COB工藝制程簡(jiǎn)介

1、COBCC藝制程簡(jiǎn)介1 .芯片的焊線連接：1.1 芯片直接封裝簡(jiǎn)介：現(xiàn)代消費(fèi)性電子產(chǎn)品逐漸走向輕、薄、短、小的潮流下，COB (Chip On Board)已成為一種普遍的封裝技術(shù)。COB的關(guān)鍵技術(shù)在于 Wire Bonding (俗稱打線)及 Molding (封膠成型)，是指對(duì)裸露的集成電路芯片(IC Chip),進(jìn)行封裝，形成電子組件的制程， 其中IC 藉由焊線(Wire Bonding)覆晶接合(Flip Chip)、或卷帶接合(Tape Automatic Bonding；簡(jiǎn)稱TAB)等技術(shù)，將其I/O經(jīng)封裝體的線路延伸出來(lái)。集成電路芯片必須依照設(shè)計(jì)和外界的電路連接，方能成為具有一定

2、功能的電子組件 就如我們所看到的"IC"就是這種已封裝好、有外引腳的封裝的集成電路。1.2 芯片的焊線連接方式簡(jiǎn)介：IC芯片必須與封裝基板完成電路連接才能發(fā)揮既有的功能，現(xiàn)時(shí)市面上流行的焊線 連接方式有三類：打線接合(Wire Bonding)、卷帶自動(dòng)接合(Tape Automated Bonding , TAB加覆晶接合(Flip Chip , FC),分述如下：1.2.1 打線接合(Wire Bonding )打線接合是最早亦為目前應(yīng)用最廣的技術(shù)，此技術(shù)首 先將芯片固定于導(dǎo)線架上，冉以細(xì)金屬線將芯片上的電路和導(dǎo)線架上的引腳相連接。而隨著近年來(lái)其它技術(shù)的興起，打線接合技

3、術(shù)正受到挑戰(zhàn)，其市場(chǎng)占有比例亦正逐漸減少當(dāng)中。但由于打線接合技術(shù)之 簡(jiǎn)易性 及便捷性，加上長(zhǎng)久以來(lái)與之相配合之機(jī)具、設(shè)備及相關(guān)技術(shù)皆以十分成熟，因 此短期內(nèi)打線接合技術(shù)似乎仍不大容易為其它技術(shù)所淘汰。1.2.2 卷市式自動(dòng)接合(Tape Automated Bonding , TAB)卷帶式自動(dòng)接合技術(shù)首先于1960年代由 通用電子(GE)提出。卷帶式自動(dòng)接合制 程，即是將芯片與在高分子卷帶上的金屬電路相連接。而高分子卷帶之材料則以 polyamide為主，卷帶上之金屬層則以銅箔使用最多。卷帶式自動(dòng)接合具有厚度薄、接腳間距小且能提供高輸出/入接腳數(shù)等優(yōu)點(diǎn)，十分適用于需要重量輕、體積小之IC產(chǎn)品

4、外引晶引腳 外引劇的口 晶粒窗口 俾送口搭帶之基本架情姍則JI1K圖1.2a卷帶式基本架構(gòu)1.2.3 覆晶接合(Flip Chip )覆晶式接合為舊M于1960年代中首 先開發(fā)而成。其技術(shù)乃于晶粒之金 屬墊上生 成焊料凸塊，而于基版上生成與晶粒焊料凸塊相對(duì)應(yīng)之接點(diǎn)，接著將翻轉(zhuǎn)之晶粒對(duì)準(zhǔn)基 版上之接點(diǎn)將所有點(diǎn)接合覆晶接合具有最短連接長(zhǎng)度、最佳電器特性、最高輸出/人接點(diǎn)1.3 芯片的焊線連接的應(yīng)用和優(yōu)點(diǎn)：封裝是指電子產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程中，將各種電子組件，依需要組裝接連的所有制程, 其功能在于電源分布，訊號(hào)分布，散熱功能，保護(hù)功能并提供足夠的機(jī)械強(qiáng)度.近年來(lái)電子產(chǎn)品對(duì)大容量化、小型化、高速化的需求，半導(dǎo)

