材料处理设备及其操作方法与流程

1.本发明涉及一种处理设备及制造方法，尤其涉及一种材料处理设备及制造方法。


背景技术：

2.一般而言，在电子产品的制造过程中，欲处理材料中通常会产生许多气泡，这些气泡将会造成电子产品的可靠度与良率下降的问题，而在现有的技术中，常先利用负压(抽真空)的方式来达到除气泡的目的。然而，使用上述方式容易产生材料温度均匀性不佳，而使测量到的温度与材料实际的整体温度之间具有误差，以至于无法精准的切换相关参数，产生控制失准的问题。


技术实现要素：

3.本发明是针对一种材料处理设备及其操作方法，其可以提升电子产品的可靠度与良率。
4.根据本发明的实施例，一种材料处理设备，包括处理腔室、外部压力源、真空产生器、温度调节器以及控制器。处理腔室具有内部空间。外部压力源连接于处理腔室，用以对内部空间进行正压动作。真空产生器连接于处理腔室，用以对内部空间进行负压动作。温度调节器设置于处理腔室内，用以调节内部空间中的温度。控制器用以控制外部压力源，使处理腔室内的压力由常压上升至第一预定压力，且用以控制真空产生器在上升至第一预定压力后，使处理腔室内的压力下降至小于常压的第二预定压力。
5.在本发明的一实施例中，上述的材料处理设备还包括至少一马达，设置于处理腔室外并耦接于处理腔室。
6.在本发明的一实施例中，上述的至少一马达位于大气环境中。
7.在本发明的一实施例中，上述的至少一马达为多个马达，且多个马达的一者部分延伸至处理腔室内。
8.在本发明的一实施例中，上述的材料处理设备还包括涡轮风扇，设置于处理腔室内并连接温度调节器与多个马达的一者。
9.在本发明的一实施例中，上述的至少一马达为一个马达，马达与处理腔室具有一距离。
10.在本发明的一实施例中，上述的材料处理设备还包括冷却器，设置于处理腔室与真空产生器之间，用以冷却从处理腔室抽出的气体。
11.在本发明的一实施例中，上述的控制器用以在电子产品的降温状态前，使处理腔室内的压力下降至第二预定压力。
12.在本发明的一实施例中，上述的控制器用以在电子产品的降温状态后，使处理腔室内的压力下降至第二预定压力。
13.根据本发明的实施例，一种材料处理设备的操作方法可以包括以下步骤。提供上述的材料处理设备。将电子产品置入处理腔室内。操作控制器，以使处理腔室内的压力由常
压上升至第一预定压力。在上升至第一预定压力后，操作控制器，以使处理腔室内的压力下降至第二预定压力。
14.基于上述，通过控制器控制外部压力源，使处理腔室内的压力上升至第一预定压力，可以使电子产品欲处理工艺中的材料拥有较佳的温度均匀性(材料的中心温度近似于边缘温度)，以降低测量到的温度与实际材料的整体温度之间的误差，进而使本发明的材料处理设备可以较精准的切换相关参数，改善控制失准的问题，提升电子产品的可靠度与良率。此外，控制器控制外部压力源，使处理腔室内的压力上升至第一预定压力后，通过控制器控制真空产生器，使处理腔室内的压力下降至第二预定压力(至少小于常压)可以更有效地将气泡从材料中去除，进而可以进一步提升电子产品的可靠度与良率。
15.为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
16.图1是依照本发明的一实施例的材料处理设备的方块图；
17.图2是依照本发明的另一实施例的材料处理设备的方块图；
18.图3是依照本发明的一实施例的材料处理设备的操作方法的流程图；
19.图4a至图4c依照本发明的一些实施例的温度、压力、以及时间三者间的关系的图表。
具体实施方式
20.现将详细地参考本发明的示范性实施例，示范性实施例的实例说明于附图中。只要有可能，相同元件符号在附图和描述中用来表示相同或相似部分。
