칩 헤드가 칩을 흡수하는 동안 다른 스테이션의 칩 헤드는 정렬 및 장착과 같은 작업을 수행할 수 있어 생산성이 크게 향상됩니다. 긴 전송 링크와 복잡한 구조로 인해 이 구조가 가져오는 실장 정확도는 무버블 암 타입보다 낮습니다. 주로 SMT 마운터에 사용되며 고급 패키징 및 마운터는 여전히 이동식 암 유형 구조를 주요 부품으로 사용합니다. 세 번째 유형은 복합 구조로 한 번에 많은 수의 칩을 이송하고 흡입 및 접착에 집중할 수 있습니다. 무버블 암 타입과 턴테이블 타입의 장점을 결합한 방식이지만 구조가 상대적으로 복잡하고 개발 비용이 높으며 유연성이 부족하다는 단점이 있습니다. 네 번째 유형은 대규모 병렬 시스템이 모듈 식 설계를 채택하고 생산 라인의 특정 병목 스테이션에 따라 여러 세트의 칩 전송 또는 장착 구성 요소를 설정하여 대규모 생산 라인의 배치 패키징 요구 사항을 충족하는 것입니다. 

구조의 안정성과 주변 온도의 영향을 고려하여 마운터의 구조 프레임 설계 시 비강성, 즉 탄성 계수와 재료 밀도의 비율이 더 좋은 재료를 선택하도록 노력하세요. 이러한 소재는 대리석 프레임과 주철 프레임과 같이 강성이 우수하고 무게가 가볍습니다. 고정밀 마운팅 장비는 프레임 바닥에 수동 또는 능동 진동 감쇠 시스템을 추가하여 기초 진동의 간섭을 줄입니다. 오차 크기 체인 분석의 관점에서 재료의 열팽창 계수도 고려해야 합니다. 계수가 작을수록 측정 시스템은 주변 온도의 영향을 덜 받습니다. 최신 컴퓨터 시뮬레이션 기술의 성숙 덕분에 정적 시뮬레이션, 모달 시뮬레이션, 동적 시뮬레이션, 열역학 시뮬레이션 등과 같은 실제 테스트 데이터와 결합된 유한 요소 시뮬레이션 분석을 통해 위의 구조 설계에 대한 환경 요인의 영향을 최적화할 수 있습니다. 생산성 향상 측면에서 구조 설계는 자재 공급과 목표 패치 위치 간의 관계를 최소화하고, 경로를 단축하며, 단일 패치 사이클 타임 중 약 70%가 자재 취급에 사용되므로 자재 이송 시간을 단축하기 위해 노력합니다. 구조 설계에서 칩 헤드는 구조 설계의 핵심 구성 요소입니다. 칩 배치 공정에 적응하기 위해서는 칩의 기본 음압 흡착을 충족하는 것 외에도 칩 배치 공정 중에 칩과 기판이 단단하고 균일하게 밀착되도록 다중 자유도 레벨링을 충족해야 합니다. 일부 공정에서는 유텍틱 칩 배치 공정을 충족하기 위해 압력과 가열이 필요합니다. 

세 번째로 논의하고자 하는 핵심 기술은 정밀 모션 제어입니다. 모션 시스템에는 두 가지 유형이 있으므로 한 번에 하나씩 설명하겠습니다. 첫 번째 모션 시스템은 스포츠 테이블 시스템입니다. 첨단 포장 및 배치 기계의 적용에서 칩의 이송 및 배치를 조정하기 위해 장비 내부에 다축 변위 플랫폼이 배치됩니다. 이러한 모션 플랫폼에는 칩 캐리어의 X, Y, Z, Rz 축의 움직임과 칩 헤드의 다차원 움직임이 포함됩니다. 최근에는 서보 및 스테핑 모터로 구동되는 볼스크류 구조에서 직접 구동 모터 구조로 전송 메커니즘이 점차 개선되고 있습니다. 하중이 큰 베어링 테이블의 경우 전송 롤링 가이드 레일 대신 에어 플로트 가이드 레일 또는 자기 부상 가이드 레일을 사용하여 기계적 전송을 줄입니다. 마모, 모션 오류를 줄이고 동시에 이동 플랫폼의 속도, 가속도를 높여 시스템의 생산성을 향상시킵니다. 칩 헤드 이동 속도를 높이는 동안 전체 시스템에 종종 충격이 발생합니다. 메커니즘 설계에서 일부 제조업체는 프레임의 강성을 높이거나 무게를 늘리고 중력을 끌어 당기는 등의 방법을 사용하여 움직임의 반력을 완충하고 시스템의 동적 균형을 달성합니다. 인코더 피드백 위치 정확도와 같은 기존의 반폐쇄 루프 시스템은 점차 완전 폐쇄 루프 서보 피드백 격자 눈금자 측정 시스템으로 대체되어 칩 정확도를 수십 미크론에서 미크론 또는 미크론 미만의 장착 정확도로 직접 가져옵니다.

