WYX-250型无氧化烘箱的研究

赵付超，王花，杜民栋，崔小改

(中国电子科技集团公司第二研究所，山西太原 030024)

在集成电路封装工艺中，需要对装片后的导电胶进行加热固化。无氧化烘箱是集成电路封装生产线中的关键设备之一，主要用于装片后导电胶的固化。在集成电路封装行业装片后导电胶的固化过程中，由于导电胶的特有性质以及集成电路的特殊要求，必须保证固化过程中烘箱腔体内环境气氛要具备较高的温度均匀性和气体的洁净度以及非常低的含氧量等，这就要求用于固化的无氧化烘箱不仅要比传统洁净烘箱的温度均匀性和洁净度高，而且要具有控制含氧量的功能。下面对无氧化烘箱的工作原理、主要组成、箱体结构、加热系统、风道系统、过滤系统进行详细介绍。

1 工作原理及技术指标

该设备在工作过程中，采用无尘化电加热器进行加热，多通道通入氮气，设置有含氧量分析仪，使设备腔体内为无氧环境。利用叶轮使氮气进行水平循环强制对流，提高加热效率，同时达到箱体内温度迅速均匀分布的目的。设备腔体两侧安装有高压静电过滤器，防止内部导电胶挥发物积聚导致二次污染，保证工作腔的洁净度。箱体门框设有内外密封条，整个箱体在钢板之间都装有保温棉，防止热量散失。当工作完成后采用水冷方式和强制风冷两种方式进行冷却，大大缩短了冷却时间。

技术指标：

(1)工作室有效容积：600mm×600mm×900mm(D深×W宽×H高)；

(2)加热温度范围：室温～250℃；

(3)温度均匀性：±2.5℃(175℃时)；

(4)料架：2～3 层(可选)；

(5)过滤器类型：高压静电过滤器

(6)含氧量：≤2%；

(7)升温时间：从常温升高到200℃≤40 min；

(8)冷却方式：水冷+风冷

2 设备主要组成

该设备主要由箱体、加热系统、风道系统、氮气系统、冷却系统、过滤系统、氧量控制系统、控制系统等组成。其结构图如图1所示。

图1 无氧化烘箱结构图

2.1 箱体结构

无氧化烘箱设备的主体部分是箱体，该部分是保证设备含氧量、洁净度的关键之一。该设备采用整体式结构，箱体内壁全部选用SUS304镜面不锈钢，接缝处全部采用满焊连接；炉门为单开式，炉门的密封采用双层耐高温硅橡胶密封条，保证了内腔的气密型，可有效保证腔体内环境气体的低含氧量。在生产过程中也不会产生灰沉等污染物，保证了腔体内环境气体的洁净度。门锁采用电控方式，密封性好，且防止误开。

2.2 加热系统

一般来说，加热器在使用过程中都具有一定的延时性，即温控仪预控制的温度往往在发出指令后一段时间才能达到。因此电加热器的性能是保证设备加热温度均匀性的关键部件。本设备采用无尘化电加热器进行加热，电阻丝选用陶瓷纤维材料，保证了长时间使用不会产生灰尘导致二次污染。加热组件裸露在外，直接与腔体内环境气氛接触，加热效率高，易于控制，且使用寿命长，安装、维修方便。

其结构简图如图2所示。

图2 加热器结构简图

2.3 风道系统

风道系统动力装置采用可调速耐高温风机系统,不锈钢多翼式离心风轮,使氮气在工作室内为从右向左水平循环方式。风道内壁设计有可调节的风道，使风量分布均匀性达到最佳效果。其结构简图如图3所示。

图3 风道系统结构简图

一般来说，当气体流动速率越大时进入腔体的气体量越多，这样造成流进烘箱腔体底部的气体较多，因此往往会使腔体下部的温度略高于上部温度。该设备在箱体右侧设计有特殊的气流挡板，气流挡板与箱体竖直方向呈一定的角度，且角度可调，这样就会使流入下部的气体总量偏少，有助于保证腔体内的温度均匀性。其结构简图如图4所示。

图4 风道结构示意图

2.4 过滤系统

在集成电路封装生产工艺中，无氧化烘箱主要是对装片后导电胶的加热固化。在加热过程中导电胶中的有机成分快速挥发，很容易形成微小的絮状聚集物，造成对腔体环境的二次污染，以及粘附在设备风道壁上，难于清理。该设备设计有高压静电过滤器，使用高压静电发生器,可使过滤器带有6 000 V高压静电。在设备正常运行过程中，腔体内气体循环通过过滤器，导电胶挥发物或其它微尘则被吸附在过滤器上，大大提高了腔体环境的洁净度。其结构简图如图5所示。

2.5 氮气系统

无氧化烘箱的关键性能指标之一就是含氧量的高低，在集成电路封装生产工艺过程中，对导电胶的加热固化一般要求含氧量低于2%。该设备采用两路氮气进行充氮，且每路氮气的气流速率可调。在设备刚开始运行时，两路氮气全部自动打开，当含氧量低于2%后，则自动关闭1路。这样既加快了冲氮速率，提高了工作效率，又节约了氮气使用量。

图5 高压静电过滤器结构简图

3 结束语

WYX-250型无氧化烘箱设备工艺简便，易于维修操作、且设备本身有集尘作用；由于箱体采用整体式结构，腔体接缝处进行满焊，以及裸露的无尘化电加热器、特殊的气流挡板、高压静电过滤器的使用，保证了烘箱腔体内环境气氛的洁净度、温度均匀性和含氧量等关键技术指标。

[1] 机械设计手册编委会.机械设计手册[M].北京，机械工业出版社，2004.

[2] 姜小赤.关于对RXH型热风循环烘箱结构改进的探讨[J].医药工程设计，1998(6)；4-5.

[3] 中国电子科技集团公司第二研究所.电加热装置[P].中国专利：ZL2010201379493，2010-08-12.