21.图1是依照本发明的一实施例的材料处理设备的方块图。在此，材料处理设备例如是用于生产电子产品过程中任一相关工艺，如前段工艺(front end of line,feol)、后段工艺(back end of line,beol)、球层级(ball-level)的系统级封装(system-in-package,sip)以及芯片层级(chip-level)的晶圆上芯片(chip-on-wafer)等的材料处理，其中电子产品包括但不限于车用电子产品、感测类电子产品。以下说明中可以视为电子产品欲处理工艺。
22.请参照图1，材料处理设备100包括处理腔室110、外部压力源120、真空产生器130、温度调节器140以及控制器150。进一步而言，处理腔室110具有内部空间s。外部压力源120连接于处理腔室110，用以对内部空间s进行正压动作。在此，正压动作可以是通过外部压力源120提供高压气体至处理腔室110的内部空间s，以使内部空间s的压力大于常压。然而，本发明不限于此，外部压力源120可以是通过任何其他适宜的方式对内部空间s进行正压动作。在一些实施例中，进行正压动作可以使内部空间s的压力介于1大气压至100大气压之间，但本发明不限于此。应说明的是，在本发明中所述的常压皆为1大气压(atm)。
23.真空产生器130连接于处理腔室110，用以对内部空间s进行负压动作。在此，负压动作可以是通过真空泵(pump)对处理腔室110的内部空间s抽真空，使内部空间s的压力降至常压以下。然而，本发明不限于此，真空产生器130可以是通过任何其他适宜的方式对内部空间s进行负压动作。
24.温度调节器140设置于处理腔室110内，用以调节内部空间s中的温度。在本实施例中，温度调节器140例如是以对流的方式进行温度调节的热风循环，以使内部空间s的气体温度均匀。然而，本发明不限于此，温度调节器140可以通过其他适宜的方式进行温度调节。
25.控制器150至少用以控制外部压力源120与真空产生器130。进一步而言，控制器150可以用以控制外部压力源120，使处理腔室110内的压力由常压上升至第一预定压力，且用以控制真空产生器130在上升至第一预定压力后，使处理腔室110内的压力下降至小于常压的第二预定压力。
26.由于对处理腔室110进行加压动作可以提升处理腔室110内的热分子密度，使热分子均匀的对电子产品欲处理工艺中的材料进行加热，因此通过控制器150控制外部压力源120，使处理腔室110内的压力由常压上升至第一预定压力，可以使电子产品欲处理工艺中的材料拥有较佳的温度均匀性(材料的中心温度近似于边缘温度)，以降低所测量到的温度与实际材料的整体温度之间的误差，进而使本实施例的材料处理设备100可以较精准的切换相关参数，改善控制失准的问题，提升电子产品的可靠度与良率。
27.此外，控制器150控制外部压力源120，使处理腔室110内的压力上升至第一预定压力后，通过控制器150控制真空产生器130，使处理腔室110内的压力下降至第二预定压力(至少小于常压)可以更有效地将气泡从材料中去除，进而可以进一步提升电子产品的可靠度与良率。
28.控制器150可为中央处理单元(central processing unit,cpu)、其他可程式化的一般用途或特殊用途的微处理器(microprocessor)、数字信号处理器(digital signal processor,dsp)、可程式化控制器、特殊应用集成电路(application specific integrated circuits,asic)、可程式化逻辑装置(programmable logic device,pld)、其他类似处理装置或这些装置的组合，并可内建或外接存储器。
29.应说明的是，处理腔室110内的压力由常压上升至第一预定压力与下降至第二预定压力(至少小于常压)的时间点可以视实际设计上的需求进行调整，举例而言，例如是在工艺中第1次调整处理腔室110内的压力时，使处理腔室110内的压力由常压上升至第一预定压力，而例如是在工艺中第n次调整处理腔室110中的压力时，使处理腔室110内的压力下降至第二预定压力(至少小于常压)，其中n》1，n为整数。