모션 테이블의 구동 과정에서 일반적으로 X축과 Y축 스택 구동 방식이 사용됩니다. 하층의 Y축에 가해지는 하중이 크기 때문에 이중 가이드 레일과 이중 빔 구동 기술은 Y축의 이동 속도를 높이고 좌우 흔들림을 줄일 수 있습니다. 이때 좌우 구동축은 엄격한 동기화가 필요하며 동기식 모션 제어가 필요합니다. 두 번째 모션 시스템은 제어 시스템입니다. 제어 시스템은 제어 하드웨어와 제어 소프트웨어로 나뉩니다. 하드웨어 아키텍처는 메인 제어 모듈에 따라 다릅니다. 일반적으로 단일 칩 마이크로 컴퓨터 시스템, 프로 스포츠 PLC 시스템 및 PC + 프로 스포츠 제어 카드와 같은 유형이 있습니다. 그중 단일 칩 마이크로 컴퓨터와 PLC는 주로 간단한 모션 구조와 고정 모션 궤적을 가진 장비에 사용되는 반면, PC와 전문 스포츠 카드는 복잡한 곡선 모션과 복잡한 모션 알고리즘을 실현할 수 있습니다. 완전 자동 복합 제어 시스템의 경우 PC와 전문 스포츠 카드를 서버와 전문 스포츠 컨트롤러로 대체 할 수도 있습니다. 시스템 소프트웨어는 상위 컴퓨터 주 제어 프로그램, 인간-컴퓨터 대화형 인터페이스 소프트웨어 및 하위 컴퓨터 다축 모션 제어, 이미지 획득 및 분석, I/O 제어, 아날로그 수량 획득 및 시스템 정확도 보정 소프트웨어로 나뉩니다. 마운터의 정확도 향상은 비전 시스템의 정렬 보정을 통해 일부 개선됩니다. 상위 컴퓨터는 일반적으로 산업용 컴퓨터 또는 서버로, 인간과 컴퓨터의 상호작용, 이미지 표시, 작업 분할 관리 및 통신 기능을 완성합니다.

하위 컴퓨터는 일반적으로 높은 실시간 성능이 필요하고 다양한 모션 축, 센서, 이미지 획득, I/O 제어 및 기타 동작을 조정하는 독립적인 모션 제어 모듈, 마이크로프로세서, PLC 등입니다. 실시간 동작에 대한 요구 사항이 높은 링크의 경우 일반적으로 코드 실행 시간을 단축하고 생산성을 향상시키기 위해 하드 트리거 방식을 사용합니다. 

결론적으로 집적 회로 산업에서 IC 칩이 고밀도, 고신뢰성, 저비용으로 발전함에 따라 패키징 분야의 핵심 장비 마운터에 대한 요구 사항이 높아지고 있으며, 마운팅 정확도와 마운팅 수율이 해마다 증가하고 있습니다. 최근 몇 년 동안 집적 회로 산업에 대한 지속적인 투자로 장비 공급 업체는 새로운 기회와 도전에 직면하게 될 것입니다. 앞으로 첨단 패키징 및 칩 장비는 다기능, 모듈형, 유연성, 지능적 특성을 갖춰야 한다고 생각합니다. 핵심 기술의 연구 개발에 지속적으로 투자해야만 시장 경쟁에서 차별화될 수 있습니다.