中国报告大厅网讯，随着微电子封装技术持续进步，电子元器件朝着小型化发展，对工作效率要求也日益提高。这使得提升贴片机行业的精确性与贴片效率成为行业迫切需求。全自动共晶贴片机作为完成载体芯片共晶贴片的核心设备，在半导体激光器生产等领域发挥着关键作用，其能够在短时间内升温融化基板上的金锡焊料，并通过机械手将芯片共晶在基板上，精度要求达到 ±10 μm。在整个工艺流程中，共晶台的性能对产品生产效率及良品率有着直接影响。以下是2025年贴片机行业技术分析。

  一、贴片机整机结构优化对共晶工艺的影响

  《2025-2030年中国贴片机市场专题研究及市场前景预测评估报告》指出，在CoC共晶贴片过程中，主要目标是实现芯片在基板上的精准贴装。由于此前在 TO 型光通 LD 芯片共晶领域积累了较强的设备研制基础，此次 CoC 共晶贴片设备的主体结构沿用了之前设备的结构框架，并依据客户现场的实际产品和夹具进行了客制化调整，以更好地契合实际生产需求。

  该设备运用多相机视觉定位原理来完成芯片在基板上的贴装任务。校准台上方的俯视相机以及共晶焊台上方的俯视相机负责拾取图像，通过多视场维度耦合解耦算法，实现芯片在基板上贴装角度的补偿和精度补偿功能。设备主要由定位相机机构、主轴搬送机构、左右蓝膜机构、左右顶针机构、左右校准台机构、下料机构和共晶台机构构成。定位相机部件设置在主轴机构上，具体分为三个部分：左右蓝膜上方的相机用于物料识别定位，左右校准台上方的相机负责物料校准定位，共晶台上方的相机则承担焊接基板的校准定位工作。主轴搬送机构又分为基板传送和芯片传送两部分，这两部分以共晶台为中心呈对称分布，每部分均由两个机械爪组成，即拾取机械爪和共晶焊接爪。机械爪的 X 方向由直线电机驱动，Z 方向由伺服电机驱动。拾取机械爪的 Y 方向通过滑台进行调整，共晶焊接爪的 Y 方向由直线电机驱动。机械爪的运动依靠滚柱导轨来支承。蓝膜机构与顶针机构相互协作，完成物料的脱膜操作，校准台则负责物料的校准定位。

  设备的共晶台设置于芯片基板传送的中间位置，这种布局能够使芯片和基板同时进行上料操作，有效节省了设备节拍。在共晶流程结束后，下料机构会单独执行下料任务。初代设备的共晶台由于自身结构存在一定局限性，实际单品效率大约在 30 s / 颗，效率较低，并且大量时间都浪费在加热板的升温和降温过程中。加热板作为热源，当加热板热量散失越少时，升温速度就越快。所以，为了降低导热速率，提高升温速率，可以采取减小支撑件导热横截面积、增加导热距离的措施。

  二、贴片机共晶台关键结构设计解析

  (一)X/Y 平台对贴片机精度与速度的保障

  在设备物料的拾取键合过程中，焊接机械爪将物料放置在共晶台后，需要进行视觉校准。X/Y 方向的校准精度直接决定了产品的最终精度，考虑到视觉定位通常存在 ±1 μm 左右的误差，因此校准速度越快越好。基于此，共晶台的 X/Y 方向选用直线电机进行驱动。同时，结合设备蓝膜的高度以及机械爪 Z 向的行程，将共晶台的整体结构划分为上下两部分，采用 X/Y 正交叠加的运动结构形式。下部为 X 直线电机驱动模组，上部为 Y 向直线电机驱动模组。为了减少普通导轨因摩擦力不均匀而产生的扰动，X/Y 轴直线运动平台均采用滚柱导轨进行支承。X/Y 向移动机构性能指标在运动行程、运动负载、重复定位精度、光栅尺分辨率、工作速度等方面有着明确要求，具体如下表所示：

  (二)双工位共晶台提升贴片机效率的设计思路

  共晶台陶瓷加热片数量的确定需要充分满足设备效率的需求。以基板侧物料的拾取共晶过程为例，左蓝膜和左顶针机构相互配合，协同基板机械爪实现基板从蓝膜上的拾取操作，随后拾取机械爪将物料放置在校准台上。共晶机械爪再将校准台上的物料拾取并放置在共晶台上，进行校准后等待加热板升温。当加热板升温到指定温度后，芯片共晶机械爪将芯片共晶在基板上。共晶结束后，加热板降温到指定温度，下料机构将共晶完成的产品放置在鱼骨架或者蓝膜上。整个产品的共晶过程涵盖物料搬运、共晶台升温共晶、降温冷却以及下料等环节。为了有效提升设备的整体效率，设计采用了双共晶台结构。