30.在一些实施例中，例如是在工艺中第1次调整处理腔室110中的压力时，使处理腔室110内的压力由常压上升至第一预定压力，而例如是在工艺中第2次调整处理腔室110中的压力时，使处理腔室110内的压力下降至第二预定压力(至少小于常压)，即，由常压上升至第一预定压力后可以是接续地将压力下降至第二预定压力(至少小于常压)。
31.在一些实施例中，例如是在工艺中第1次调整处理腔室110中的压力时，使处理腔室110中的压力由常压上升至第一预定压力，而例如是在工艺中第3次或以上调整处理腔室110中的压力时，使处理腔室110中的压力下降至第二预定压力(至少小于常压)，即，由常压上升至第一预定压力后可以为间接地将压力下降至第二预定压力(至少小于常压)。
32.在一些实施例中，例如是使用线性上升方式使处理腔室110内的压力上升至第一预定压力。然而，本发明不限于此，在另一些实施例中，例如是使用阶段性(multi-stage)方式(或称为“多段”方式)使处理腔室110内的压力上升至第一预定压力。类似的，也可以使用线性下降或多段方式使处理腔室110内的压力下降至第二预定压力。
33.进一步说明的是，本发明可以视材料特性进行真空(v)、压力(p)、温度(t)与时间(t)的调配，只要控制器150可以用以控制外部压力源120，使处理腔室110内的压力由常压上升至第一预定压力，且用以控制真空产生器130在上升至第一预定压力后，使处理腔室110内的压力下降至小于常压的第二预定压力皆属于本发明的保护范围。
34.在本实施例中，材料处理设备100可以选择性地包括至少一马达160。马达160可以是设置于处理腔室110外并耦接于处理腔室110，换句话说，马达160可以不设置于内部空间s内，因此相较于设置在内部空间s内进而与内部空间s等压的马达而言，本实施例的马达160不会因内部空间s的压力变化而损坏，进而可以具有较长的使用寿命。在一些实施例中，马达160可以利用转轴或管路或其他适宜的连接件耦接于处理腔室110，但本发明不限于此。
35.在一些实施例中，马达160可以位于大气环境中，即，马达160可以不被任何壳体包覆，直接暴露于空气中，但本发明不限于此，在其他实施例中，马达160也可以使用壳体包覆，以避免其受到外力的撞击而损坏。
36.在本实施例中，材料处理设备100可以选择性地包括涡轮风扇170，而至少一马达160可以为多个马达160。进一步而言，多个马达160的一者部分延伸至所述处理腔室110内，而涡轮风扇170可以设置于处理腔室110内并连接温度调节器140与多个马达160的一者。
37.如图1所示，马达160可以包括马达1601与马达1602，马达1601部分延伸至所述处理腔室110内。此外，涡轮风扇170可以设置于处理腔室110内，并连接温度调节器140与马达1601，换句话说，涡轮风扇170可以夹于温度调节器140与马达1601之间。另一方面，马达1602可以耦接于处理腔室110，以用于调节处理腔室110的气体浓度，举例而言，当处理腔室110的气体浓度较高时，控制器150可以控制马达1602，以将处理腔室110内的气体抽出，但本发明不限于此。
38.在一些实施例中，马达1601可以是驱动马达，因此马达1601可以带动涡轮风扇170转动，使内部空间s的气体温度更加均匀，但本发明不限于此。
39.在本实施例中，材料处理设备100可以选择性地包括冷却器180。冷却器180可以设置于处理腔室110与真空产生器130之间，用以冷却从处理腔室110抽出的气体。此外，冷却器180可以配置于处理腔室110外并连接内部空间s，因此被冷却器180所冷却的气体可以再流回处理腔室110进行循环。在一些实施例中，冷却器180可以是板式热交换器，但本发明不限于此，冷却器180可以是任何适宜的冷却装置。
