带有EA活化氢技术的原型SMT回流炉是一个直线开放式隧道炉(图1),可处理直径最大为300mm的晶圆。该SMT炉具有八个温度区,包括五个独立控制的加热区、一个水冷式入口区和两个水冷式出口区。其中的五个加热区又包括两个预热区、两个EA区和一个回流区。回流炉的加热温度最高可达400℃,由炉膛内的上下电加热板控制。水冷区被用来控制入口和出口处的温度,由炉子的外接水系统控制。回流所用气体均由加热板上的小孔进入炉中,炉内氧气浓度通常低于5ppm。
待回流的晶圆通过炉内的滚轴输送系统被连续地从炉子的入口端输送到出口端(图2),其输送速度可达1片/分钟,即60片/小时的标准生产速度。为保证晶圆在处理过程中处于电绝缘状态,特采用陶瓷材料制成滚轴,且将晶圆与下部电加热板隔离。这使得晶圆加热形式为非接触型加热与强制热对流型加热。晶圆表面温差可维持在±2℃以内,以确保整片晶圆回流时温度的均匀性。这一独特的滚轴输送系统还保证了晶圆的传送平稳,直线运动,且无滑动及空转。此外,滚轴输送的另一大特点是晶圆可以匀速跨越各个温区,使回流时的温度曲线平缓,无阶梯式跳跃,因而有利于防止熔融焊料的飞溅成珠,且降低了焊料中气孔生成的趋向。
图3所示是回流炉中的一个EA区的状态。一个含有大量针头的电子发射装置被安装于EA区上部的加热板上。不可燃性氮氢混合气(氢浓度<4%体积)充满整个区域空间。待回流的晶圆在滚轴上由预热区逐步进入且穿过EA区。晶圆表面被均匀暴露于EA活化氢的气氛之中,从而达到去除焊料氧化物的目的。在完成了表面清理之后,晶圆开始经历回流和冷却过程。
具有EA活化氢技术的原型回流炉完全由电脑控制。专有的软件程序可存储对应于不同焊料的回流温度曲线,监测各个加热区的温度,并显示EA及其他各项工艺状况。如工艺中出现任何故障,设备将会自行对应,且对操作人员发出警示。此外,远程用户还可在电脑上进行操控,并发送指令至设备端进行执行。
目前,这台具生产规模的原型回流炉已积累了超过800小时的安全运行记录。在测试中,炉子的各项工艺参数均按生产状况设定,且运行时间为8小时/天,5天/星期。日常的启动和关闭回流炉使整体设备及控制系统都经历比常规生产时更加严峻的考验。其测试结果显示具有EA活化氢技术的原型回流炉可安全可靠地运行,进行SMT贴片加工生产规模级的无助焊剂晶圆凸点回流焊。