先進(jìn)封裝技術(shù)符合高端芯片向更小尺寸、更高性能、更低功耗方向演進(jìn)的趨勢。后摩爾定律時代，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展重心從進(jìn)一步提高晶圓制造技術(shù)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)向封裝技術(shù)創(chuàng)新，先進(jìn)封裝成對抗摩爾定律放緩的物理極限規(guī)律。而先進(jìn)封裝最關(guān)鍵的核心部套之一在于焊頭模組。為此，本項(xiàng)目設(shè)計了一款應(yīng)用于熱壓鍵合設(shè)備的焊頭模組，并配備高精度運(yùn)動控制和溫度均衡功能。

  本項(xiàng)目擬設(shè)計一款應(yīng)用于熱壓鍵合設(shè)備的焊頭模組。項(xiàng)目共分為四個子任務(wù)：

  焊頭模組結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，需要焊頭模組有高運(yùn)動精度、高可靠性，能夠保證一定的重復(fù)定位精度與兩平臺共面度。

  焊頭模組控制方法設(shè)計方面，需要精確控制焊接模組位置以滿足Z軸定位的精確度與穩(wěn)定性，同時需要控制焊接模組傾角以補(bǔ)償被焊元件與焊頭的共面度誤差。

  加熱冷卻模塊與熱誤差均衡方面，需要在高溫度均勻性下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)高溫可控的快速加熱與冷卻，均衡焊頭及工件自身熱變形與焊料相變帶來的熱誤差。

  焊頭模組關(guān)鍵部件設(shè)計部分，需要在有限設(shè)計空間內(nèi)通過對氣浮軸承的結(jié)構(gòu)優(yōu)化提升其承載力與剛度，同時需要引入保護(hù)氣體導(dǎo)排結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)無助焊劑熱壓鍵合。

  本項(xiàng)目設(shè)計與開發(fā)了一套多自由度焊頭模組，能夠利用高精度運(yùn)動控制系統(tǒng)達(dá)到一定的重復(fù)定位精度和XY軸共面度要求。同時，在整套裝置中引入加熱冷卻模塊，提出了兼顧升溫響應(yīng)與散熱效率的熱控方案。此外，通過對于保護(hù)氣體導(dǎo)排結(jié)構(gòu)與氣浮軸承的設(shè)計開發(fā)，提出了高效導(dǎo)氣路徑方案以及仿生均壓槽結(jié)構(gòu)的氣浮軸承設(shè)計，實(shí)現(xiàn)焊頭局部氣體環(huán)境的調(diào)控與高性能非接觸支撐。目前，本項(xiàng)目有兩項(xiàng)發(fā)明專利，分別是《一種用于芯片鍵合的氣體靜壓軸承及鍵合組件》（專利申請已受理）與《集成于芯片鍵合焊頭模組中的加熱冷卻裝置》（已提交發(fā)明專利申報材料）。