40.在本实施例中，材料处理设备100可以选择性地包括气体含量感测器190。气体含量感测器190可以配置于处理腔室110外且连通于内部空间s。进一步而言，气体含量感测器190可对内部空间s内的特定气体的含量进行感测，且气体含量感测器190可具有调节单元(未示出)，调节单元可在感测特定流体含量之前先将流体调整至适合被感测的状态。举例而言，调节单元例如是阀件，用以使适当流量的流体通过来被感测，或者，调节单元例如是温度调整单元，用以升温或降温以使流体调整到适合被感测的温度区间。
41.在一些实施例中，气体含量感测器190例如是含氧量分析仪。当然，气体含量感测器190的种类、所组成的单元及所测量的气体种类不以此为限制。
42.应说明的是，控制器150除了用以控制外部压力源120与真空产生器130之外，还可以选择性地用以控制上述的温度调节器140、马达160、冷却器170、涡轮风扇180与气体含量
感测器190等元件，以具有更精准快速的参数切换机制，但本发明不限于此。
43.在此必须说明的是，以下实施例沿用上述实施例的元件标号与部分内容，其中采用相同或近似的标号来表示相同或近似的元件，并且省略了相同技术内容的说明，关于省略部分的说明可参考前述实施例，下述实施例不再重复赘述。
44.图2是依照本发明的另一实施例的材料处理设备的方块图。请参照图2，相较于图1的实施例的材料处理设备100而言，本实施例的材料处理设备100a的差异为至少一马达160为一个马达160，且马达160与处理腔室110具有一距离。进一步而言，在本实施例中，材料处理设备100a不包括涡轮风扇170与驱动涡轮风扇170的马达1601。此外，马达1602可以连接冷却器180，因此可以直接通过马达1602来调节处理腔室110内的气体并可以将冷却器180降温后的气体流回处理腔室110中循环。
45.通过本实施例的材料处理设备100a的配置，可以减少马达的使用数量，因此可以有效地降低材料处理设备100a的制造成本。然而，本发明不限制马达的数量与位置，马达的数量与位置可以视实际设计上的需求而调整。
46.以下通过附图说明本发明一实施例的材料处理设备的操作方法。图3是依照本发明的一实施例的材料处理设备的操作方法的流程图。
47.请参照图3，进行步骤s100，提供材料处理设备，如提供前述的材料处理设备100或材料处理设备100a。进行步骤s200，将电子产品置入处理腔室110内。进行步骤s300，操作控制器150，以使处理腔室110内的压力由常压上升至第一预定压力。进行步骤s400，在上升至第一预定压力后，操作控制器150，以使处理腔室110内的压力下降至第二预定压力。
48.在本实施例中，通过控制器150控制外部压力源，使处理腔室110内的压力上升至第一预定压力，可以使电子产品欲处理工艺中的材料拥有较佳的温度均匀性(材料的中心温度近似于边缘温度)，以降低测量到的温度与实际材料的整体温度之间的误差，进而使本发明的材料处理设备100或材料处理设备100a可以较精准的切换相关参数，改善控制失准的问题，提升电子产品的可靠度与良率。此外，在上升至第一预定压力后，通过控制器150控制真空产生器，使处理腔室内的压力下降至第二预定压力(至少小于常压)可以更有效地将气泡从材料中去除，进而可以进一步提升电子产品的可靠度与良率。
49.以下通过附图说明本发明的一些实例中的操作曲线。图4a至图4c依照本发明的一些实施例的温度、压力、以及时间三者间的关系的图表。
50.请参照图4a，图4a的操作曲线为示出用于制造电子产品过程中底部填胶工艺的材料处理，材料例如是填充毛细型底部填充物(capillary underfill,cuf)，其中底部填胶工艺例如是在电子元件与基板之间填充胶材的工艺。在一些实施例中，毛细型底部填充物例如是聚合物材料、树脂或二氧化硅添加物，但本发明不限于此。
51.请参照图4b，图4b的操作曲线为示出用于制造电子产品过程中涂布工艺(coating)、印刷工艺(printing)、灌胶工艺(potting)的材料处理，材料可以是本领域技术人员所知会应用于上述工艺的材料，于此不再赘述。
