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未封装芯片高精度摆盘技术实践:动态筛动式整列方案解析

未封装芯片高精度摆盘技术实践:动态筛动式整列方案解析在半导体后道工序中,未封装裸芯片(Bare Die)从晶圆切割后的蓝
未封装芯片高精度摆盘技术实践:动态筛动式整列方案解析

在半导体后道工序中,未封装裸芯片(Bare Die)从晶圆切割后的蓝膜上取下,到进行测试、分选或临时承载的摆盘过程,是衔接前后工艺的关键环节。此类芯片尺寸微小(可至0.4mm见方)、厚度极薄、表面布满脆弱焊垫,且完全无外壳保护,其摆盘处理对精度与过程控制提出了近乎苛刻的要求。

传统依赖高倍显微镜的手工摆盘效率低下且一致性难以保障,而采用吸嘴的纯拾放模式在面对超薄、高密度芯片时,存在吸附不稳定、隐裂风险以及对位速度的瓶颈。因此,一种模拟人工“筛盘”动作,但通过精密机械实现并大幅强化的自动化方案——动态筛动式高精度整列,成为应对该挑战的有效技术路径。

一、 核心挑战:在效率与安全间寻找精密平衡

处理未封装裸芯片的核心矛盾在于:

极致的脆弱性:芯片无外壳保护,边角与焊垫极易在机械接触中受损,任何处理方式都必须将物理冲击降至最低。

严格的方向与位置精度:必须100%确保有电路的主动面朝向一致,并在载具中的定位精度达到微米级,以满足后续测试或贴装要求。

对供料状态的高容忍度:来自不同切割工艺的芯片在蓝膜上可能存在轻微黏连或姿态差异,要求上料系统具备一定的适应与整理能力。

二、 解决方案:动态筛动式整列工艺

本项目采用的解决方案,核心是一台可进行多轴精密运动的 唯思特整列机。其原理并非简单的垂直振动,而是模拟熟练操作员“筛动料盘”的动作精髓,通过程序化的复合运动,引导芯片完成从混乱到有序的自主寻位。

核心工作流程如下:

批量化上料与初始分散 芯片被批量放置于整列机的高平整度工作盘(或称筛盘)内。工作盘表面经过特殊处理,以降低摩擦与静电吸附。系统启动后,并不依赖复杂的柔性分离机构,而是直接进入动态筛动阶段。

动态复合筛动与自主寻位 这是技术的核心环节。唯思特整列机根据预设程序,驱动工作盘进行一系列精密的复合运动:

前后倾斜与左右摇摆:工作盘在X轴和Y轴方向上进行特定角度、特定频率的往复倾斜与摇摆。这种运动打破了芯片间的静摩擦力,使其在重力分量的作用下开始向低处滑动并逐渐分散开来,有效避免了堆叠。

复合微幅振动:在倾斜摇摆的基础上,叠加Z轴方向的微幅振动。此振动能量进一步帮助芯片克服表面吸附力,使其在工作盘面上产生细微的“跳跃”或平移,增加其寻找并落入目标位置的机会。

核心目标:上述“倾斜-摇摆-振动”的复合运动,其根本目的是创造一种受控的、随机的运动环境,让芯片在不断的微动中,凭借其自身几何形状,“寻找”并落入下方预先设置好的高精度仿形治具的对应型腔中。

高精度仿形治具的最终裁决 位于工作盘下方的仿形治具板是精度保证的终点。其上的每一个型腔,都是根据目标芯片在正确姿态下的精确三维轮廓逆向加工而成。在筛动过程中,只有当芯片的姿态与型腔完全匹配时,才能顺利落入并稳定。姿态错误的芯片则会被持续的运动带离,继续“寻找”直至落入正确位置或被导入特定区域。

可调参数实现工艺优化 该方案的优势在于其高度的可调性与适应性。针对不同尺寸、重量、表面特性的芯片,工程师可通过人机界面灵活调整关键参数:

倾斜角度与速度:控制芯片在工作盘上的滑动速度与范围。

摇摆幅度与频率:影响芯片的横向分布与分散效果。

振动频率与幅度:提供克服粘附力、辅助定位所需的能量。 通过参数化的调试,可以为每一种芯片找到最优的运动配方,在保证合理产能与可接受的极低损伤率之间取得最佳平衡。

三、 方案价值与实施考量

采用动态筛动式整列方案,为客户带来了显著的实用价值:

高效率与高一致性并行:实现了批量化芯片的并行处理与筛选,效率远超单颗拾放,且最终输出的阵列方向与位置一致性极高。

适应性强,调试窗口宽:可调参数使其能够适应一定范围内不同规格的芯片,降低了产品换型时的调整难度与成本。

过程相对温和可控:相比于可能产生集中应力的夹取或顶针方式,筛动过程中的力是分散且轻微的。通过优化参数,可以将机械损伤风险控制在严格的工业标准之内。

成功实施的关键在于对芯片动力学特性的深刻理解与丰富的参数调试经验。例如,唯思特科技在实施此类项目时,会基于其处理大量微型异形件的数据库进行初始参数预置,并通过实地试样快速收敛至最优工艺窗口,从而确保方案的快速落地与稳定运行。

四、 结论

对于未封装裸芯片这类极高价值的精密元件,其摆盘工艺需要在“非接触”的理想与“高效率”的现实之间找到工程化的解决路径。动态筛动式整列方案提供了一种巧妙的思路:通过创造精密的可控混沌,让零件自主完成对秩序的归位。它并非追求绝对的“零损伤”,而是通过可量化、可优化的参数控制,将过程风险降至最低,同时实现产能与精度的跃升。这为半导体封装测试领域的自动化前置处理,提供了一个经得起验证的务实选择。