  共晶台组件通过连接板与 X/Y 向移动机构中的共晶台连接板进行固定。陶瓷加热板借助压板固定在支撑件上。双工位共晶台依靠两块陶瓷加热板来实现共晶功能。陶瓷加热板采用电阻丝加热方式，功率为 1500 W，分别通过两路欧陆温控仪来控制加热板升温。加热板上设置有直径为 0.6 mm、0.8 mm 和 1.2 mm 的小孔，以适配不同尺寸的物料。支撑件与加热板直接接触，支撑件上设有一个负压孔和两个冷却吹气孔。结合设备共晶台结构以及傅里叶定律，设计了两种支撑件，旨在增加传热距离，减小导热面积。负压孔与陶瓷加热板上的孔相对应，用于吸附正在共晶的物料。当需要降温时，两个冷却孔通入冷风，能够快速降低加热板的温度。在设备的共晶过程中，陶瓷加热板从底温升至工艺曲线的最高温度，以及从最高温度降至最低温度的这两个阶段，对设备效率有着重要影响。由于升温与降温过程都会影响效率，且支撑件一与加热板接触面积小，冷却风可直接吹向加热板;支撑件二与加热板接触面积大，与加热板形成冷却腔体，所以需要对这两种支撑件实际的效率表现进行深入分析。因为陶瓷加热板与支撑件直接接触，当加热板升温时，热量首先会传导到支撑件上，所以支撑件结构的合理性直接关系到加热板的加热速率。

  三、贴片机共晶台支撑件传热特性研究

  对上述设计的两种支撑件进行热分析，主要研究在陶瓷加热板作用下，陶瓷加热板、支撑件和隔热板在稳态时的温度状态。在陶瓷加热板升温共晶过程中，会有一部分能量通过支撑件传递到隔热板上。除了加热板自身功率大小外，加热板传递热量的多少直接决定了其升温的快慢程度。通过支撑件传递的能量越少，加热板升温相对就越快，反之亦然。大部分共晶所使用的基板采用金锡焊料，其熔点为 280 ℃。因此，模拟在加热板升温到 280 ℃并达到稳态的情况下，支撑件和隔热板的温度情况。

  利用相关软件对加热板、支撑件和隔热板进行建模，两种支撑件的尺寸均为长 31.9 mm、宽 24.9 mm、高 25 mm。支撑件嵌入在隔热板中，并对模型进行默认的单元划分。由于陶瓷加热板、支撑件和隔热板均通过热传导进行导热，一般室内自然对流传热系数为 18 20 W/m2・K，气体的强制对流传热系数为 20 100 W/m2⋅K。环境温度设定为 20 ℃，加热板材料选用陶瓷，支撑件材料选择氧化锆陶瓷，隔热板材料采用铝。忽略陶瓷加热板压板对结果的影响，分析结果如下所示：

  (a)支撑件一 (b)支撑件二

  图 5 支撑件稳态结果(单位：℃)

  从图中可以看出，陶瓷加热板的最高温度均为 280 ℃，图(a)中隔热板的温度为 49.5 ℃，图(b)中为 55.8 ℃。图(a)中陶瓷加热板最高温度 280 ℃的单元占据了 20 个单元，图(b)中的占据了 10 个单元。通过对比分析可知，支撑件一的陶瓷加热板散失的热量更少，从理论上来说，其升温速率应该更快。在降温方面，加热板主要受冷却风与支撑件达到稳态时的温度影响。观察仿真结果可以发现，支撑件一达到稳态时的温度相对较低。

  四、贴片机共晶台性能试验验证

  (一)升温性能试验

  将两种支撑件分别安装在隔热板上，然后依次安装压板增高块和压板。针对由这两种支撑件组成的共晶台，测试从底温升温到共晶温度所需的时间。考虑到共晶工艺曲线存在差异，特意选取 4 种常见的底温与共晶温度组合进行试验。为了排除误差，每次记录的结果均为 3 次试验测得时间的平均值，具体试验结果如下表所示：

  由试验结果可知，支撑件一的共晶台在不同工艺曲线下的升温速度均比支撑件二的共晶台更快;并且工艺曲线温度跨度越大，升温所需时间越长。在升温过程中，陶瓷加热板将热量传递给支撑件和隔热板，传递的热量越少，升温速度就越快，这与之前的传热分析结果相吻合。

  (二)降温性能试验

  测试共晶台从共晶温度降温到底温所需的时间。在达到共晶温度后，先维持 5 s，随后切断加热，立即开启冷却风，并通过流量表控制流量保持相同，利用欧陆温控仪自带的温度检测软件记录降低到底温的时间，试验结果如下表所示：

  从试验数据可以看出，支撑件一的共晶台在不同工艺曲线下的降温速度比支撑件二的共晶台快 2 - 3 s。这表明支撑件一的共晶台降温速率更快，其结构的冷却效果更好。结合升温试验结果，在一次共晶过程中，使用支撑件一的共晶台能够提高单品时间3 - 4s。

  总结

  通过对适用于CoC共晶贴片设备的共晶台进行深入研究，在充分分析设备整体结构的基础上，精心设计了 X/Y 移动平台，并根据设备效率要求构建了双工位共晶台结构。重点针对共晶台的支撑件开展热分析工作，并通过试验清晰地得出使用不同支撑件的共晶台在升温和降温时间上的显著差异。安装支撑件一的共晶台能够更为迅速地升温到共晶温度，这与理论热分析结果高度一致。合理的支撑件结构能够显著提升设备效率，使得设备效率提升至原先设备的一倍，为后续进一步提升效率提供了极具价值的参考依据。在 2025年贴片机行业技术发展进程中，这种对共晶台结构的优化设计，为提高贴片机在共晶贴片工艺中的性能表现提供了有力支撑，有助于推动电子制造行业朝着更高效率、更高质量的方向发展。