COB芯片PCB板上組裝技術(shù)

1、COBS片PCB®上組裝技術(shù)1 .混合集成技術(shù)當(dāng)今電子產(chǎn)品的趨勢(shì)，在一個(gè)小型組件或整機(jī)內(nèi)，不斷集成越來(lái)越多的器件和功能?；旌霞杉夹g(shù)成為增加包含有源與無(wú)源器件封裝密度的關(guān)鍵技術(shù)之在混合集成各個(gè)制造步序， 器件與電路間的互連， 某些無(wú)源器件如電阻器等，直接在基板上采用厚膜或薄膜工藝淀積制成。混合集成電路基板布局布線的設(shè)計(jì)有許多重要的參數(shù)；導(dǎo)線寬度，導(dǎo)線與鍵合盤最近連接的布線，鍵合強(qiáng)度，鍵合引線弧環(huán)的高度，熱耗散等都必須加以考慮。厚膜集成電路工藝，器件與電路間的互連，導(dǎo)線與電阻都是在基板上，采用各種功能漿料印刷燒結(jié)而成。薄膜集成電路工藝，互連與導(dǎo)線采用電鍍或其他PVD方法淀積在陶瓷基板上

2、，光刻制作所需導(dǎo)電圖形，電阻與其他無(wú)源器件可印刷或焊接工藝裝連。當(dāng)基板上的無(wú)源表貼器件全部裝連完成后，芯片粘貼設(shè)備將電路芯片粘貼到基板的給定位置，接下使用鍵合設(shè)備進(jìn)行金絲或鋁絲的鍵合，實(shí)現(xiàn)芯片與基板電路間的電氣連接，最后封裝?；旌霞杉夹g(shù)能在一個(gè)非常小的基板面積上集成大量電路芯片和小型無(wú)源器件。如果采用標(biāo)準(zhǔn) SMT表面貼裝工藝，勢(shì)必要占用比混合集成技術(shù)高達(dá)20倍的面積。混合集成電路制造過(guò)程需要對(duì)半導(dǎo)體晶圓制造工藝，以及芯片組裝和鍵合工藝的全面掌握。一些小公司不具備這些條件，而且小批量制作混合電路組件，其成本相對(duì)是昂貴的。 然而混合集成電路的應(yīng)用涉及醫(yī)療，航天航空，軍用，汽車與通訊領(lǐng)域，在這些領(lǐng)

3、域中，混合集成電路技術(shù)是不可缺少的。2 .COB芯片直接板上組裝技術(shù)許多年來(lái)，業(yè)界致力于開(kāi)發(fā)混合集成電路技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，但在制造成本沒(méi)獲突被。因此至今印制板組裝工藝在復(fù)雜電路裝聯(lián)仍不失為最好的選擇。只需對(duì)某些方面進(jìn)行改進(jìn)、裸芯片板上直接裝連鍵合工藝無(wú)疑是容易，可靠的。COB芯片直接板上組裝技術(shù)首先用于數(shù)字鐘，手表。每塊印制、電路板裝有一塊芯片，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于數(shù)碼相機(jī)，計(jì)算器，電話卡與各種智能卡。COB在復(fù)雜的電路組件如裝有 5,000個(gè)LED與IC驅(qū)動(dòng)組合的的打印機(jī)模塊，先進(jìn) 數(shù)據(jù)處理電路32bitHP9000計(jì)算機(jī)母板安裝22個(gè)IC與一塊modem電路等產(chǎn) 品擴(kuò)大了應(yīng)用。今天在單塊印制板組裝超過(guò)

4、 100個(gè)芯片的多芯片工藝也得到成功，日本的娛 樂(lè)設(shè)備及乎所有電子組件都已采用CO吸術(shù)，在某些應(yīng)用領(lǐng)域 COB*有取代SMT之勢(shì)。成本分析表明DIP封裝成本經(jīng)常高出其內(nèi)含的芯片三倍之多。采用COBJJ術(shù)，省去了封裝成本可顯著降低，著在大批量生產(chǎn)尤為突出。COB技術(shù)在歐州起步晚，應(yīng)用領(lǐng)域也正在不斷擴(kuò)大，至今仍然無(wú)法與得以廣泛應(yīng)用的日本和美國(guó)相比，尤其在高組裝密度與薄型封裝的應(yīng)用方面。3. COEa裝工藝芯片板上直接組裝模塊與混合集成電路的制造工藝是非常類似的。其主要的差別是兩者使用的基本材料與封裝形式，COBS用的基板是有機(jī)印制電路板，而后者是陶瓷基板。COB的裸芯片被高分子有機(jī)樹(shù)脂包封或球形塑

