半导体封装烤箱结构及故障处理

殷建峰

摘 要： 半导体封装烤箱使用量大，结构日益复杂化，性能要求逐渐提高，在封装制程前后段均有较大量的使用，在智能化及自动化的进程中成为重要的设备之一。为熟悉设备，达到使用方便，维护容易，撰写技术文章推广普及交流学习。

（1）腔体

常用烤箱结构分上下两层，一层一个腔体，总体由外壳和内腔及炉门组成。外壳和内腔填充保温材料使得内部高温不传导到烤箱外表面，达到良好隔热效果。填充物有硅酸铝纤维和工业棉花，不含石棉为佳。电器控制元件安裝于烤箱右侧，以活动门的形式覆盖，便于安装维护，烤箱内腔由镜面镀铬板加工而成，对热的反射效果好，利于对腔体物体加热。腔体中用网孔隔板隔开，可以增加烘烤产品数量，我司前段主要烘烤提篮中的弹夹产品和基板，以2、3层为主 。炉门以立体架空结构设计，目的同样是隔热，门密封条有单密封和双密封的不同设计形式，双密封更加可靠，原因是由于炉门比较厚重，铰链位置有移位时会导致单密封失效而热气外泄。炉门配有门扣，电磁门吸组成，配有关门信号开关，分机械式和非接触式感应开关，机械式有磨损，价格低，非接触式价格高但可靠。

（2）加热器和水冷降温

电加热管安装于每个腔体的底部，和腔体用平板隔开，避免加热管直接高温辐射产品使产品损坏。我司烤箱加热管为U形加热管，数量6个，以并联两组星形连接安装，每根功率1.5kW，连接电源为三相380V。加上控制电路及鼓风电机用电，单腔体达到10kW. 水冷降温通过进水热交换后出水实现，应具有水流量报警功能，水冷管的散热片设计对降温的效率提高很多。

电加热管的组成：

1.护套管；有金属和非金属材质，它具有耐高温，耐腐蚀，可承压特性，可以通过直接接触被加热体或通过介质间接传热。

2.发热体；采用合金电热丝，有耐高温的铁铬铝电热丝和抗震动的镍铬电热丝。

3.导热材料；绝缘和导热性优良的氧化镁粉，隔绝发热体接触空气，并限制其位移；隔绝发热体接触护套管，管体表面不带电。

4.绝缘封口材料；有效阻止电热丝和氧化镁粉吸收水分受潮，保证电加热管优良的电气绝缘性能；因为过多水分的吸收，电加热管通电使用时，水分受热蒸发成气体，气体积聚膨胀，容易导致发生爆管现象。

（3）烤箱电气控制

烤箱电气控制主要围绕可程式温度控制仪表UP55A组成。有外部面板控制按钮，显示监控部件和内部功率驱动组件及多个中间继电器组成。不间断电源为意外断电提供门吸电源。

鼓风电机为热空气循环提供了动力。鼓风电机采用变频器控制，软启动有利于避免电流冲击，使设备可靠性提高。UP55A为日本知名品牌横河产品，使用易于读取的14段大彩色液晶显示屏配以导航键，从而极大地提升了监视和操作性能。标配以太网开放网络功能，使用定制软件可以对仪表及设备进行远程控制，达到自动下载程序参数并执行启动功能。

固态继电器是烤箱启动的关键器件，是具有继电特性的无触点式电子开关，控制方便，开合电流大，可靠性高等特点，超过10A受控电流时需加装散热器，由于对负载启动电流敏感，需最少预留2倍余量。过热保护器对加热棒失控加温提供过热保护。

（4）电路图

参考原厂电路图，标注明细，便于维护。两组CB700分别提供超温和低温保护。CB500结合SP-4对6路温度探头进行温度显示，仅作温度显示用不出报警。主电源通过固态继电器和主接触器为电热丝提供加热电源，主电源通过变压器得到220V电源为变频器和开关电源提供电能，也为UPS提供充电电源，同时为控制电路提供温控器、中间继电器、接触器、面板指示灯、报警蜂鸣器和小风扇提供电源。开关电源输出24V为灯塔、氮气压力表、水流量传感器提供电能。目前警示灯为红黄绿三色，如增加蓝色表示系统完成将更加利于效率提升。（面板小灯显示不明显）

中间继电器实现了安全的控制信号和受控部件的隔离，有24V和220V线圈区分不同型号，常见8脚、14脚触点，脚位均有数字标记。变频器为鼓风电机提供了驱动电源，变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的。烤箱使用其软启动，逐步提高转速来降低电机启动电流。

（5）维修案例

1：烤箱无电源

检查设备保险丝未烧坏，控制开关正常，无线路开路，检查电源进线发现空气开关有烧毁痕迹，更换后设备正常。

2：设备跳电

保险丝座在接线端子接触不良的情况下导致发热，最终因长时间老化烧毁，线路开路，开路瞬间引起火花。并导致固态继电器烧坏短路，在断电状态下，固态继电器输出端点可用万用表测得短路。

3：报警动作异常

参考电路图纸，在故障相关的继电器位置附近查找，用同型号的继电器进行更换，故障排除。（非得电状态下继电器闭合了）

（6）扩展功能和更新要求

1：网络下载程序Auto Recipe功能。要求温控仪表能够具备联网功能，并通过设置IP地址来实现工控机读写数据。

2：安装电流表便于观察设备运行时的加热状态，利于设备维护。

3：加装含氧量的监控仪表利于产品品质的提升。

4：水流量的实时数据显示可以方便诊断水管流水是否畅通。

5：氮气流量报警方便及时监控到保护气体是否正常。

6：鼓风电机转速监控可有效防范烘烤异常。

7： 排风监测成为烤箱的必需，产品烘烤挥发物的易清洁有待设备研发时考虑，严格的腔体均温性有利于产品品质提升。■