半導體封裝烤箱結構及故障處理

殷建峰

摘 要： 半導體封裝烤箱使用量大，結構日益復雜化，性能要求逐漸提高，在封裝制程前后段均有較大量的使用，在智能化及自動化的進程中成為重要的設備之一。為熟悉設備，達到使用方便，維護容易，撰寫技術文章推廣普及交流學習。

（1）腔體

常用烤箱結構分上下兩層，一層一個腔體，總體由外殼和內腔及爐門組成。外殼和內腔填充保溫材料使得內部高溫不傳導到烤箱外表面，達到良好隔熱效果。填充物有硅酸鋁纖維和工業棉花，不含石棉為佳。電器控制元件安裝于烤箱右側，以活動門的形式覆蓋，便于安裝維護，烤箱內腔由鏡面鍍鉻板加工而成，對熱的反射效果好，利于對腔體物體加熱。腔體中用網孔隔板隔開，可以增加烘烤產品數量，我司前段主要烘烤提籃中的彈夾產品和基板，以2、3層為主 。爐門以立體架空結構設計，目的同樣是隔熱，門密封條有單密封和雙密封的不同設計形式，雙密封更加可靠，原因是由于爐門比較厚重，鉸鏈位置有移位時會導致單密封失效而熱氣外泄。爐門配有門扣，電磁門吸組成，配有關門信號開關，分機械式和非接觸式感應開關，機械式有磨損，價格低，非接觸式價格高但可靠。

（2）加熱器和水冷降溫

電加熱管安裝于每個腔體的底部，和腔體用平板隔開，避免加熱管直接高溫輻射產品使產品損壞。我司烤箱加熱管為U形加熱管，數量6個，以并聯兩組星形連接安裝，每根功率1.5kW，連接電源為三相380V。加上控制電路及鼓風電機用電，單腔體達到10kW. 水冷降溫通過進水熱交換后出水實現，應具有水流量報警功能，水冷管的散熱片設計對降溫的效率提高很多。

電加熱管的組成：

1.護套管；有金屬和非金屬材質，它具有耐高溫，耐腐蝕，可承壓特性，可以通過直接接觸被加熱體或通過介質間接傳熱。

2.發熱體；采用合金電熱絲，有耐高溫的鐵鉻鋁電熱絲和抗震動的鎳鉻電熱絲。

3.導熱材料；絕緣和導熱性優良的氧化鎂粉，隔絕發熱體接觸空氣，并限制其位移；隔絕發熱體接觸護套管，管體表面不帶電。

4.絕緣封口材料；有效阻止電熱絲和氧化鎂粉吸收水分受潮，保證電加熱管優良的電氣絕緣性能；因為過多水分的吸收，電加熱管通電使用時，水分受熱蒸發成氣體，氣體積聚膨脹，容易導致發生爆管現象。

（3）烤箱電氣控制

烤箱電氣控制主要圍繞可程式溫度控制儀表UP55A組成。有外部面板控制按鈕，顯示監控部件和內部功率驅動組件及多個中間繼電器組成。不間斷電源為意外斷電提供門吸電源。

鼓風電機為熱空氣循環提供了動力。鼓風電機采用變頻器控制，軟啟動有利于避免電流沖擊，使設備可靠性提高。UP55A為日本知名品牌橫河產品，使用易于讀取的14段大彩色液晶顯示屏配以導航鍵，從而極大地提升了監視和操作性能。標配以太網開放網絡功能，使用定制軟件可以對儀表及設備進行遠程控制，達到自動下載程序參數并執行啟動功能。

固態繼電器是烤箱啟動的關鍵器件，是具有繼電特性的無觸點式電子開關，控制方便，開合電流大，可靠性高等特點，超過10A受控電流時需加裝散熱器，由于對負載啟動電流敏感，需最少預留2倍余量。過熱保護器對加熱棒失控加溫提供過熱保護。

（4）電路圖

參考原廠電路圖，標注明細，便于維護。兩組CB700分別提供超溫和低溫保護。CB500結合SP-4對6路溫度探頭進行溫度顯示，僅作溫度顯示用不出報警。主電源通過固態繼電器和主接觸器為電熱絲提供加熱電源，主電源通過變壓器得到220V電源為變頻器和開關電源提供電能，也為UPS提供充電電源，同時為控制電路提供溫控器、中間繼電器、接觸器、面板指示燈、報警蜂鳴器和小風扇提供電源。開關電源輸出24V為燈塔、氮氣壓力表、水流量傳感器提供電能。目前警示燈為紅黃綠三色，如增加藍色表示系統完成將更加利于效率提升。（面板小燈顯示不明顯）

中間繼電器實現了安全的控制信號和受控部件的隔離，有24V和220V線圈區分不同型號，常見8腳、14腳觸點，腳位均有數字標記。變頻器為鼓風電機提供了驅動電源，變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動單元、驅動單元、檢測單元微處理單元等組成。變頻器靠內部IGBT的開斷來調整輸出電源的電壓和頻率，根據電機的實際需要來提供其所需要的電源電壓，進而達到節能、調速的目的。烤箱使用其軟啟動，逐步提高轉速來降低電機啟動電流。

（5）維修案例

1：烤箱無電源

檢查設備保險絲未燒壞，控制開關正常，無線路開路，檢查電源進線發現空氣開關有燒毀痕跡，更換后設備正常。

2：設備跳電

保險絲座在接線端子接觸不良的情況下導致發熱，最終因長時間老化燒毀，線路開路，開路瞬間引起火花。并導致固態繼電器燒壞短路，在斷電狀態下，固態繼電器輸出端點可用萬用表測得短路。

3：報警動作異常

參考電路圖紙，在故障相關的繼電器位置附近查找，用同型號的繼電器進行更換，故障排除。（非得電狀態下繼電器閉合了）

（6）擴展功能和更新要求

1：網絡下載程序Auto Recipe功能。要求溫控儀表能夠具備聯網功能，并通過設置IP地址來實現工控機讀寫數據。

2：安裝電流表便于觀察設備運行時的加熱狀態，利于設備維護。

3：加裝含氧量的監控儀表利于產品品質的提升。

4：水流量的實時數據顯示可以方便診斷水管流水是否暢通。

5：氮氣流量報警方便及時監控到保護氣體是否正常。

6：鼓風電機轉速監控可有效防范烘烤異常。

7： 排風監測成為烤箱的必需，產品烘烤揮發物的易清潔有待設備研發時考慮，嚴格的腔體均溫性有利于產品品質提升。■