5、封，混合集成電路最后使用金屬外殼封裝。與標(biāo)準(zhǔn)SMT組裝工藝比較，COBt混合集成組裝制過(guò)程的工藝步序較少。印制板或PCB是由許多不同材料制成，如酚醛樹(shù)脂，聚氨基甲酸樹(shù)脂，聚酰胺樹(shù)脂，有機(jī)硅，氟塑料等等，氟塑料(聚四氟乙稀)在高溫環(huán)境下，具有高電阻的特性，聚氨基甲酸樹(shù)脂能適應(yīng)特別大的溫度變化，如汽車電子，在非常高的溫度條件，要求極小的熱膨脹系數(shù)，此時(shí)氟塑料是最能勝任的。通常，COB印制板使用的導(dǎo)線材料為銅基導(dǎo)線，鍵合盤需要進(jìn)行表面處理，在銅基材上鍍復(fù) 2-4仙m®,接下再鍍復(fù) 0.1-0.2仙m金(CuNiAu)使用含銀環(huán)氧導(dǎo)電膠將芯片粘接到印制板安裝位置，在250 c固化。功率器件的

6、散熱問(wèn)題是通過(guò)芯片背面與粘接的印制板的銅層形成熱路，最后組裝時(shí)，冷卻板固定安裝在散熱指或封裝體上。芯片與印制板間的電路連接使用鋁絲或金絲。鋁絲鍵合的最大優(yōu)點(diǎn)是鍵合可在室溫進(jìn)行。在產(chǎn)品承受高溫或大的溫度變化時(shí)，鋁絲超聲鍵合顯示很高的可靠性。金絲要達(dá)到鍵合可靠性需要在120c以上的鍵合溫度。印制板使用的許多材料在較高溫度會(huì)變軟、甚至鍵合盤會(huì)被從印制板基材拉出脫離。當(dāng)使用金絲與芯片上的鋁層鍵合盤進(jìn)行鍵合時(shí)，如果要求最終產(chǎn)品需要承受較 高的工作溫度，鍵合盤會(huì)存在損壞的危險(xiǎn)。這種損壞的機(jī)理是由于 Kirkendall 孔隙造成鍵合盤被拉離。選擇鋁絲或金絲主要取決產(chǎn)品應(yīng)用要求及工作的環(huán)境溫度。完成引線鍵合

7、后，芯片可使用多種工藝進(jìn)行包封保護(hù)，有機(jī)硅可在室溫條件下固化，也有使用環(huán)氧或其他材料的黑膠。芯片也可使用塑料或金屬殼進(jìn)行封蓋，最后COBI元被裝入封裝腔體內(nèi)， 使用焊接或鍵合工藝實(shí)現(xiàn)電路連接。4 .鋁絲超聲鍵合工藝產(chǎn)品需要高的鍵合質(zhì)量時(shí)，通常使用鋁絲超聲鍵合工藝，其鍵合速度與金絲球焊工藝相比要慢得多，采用鋁絲鍵合工藝的最終產(chǎn)品因?yàn)椴牧媳砻嫣幚淼某杀静毁F，所以最終產(chǎn)品也是價(jià)低的。鋁絲超聲鍵合實(shí)際是一種磨榛焊接工藝，兩種純金屬在予設(shè)置的壓力下，由超聲換能器產(chǎn)生的超聲振動(dòng)相互加壓磨榛，直到完成磨榛鍵合。超聲振動(dòng)的幅度在1-2以皿焊接過(guò)程可分為三部分，首先是清洗表面，其二，清除氧化層，第三是兩純金屬相

8、互連接。這兩個(gè)金屬面相互受壓，其間的距離小于一個(gè)原子，得到的焊接是高質(zhì)量高可靠的。芯片金屬化層通常使用純鋁或鋁合金，厚度在0.8-2卜m特別適用與鋁絲超聲鍵合工藝。印制板鍵合盤是銅鍥金復(fù)合金屬層( Cu/Ni2-4 N m/Au0.1-0.2仙nj)金層表面在加工過(guò)程中保護(hù)受雜質(zhì)和化學(xué)物質(zhì)的污染。在清洗表面時(shí)金層被去除，但這不影響鍵合過(guò)程，磨榛焊接在鋁絲與鍥層間發(fā)生。經(jīng)測(cè)試評(píng)估得在穩(wěn)定性，可靠性，導(dǎo)電性，特別的高使用溫度等鋁與鍥鍵合是最好的。在印制板布局布線設(shè)計(jì)，有許多參數(shù)如鍵合盤尺寸，間距必須考慮。為避免在鍵合時(shí)產(chǎn)生一些問(wèn)題，必須保證印制板具有高的平整度，不能變形 鋁絲鍵合是室溫超聲焊接工藝

