真空壓力除泡機和除泡烤箱實現真空壓力快速精準控制
[發布日期:2024-07-30 17:05:06] 點擊:
摘要:真空壓力除泡機和除泡烤箱在電子行業的應用十分廣泛,但現有除泡機存在的最大問題是選擇了開關式閥門,無法實現真空和壓力既準確又快速的控制。為此,本文提出了升級改造技術方案,即采用雙向PID控制器和快速電動球閥開度大小的連續調節,可在各種規格尺寸的除泡機上實現真空壓力的快速準確控制。
1. 問題的提出
真空壓力除泡烤箱常用于半導體、5G通訊、新能源、汽車電子、消費電子、航天軍工等領域的芯片黏結(DAF)、屏幕貼合(OCA)、底部填充膠(Underfill)、灌封膠(Potting)或印刷涂覆膠(Printing)等工藝制程中,可有效消除氣泡,增加粘附力和密封性,提高產品良率、一致性和可靠性。真空處理是為了防止粘結劑受熱氧化,加壓充氣是將粘結劑內的氣泡壓除,避免氣泡的產生,使得半導體芯片與片材在后續的回焊過程中不會受到較大的應力而避免損壞。真空壓力除泡的典型過程如圖1所示,首先對載有半導體芯片以及片材的烤箱抽真空并充氮氣的沖洗循環,盡可能減少腔室內的氧分子,然后將腔室內壓力控制在微負壓狀態,使腔室內氮氣體積為箱體體積的60%~70%。隨后控制加熱器加熱使腔室內部環境溫度升高到80℃,并將加熱器周圍的熱氣吹至半導體芯片上,防止將半導體芯片以及片材粘結劑固化。隨后再次通入氮氣在腔室內形成高壓環境,高壓氮氣將粘結劑內的氣泡壓除清理,完成氣泡的清除工作,同時將腔室內部環境加熱至150℃并保持恒定,使得粘結更加穩定,半導體芯片的質量更好。最后停止加熱和通過水冷機構將箱體內部的溫度降低,泄壓后完成工作。
整個除泡過程需要包含以下幾方面的內容:
(1)真空壓力的變化過程需要準確的可編程程序控制,可使整個處理過程完全自動運行。
(2)所配置的真空壓力裝置能被來自控制器的電子信號精細調節和控制以滿足精度要求,而且還需滿足一定的變化速度要求。
(3)需要合適的控制方法和結構,控制真空和壓力的連續變化。
盡管目前大多除泡機都標稱具有真空壓力控制功能,但由于都是采用開關式閥門進行真空和壓力的調節控制,這種開關式控制方法存在以下兩個問題:
(1)如果閥門口徑較大,則真空壓力的控制穩定性較差,但好處是控制速度較快。
(2)如果閥門口徑較小,盡管能改善控制精度,但劣勢則是控制速度很慢。
由此可見,現有真空壓力除泡機存在的最大問題是選擇了開關式閥門進行真空壓力控制,無法對抽氣和進氣流量進行精細調節。為此,本文提出了升級改造技術方案,通過采用快速電動閥門的開度大小調節,可準確且快速實現除泡機的真空壓力控制。
2. 解決方案
除泡機的新型真空壓力控制系統主要包括高壓氣源、電動調節閥、真空壓力傳感器、雙向控制器和真空泵等,其真空壓力控制基于動態平衡法,即通過調節進入和流出除泡烤箱的氣體流量實現真空和壓力的準確控制。當進行真空控制時,自動減小進氣調節閥開度但增大出氣調節閥開度;當進行壓力控制時,自動增大進氣調節閥開度但減小出氣調節閥開度。由此可實現真空壓力的全量程自動平滑控制。此新型的除泡機真空壓力控制系統主要有以下功能和特點:
(1)采用通徑為10mm的快速電動球閥,工作壓力1MPa以下,極小的真空漏率,開關速度小于7秒,0~10V模擬控制信號,這樣既可以快速抽取真空和加載高壓氣體,又能進行快速調節實現真空壓力的穩定控制。
(2)采用了真空和壓力雙傳感器,可以覆蓋真空壓力的全量程測量和控制。
(3)采用具有分程控制功能的雙向PID控制器實現進氣和出氣閥門的同時調節,可在真空壓力全量程范圍內進行自動控制。
(4)PID控制器具有雙傳感器自動切換功能,可根據控制要求自動選擇相應的傳感器。
(5)PID控制器具有可編程功能,可支持20條工藝曲線??刂破骶哂蠵ID參數自整定功能,支持20組分組PID參數。
(6)PID控制器具有RS485通訊接口和標準的MODBUS協議,可與上位機連接。自帶的控制軟件可直接運行控制器,并設置、數字顯示、曲線顯示和存儲控制器參數的變化過程。
3. 總結
綜上所述,本文詳細介紹了用于除泡機的新型真空壓力控制系統,控制系統所采用的電動球閥和雙向PID控制器,使得此系統可實現真空壓力全范圍內快速準確的可編程控制。另外,控制系統所用的PID控制器,是一種通用性PID調節器,也完全可以用于除泡機的溫度控制。特別是具有兩路獨立的PID控制通道,可對兩組發熱體進行控制,更能保證除泡機內的溫度均勻性。
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