52.进一步而言，如图4a与图4b所示，依据上述工艺的材料特性，控制器150可以用以控制在电子产品的降温状态前，使处理腔室110内的压力下降至第二预定压力，即，在上升至第一预定压力后，控制器150可以控制温度调节器140调节内部空间s中的温度，维持内部空间s中的温度或使内部空间s中的温度持续上升，并控制真空产生器130对内部空间s进行
负压动作，以使内部空间s的压力从第一预定压力下降至第二预定压力(至少小于常压)。
53.请参照图4c，图4c的操作曲线为示出用于制造电子产品(感测器)过程中工艺的材料处理，材料例如是硅胶。进一步而言，如图4c所示，依据此工艺的材料特性，控制器150可以用以控制在电子产品的降温状态后，使处理腔室110内的压力下降至第二预定压力，即，在上升至第一预定压力后，内部空间s的温度可以持续上升到达一定温度后再进行降温，同时压力可以在常压以上呈现升降的交替变化，而在降温状态后，再使内部空间s的压力从第一预定压力下降至第二预定压力(至少小于常压)。
54.当用于制造电子产品欲处理工艺中的材料为上述黏稠度(viscosity)较高的胶材类材料时，气泡与材料之间具有较大的束缚力，因此应用本发明的材料处理设备，通过控制器控制外部压力源，使处理腔室内的压力上升至第一预定压力，在升温状态下达到材料软化点时，可以进一步提升电子产品欲处理工艺中的材料的流动性，降低材料对气泡的束缚力，进而在上升至第一预定压力后，通过控制器控制真空产生器，使处理腔室内的压力下降至第二预定压力(至少小于常压)可以更有效地将气泡从材料中去除，进而可以进一步提升电子产品的可靠度与良率。
55.此外，在这些图4a至图4c的实施例中，在初始降温过程中可以使压力保持定值(不进行降压动作)，因此在初始降温过程中可以有效地防止因热反应所产生的翘曲或是气泡回复原状，进而可以进一步确保电子产品的可靠度与良率。
56.应说明的是，图4a至图4c中标示的第一预定压力、第二预定压力仅为示意地示出出针对用于制造电子产品欲处理工艺的材料的材料特性所对应出的温度、压力及时间相关的曲线，实际温度、压力及时间的数值皆可以视实际设计上的需求进行调整，因此图4a至图4c并未明确标示出温度、压力及时间各节点的数值。此外，第一预定压力可以定义为压力曲线中第一个最高点位置，而第二预定压力可以定义为压力曲线中压力第一次小于常压时的第一个最低点位置。
57.此外，温度与压力之间的关系不限于图4a至图4c的曲线示出方式(如使处理腔室110内的压力由常压上升至第一预定压力与对电子产品进行加热动作为同时进行)，即，调节温度与加压的时间点都可以视实际设计上的需求而定，只要可操作控制器150，以使处理腔室110内的压力由常压上升至第一预定压力，并在上升至第一预定压力后，操作控制器150，以使处理腔室110内的压力下降至第二预定压力皆属于本发明的保护范围。举例而言，可以是先使温度上升至一定的温度后再使处理腔室110内的压力上升，或者，可以是先使处理腔室110内的压力上升至一定的压力后再使处理腔室110内的温度上升。
58.综上所述，通过控制器控制外部压力源，使处理腔室内的压力上升至第一预定压力，可以使电子产品欲处理工艺中的材料拥有较佳的温度均匀性(材料的中心温度近似于边缘温度)，以降低测量到的温度与实际材料的整体温度之间的误差，进而使本发明的材料处理设备可以较精准的切换相关参数，改善控制失准的问题，提升电子产品的可靠度与良率。此外，当用于制造电子产品欲处理工艺中的材料为黏稠度(viscosity)较高的胶材类材料时，通过控制器控制外部压力源，使处理腔室内的压力上升至第一预定压力，在升温状态下达到材料软化点时，可以更提升胶材类材料的流动性，进而在上升至第一预定压力后，通过控制器控制真空产生器，使处理腔室内的压力下降至第二预定压力(至少小于常压)可以更有效地将气泡从材料中去除，进而可以进一步提升电子产品的可靠度与良率。
59.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。