9、，在焊接過(guò)程中應(yīng)防止鍵合范圍的印制板移動(dòng)或振動(dòng)，因此在鍵合時(shí)，印制板必須采用真空負(fù)壓夾持固定。在鍵合盤鄰近區(qū)域的銅導(dǎo)線的粘合力也是基本因素，即使存在1 pm的振動(dòng)也會(huì)對(duì)鍵合產(chǎn)生不利影響。印制板表面的均勻性是另一個(gè)因素，如鍥層的厚度變化或降低到0.5 pm以下，則鍵合質(zhì)量不穩(wěn)定，鍵合力可能減少到另。在鍵合區(qū)內(nèi)的銅層的粗糙度 應(yīng)受控制小于2 Nm!這是由超聲振動(dòng)能補(bǔ)償?shù)淖畲笃睢? .金絲球焊工藝與鋁絲超聲鍵合不同，金絲球焊不能在室溫條件下進(jìn)行，具至少在120 C才可得到合格的焊接質(zhì)量。金絲球焊與鋁絲鍵合一樣，在焊接過(guò)程，為避免表面溫度的變化及超聲功率損失，印制板必須保持平整。鍵合盤表面金屬化處理

10、，鍥層厚1小現(xiàn) 金層1.5-2 pm(CuNiAu)。印制板因使用貴金屬加工成本高于鋁絲鍵合印制板，金絲球焊的速度比鋁絲鍵合快三倍。由于鋁絲是低溫焊接工藝，需要更大的超聲功率與精密的鍵合工作臺(tái)夾持固定印制板，于是影響整個(gè)產(chǎn)能。超聲鍵合使用劈刀及金絲球焊的毛細(xì)管，工具類型也影響加工的速度。6.COB與封裝工藝封裝除了將芯片與外界隔離保護(hù)作用外，還有電路的連接 標(biāo)準(zhǔn)的封裝形式有限，且引腳的數(shù)量也是標(biāo)準(zhǔn)的。這就意味著如需要額外的電氣連接，則必須選用較大的封裝，這樣勢(shì)必會(huì)增加封裝的尺寸與成本。超過(guò)100個(gè)引腳的芯片一般需要價(jià)高的封裝，有時(shí)封裝的幾何尺寸給鍵合帶來(lái)許多難度，造成對(duì)芯片的損壞。 專用集成電

11、路 ASIC通常是小批量生產(chǎn)， 增加了選擇相應(yīng)的封裝的困難。但最大困難是如何滿足要求盡可能高引腳數(shù)專用封裝的用戶。使用現(xiàn)在的技術(shù)在非常短時(shí)間需要設(shè)計(jì)的印制板實(shí)現(xiàn)大量的互連，今天COB技術(shù)能為其提供滿意的方案。在非常少生產(chǎn)量或低的加工成本，大量的芯片連接與互連可以正確得到解決。引線鍵合完成后，電路芯片與所有的鍵合引線采用上述的工藝進(jìn)行包封。對(duì)于需要知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)的小批量ASIC組件，不能容易被復(fù)制，這種封裝提供了優(yōu)點(diǎn)。而且無(wú)源器件與其他芯片也可集成在同一個(gè)封裝內(nèi)。COB封裝方法的優(yōu)點(diǎn)首先是封裝體積小型化，而標(biāo)準(zhǔn)封裝尺寸往往是芯片的10倍。其二，高引腳數(shù) ASIC的標(biāo)準(zhǔn)封裝的成本經(jīng)常比芯片自身大得多

12、。7 .COB引線鍵合設(shè)備從經(jīng)驗(yàn)得到使用 CO皿術(shù)力口工90%勺產(chǎn)品需要100X 100mmff制板，每塊印制板芯片少于100,所以用于COB勺鍵合設(shè)備必需滿足下面的最低要求；加工的印制板最小尺寸 100X 100mm圖形識(shí)別，需存貯多于 200個(gè)參考圖形。多芯片高度，可編程聚焦。對(duì)不同反差的芯片加工，大于4個(gè)可編程光源。精細(xì)落地模式，適用不平整表面。檢測(cè)引線損耗的引線控制裝置。大的Z軸行程，適應(yīng)大尺寸電容器的加工。辟刀鍵合時(shí)，具有 60度彎曲的能力。真空夾持印制板。鍵合工具應(yīng)有足夠的空間，滿足深腔體封裝的鍵合要求。柔行傳動(dòng)系統(tǒng)，裝載 25-15-mm長(zhǎng)度印制板8 .COB芯片粘接設(shè)備COB5片粘接設(shè)備的主要功能如下；加工的印制板最小尺寸 100X 100mm膠點(diǎn)或邊沿識(shí)別功能，圖形識(shí)別，需存貯多于100個(gè)參考圖形。多芯片高度，可編程聚焦。適合晶圓，華夫盤或 Gel包裝芯片送料裝置。能滿足至少4種不同尺寸芯片的可編程點(diǎn)膠裝置。在程序控制下，可選擇或更換需要采用印刷或點(diǎn)膠方法的能力。鍵合工具應(yīng)有足夠的空