真空加热炉温度均匀性提升研究*

doi:10.16257/j.cnki.1681-1070.2025.0152

电子与封装 ›› 2025, Vol. 25 ›› Issue (12): 120402 . doi: 10.16257/j.cnki.1681-1070.2025.0152

真空加热炉温度均匀性提升研究^*

徐星宇¹，李早阳¹，史睿菁¹，王成君²，王君岚¹，罗金平¹，金雨琦¹，朱帆¹，张辉³

1. 西安交通大学能源与动力工程学院，西安 710049；2. 中国电子科技集团公司第二研究所，太原 030024；3. 东南大学机械工程学院，南京 211189

收稿日期:2025-04-09 出版日期:2025-12-26 发布日期:2025-06-05
作者简介:徐星宇（2000—），男，江苏连云港人，硕士，主要研究方向为晶圆键合装备优化设计。

Improvement Study of Temperature Uniformity in Vacuum Heating Furnace

XU Xingyu¹, LI Zaoyang¹, SHI Ruijing¹, WANG Chengjun², WANG Junlan¹, LUO Jinping¹, JIN Yuqi¹, ZHU Fan¹, ZHANG Hui³

1. School of Energy and PowerEngineering, Xi’an JiaotongUniversity, Xi’an 710049, China; 2. China ElectronicsTechnology Group Corporation No.2 ResearchInstitute, Taiyuan 030024, China; 3. School of MechanicalEngineering, Southeast University, Nanjing 211189, China

Received:2025-04-09 Online:2025-12-26 Published:2025-06-05

摘要/Abstract

摘要： 针对电子器件热处理中常用的晶圆键合台真空加热炉建立三维仿真模型，研究炉体内部的热量传递与温度分布规律。在此基础上评估加热炉的温度均匀性，并提出保温环结构与高导热材料设计方案。研究结果表明，加热炉加热面温度分布不均主要由加热丝的非中心对称布置和加热面边缘漏热导致，在加热面边缘布置保温环或加热盘材料使用碳化硅陶瓷时，面温度非均匀性由3.2%分别优化至2.5%和1.7%，这为晶圆键合台真空加热炉温度均匀性的提升起到积极推动作用。

关键词: 温度均匀性, 真空加热炉, 保温环结构, 高导热材料

Abstract: A three-dimensional simulation model is established for the wafer bonding vacuum heating furnace commonly used in the heat treatment of electronic devices to study the heat transfer and temperature distribution inside the furnace. Based on this, the heating furnace's temperature uniformity is evaluated, and design solutions for the thermal insulation ring structure and high-thermal-conductivity materials are proposed. The results show that the uneven temperature distribution on the heating surface is mainly caused by the non-centrosymmetric arrangement of the heating wires and heat leakage at the edges. When a thermal insulation ring is installed at the edge of the heating surface, or when silicon carbide ceramic is used as the heating plate material, the surface temperature non-uniformity is reduced from 3.2% to 2.5% and 1.7%, respectively. This work contributes positively to improving the temperature uniformity of the wafer bonding vacuum heating furnace.

Key words: temperature uniformity, vacuum heating furnace, insulation ring structure, high thermal conductivity material

中图分类号:

徐星宇，李早阳，史睿菁，王成君，王君岚，罗金平，金雨琦，朱帆，张辉. 真空加热炉温度均匀性提升研究^*[J]. 电子与封装, 2025, 25(12): 120402 .

XU Xingyu, LI Zaoyang, SHI Ruijing, WANG Chengjun, WANG Junlan, LUO Jinping, JIN Yuqi, ZHU Fan, ZHANG Hui. Improvement Study of Temperature Uniformity in Vacuum Heating Furnace[J]. Electronics & Packaging, 2025, 25(12): 120402 .

参考文献

[1] 郝武昌, 牛淑蓉, 雷莉君. 不锈钢基体加热器的制备[J]. 电子工艺技术, 2014, 35(5): 294-297.
[2] 杨晓东, 王成君. MEMS器件级高真空封装技术[J]. 电子工艺技术, 2023, 44(3): 28-31.
[3] GANTA D. Surface effects and gold-nanostructure surface coating of whispering-gallery micro resonators[D]. Oklahoma: Oklahoma State University, 2010.
[4] 张晨曦, 王晋强, 丁永生. 基于Kriging模型的热板表面温度均匀性控制[J]. 电子工艺技术, 2019, 40(4): 227-229.
[5] 供应商网. EVG501晶圆键合系统[EB/OL]. [2025-05-06]. https://m.gys.cn/qtdianzichanpinzhizsb/4546613046.html.
[6] 徐星宇, 李早阳, 史睿菁, 等. 晶圆键合台温度均匀性提升研究[J]. 西安交通大学学报, 2024, 58(11): 119-127.
[7] 崔涵焜, 张登春, 宋石初, 等. 推舟式连续热处理炉内温度场数值模拟与系统优化[J]. 材料热处理学报, 2024, 45(1): 175-184.
[8] 刘静, 李家栋, 王昊杰, 等. 真空渗碳炉加热系统结构优化数值模拟研究[J]. 东北大学学报(自然科学版), 2019, 40(5): 641-646.
[9] 王成君, 胡北辰, 杨晓东, 等. 3D集成晶圆键合装备现状及研究进展[J]. 电子工艺技术, 2022, 43(2): 63-67.
[10] 杨松, 周磊, 刘洋, 等. 基于Fluent烧结钕铁硼真空烧结炉温度场模拟分析[J]. 金属功能材料, 2023, 30(5): 38-42.
[11] 吴奕滨, 龚俊杰, 沈星, 等. 航空制件燃气热处理炉的炉内温度均匀性[J]. 材料与冶金学报, 2025, 24(1): 62-69.
[12] 陶文铨. 传热学[M]. 5版. 北京: 高等教育出版社, 2019.
[13] LI B, OLIVEIRA F A C, RODRíGUEZ J, et al. Numerical and experimental study on improving temperature uniformity of solar furnaces for materials processing[J]. Solar Energy, 2015, 115: 95-108.
[14] 熊梨, 张登春, 宋石初, 等. 碳化硅真空烧结炉温度场数值模拟与系统优化[J]. 金属热处理, 2022, 47(6): 259-265.
[15] 王昊杰, 李勇, 王昭东, 等. 真空渗碳炉加热室温度场数值模拟与分析[J]. 热加工工艺, 2016, 45(24): 172-176.
[16] 高德平, 付丙磊, 贾净, 等. 碳化硅材料及器件的制造装备发展现状[J]. 电子工艺技术, 2017, 38(4): 190-192.

中国半导体行业协会封装分会会刊

中国电子学会电子制造与封装技术分会会刊

真空加热炉温度均匀性提升研究^*

Improvement Study of Temperature Uniformity in Vacuum Heating Furnace

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 1

编辑推荐

Metrics

本文评价