O que é uma Máquina Die Bonder SMT?

Uma Die Bonder SMT (também conhecida como Chip Bonder ou máquina Die Attach) é um equipamento de alta precisão usado na fabricação de eletrônicos para fixar um chip semicondutor nu (um único chip de circuito integrado não embalado) diretamente em um substrato, como uma PCB ou um lead frame.

Embora frequentemente associadas à embalagem de semicondutores, as Die Bonders "SMT" modernas são adaptadas para processos de montagem em superfície, permitindo técnicas avançadas de embalagem como System-in-Package (SiP) e Chip-on-Board (CoB) diretamente em PCBs padrão.

Pense nisso como uma máquina pick-and-place altamente especializada e ultraprecisa, projetada não para componentes embalados, mas para os próprios chips de silício crus e frágeis.

Componentes Principais de uma Die Bonder

Uma die bonder é um sistema intrincado de componentes de precisão:

1.  Carregador de Moldura de Wafer: Suporta o anel de wafer, que contém o wafer de silício montado em um filme. O wafer é cortado em dies individuais.

2.  Mesa de Wafer e Sistema de Visão: Uma câmera de alta resolução e um palco mecânico altamente preciso que move o wafer para alinhar um die específico sob o...

3.  Agulha Ejetora: Empurra suavemente o die selecionado para cima do filme de wafer esticado.

4.  Cabeça Pick-and-Place (Collet): Uma ferramenta acionada a vácuo (frequentemente chamada de collet) que pega o die ejetado. Pode ser feita de materiais como cerâmica para evitar contaminação e pode incluir um aquecedor para ligação por termocompressão.

5.  Sistema de Reconhecimento de Padrão (PRS): Um sistema de câmera poderoso e de alta ampliação que identifica a posição exata do die no wafer e a localização alvo no substrato. Isso garante uma precisão de posicionamento em nível de mícron.

6.  Dispensador (para Adesivo/Epóxi): Um sistema de seringa ou jato que deposita com precisão uma pequena quantidade controlada de epóxi ou adesivo no substrato antes que o die seja colocado. Observação: Alguns processos usam um adesivo pré-aplicado no die.

7.  Atuador de Força de Ligação: Controla com precisão a quantidade de força aplicada pelo collet durante a colocação do die no substrato. Isso é fundamental para uma ligação forte e confiável, sem rachar o die.

8.  Sistema de Manuseio de Substrato: Uma esteira ou palco que posiciona com precisão a PCB ou lead frame alvo para fixação do die.

Uso e Fluxo do Processo 

A operação típica de uma die bonder segue estas etapas:

1.  Carregamento do Wafer: O anel do wafer é carregado na máquina.

2.  Aquisição do Die: O sistema de visão localiza um die bom específico. A agulha ejetora o empurra para cima, e o collet o pega com vácuo.

3.  Dispensação de Adesivo: O dispensador aplica um pequeno ponto ou padrão de epóxi no local preciso no substrato.

4.  Viragem e Inspeção: O collet pode virar o die para a orientação correta. O próprio die é frequentemente inspecionado em busca de defeitos.

5.  Colocação e Ligação:O sistema de visão alinha a almofada alvo do substrato. O collet então coloca o die no adesivo com uma força controlada. Para alguns processos, o collet é aquecido para curar o adesivo instantaneamente (ligação por termocompressão).

6.  Cura: A placa então normalmente se move para um forno offline para curar totalmente o epóxi e completar a ligação, a menos que a ligação tenha sido feita com um processo de termocompressão.

Vantagens Principais

² Precisão Extrema: Capaz de precisões de posicionamento de ±10-25 mícrons (µm) ou até mais finas, o que é essencial para manusear dies minúsculos com alta contagem de E/S.

² Alta Produtividade: Sistemas automatizados podem colocar milhares de dies por hora (DPH).

² Miniaturização:Permite a criação de pacotes eletrônicos extremamente pequenos e densos (por exemplo, SiP, sensores vestíveis) que não são possíveis com componentes pré-embalados.

² Desempenho Aprimorado:Ao eliminar o pacote IC tradicional, o desempenho elétrico é aprimorado devido a caminhos de interconexão mais curtos, reduzindo a indutância e a capacitância.

² Flexibilidade: Pode ser programado para lidar com uma ampla variedade de tamanhos de die e tipos de substrato.

² Alta Confiabilidade: Cria uma forte ligação mecânica e um excelente caminho térmico entre o die e o substrato, o que é crucial para a dissipação de calor e a longevidade do produto.

Aplicações Primárias

As die bonders são fundamentais na fabricação de uma vasta gama de produtos eletrônicos avançados:

1.  Fabricação de LED: A aplicação mais comum relacionada a SMT. As die bonders são usadas para colocar os minúsculos chips semicondutores de LED (por exemplo, para displays micro-LED) diretamente em placas ou substratos.

2.  Chip-on-Board (CoB): Fixar um die nu diretamente a uma PCB e, em seguida, conectá-lo com ligação por fio antes de ser protegido por uma bolha de epóxi. Comum em módulos de memória, calculadoras e tags RFID.

3.  System-in-Package (SiP) e Módulos Multi-Chip (MCM): Empilhamento ou colocação de vários dies diferentes (por exemplo, um processador, memória e sensor) em um único pacote integrado.

4.  Dispositivos RF e Micro-ondas: Para aplicações de alta frequência em telecomunicações, onde o desempenho é fundamental.

5.  Eletrônica de Potência: Fixação de grandes dies de semicondutores de potência (por exemplo, IGBTs, MOSFETs) a substratos com alta condutividade térmica para excelente dissipação de calor em inversores e controles de motor.

6.  Dispositivos Médicos: Usados em implantes miniaturizados, dispositivos lab-on-a-chip e sensores avançados.

7.  Eletrônica Automotiva: Para módulos de controle, sensores e sistemas de radar robustos e compactos.

8.  Embalagem de Semicondutores:O caso de uso tradicional, onde os dies são fixados em lead frames antes de serem ligados por fio e encapsulados em um pacote IC padrão (por exemplo, QFN, BGA).

A Die Bonder SMT é uma tecnologia fundamental para a miniaturização e integração eletrônica avançada, permitindo a fixação direta de dies de semicondutores nus a substratos com precisão e confiabilidade incomparáveis.