5、體封裝除上述的基本功能之 需求外，對(duì)于新功能的需求亦不斷增加，主要如下七項(xiàng) ：1 .為滿足半導(dǎo)體組件對(duì)高集積、高功能需求的多腳化。2 .半導(dǎo)體為達(dá)高性能、大容量，封裝所搭配的半導(dǎo)體組件也逐漸大型化。3 .為提高在基板上的封裝密度，必需使封裝外型更加小型化、薄型化。4 .由于多樣化封裝的限制與系統(tǒng)化，各公司各產(chǎn)品間缺乏協(xié)調(diào)性與標(biāo)準(zhǔn)化。5 .經(jīng)由焊錫接合性的改善與接合應(yīng)力(Stress)的吸收，使表面封裝更加簡(jiǎn)易化。6 .因應(yīng)電子電路高速處理之封裝，可提高電訊的傳送速度。7 .因應(yīng)半導(dǎo)體組件的高集積、大規(guī)?；呱峄?。我們對(duì)裸露的集成電路芯片(IC Chip),進(jìn)行封裝，形成電子組件的制程，其中

6、IC藉 由焊線(Wire Bonding) > 覆晶接合(Flip Chip)、或卷帶接合(Tape Automatic Bonding；簡(jiǎn)稱 TAB)等技術(shù)，將其I/O經(jīng)封裝體的線路延伸出來(lái)。事實(shí)上，一般我們所看到的"IC”就是這種已封裝好、有外引腳的封裝ICo因?yàn)榈谝粚哟畏庋b直接與芯片接觸，所以封裝材料的熱膨脹系數(shù)，必須與芯片的熱膨脹系數(shù)兼容。 封裝材料的電導(dǎo)性要低，以降低電訊傳送的干擾，而且其傳熱性質(zhì)需要良好，以去除集 成電路芯片所產(chǎn)生的熱。第一層次的封裝，主要區(qū)分為：在每一個(gè)模塊中，含有單一個(gè) 集成電路芯片的單芯片模塊(Single-Chip Module),與在一個(gè)模

7、塊中，含有數(shù)個(gè)芯片的多 芯片模塊(Multi-Chip Module)。此外，尚有一種稱為混成電路(hybrid circuit)的封裝方式， 混成電路是將主動(dòng)及被動(dòng)組件黏貼上同一個(gè)陶瓷或金屬基板上，再以金屬外殼封裝起來(lái)。圖1.3c IC芯片應(yīng)用于LCD Display超聲波壓焊應(yīng)用在多種多樣的場(chǎng)合，最終產(chǎn)品從手表，掌上計(jì)算機(jī)，LCD模塊，玩具，電子賀卡等微型設(shè)備甚至應(yīng)用于個(gè)人計(jì)算機(jī)、錄象機(jī)、微波爐到汽車、飛機(jī)等。自 動(dòng)化超聲波壓焊行業(yè)已有20到25年的歷史，已經(jīng)發(fā)展得相當(dāng)成熟。設(shè)備的速度和精度 以及處理不同類型材料的能力都有了提高。與之相反，人工壓焊設(shè)備可用于一些特定場(chǎng)合，比如在組件不能用于

8、自動(dòng)壓焊機(jī)上的時(shí)候。人工壓焊用得最多的地方是磁盤驅(qū)動(dòng)器的組裝.芯片黏結(jié)至引腳切割成型的應(yīng)用流程如下圖1.3b芯片黏結(jié)至引腳切割成型的應(yīng)用流程圖1.4焊線技術(shù):超聲波壓焊(Wire Bonding)是一種初級(jí)內(nèi)部互連方法，是連到實(shí)際的裸片表面或器件 邏輯電路的最初一級(jí)的內(nèi)部互連方式，這種連接方式把邏輯訊號(hào)或芯片的電訊號(hào)與外界 連起來(lái)。其它的初級(jí)互連方式包括倒裝芯片和卷帶自動(dòng)焊接(TAB),但是超聲波壓焊在這些連接方法中占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，所有互連方式中有90%以上都是用這種方法。在這個(gè)數(shù)字中又有約90%采用金線超聲波壓焊，其余則使用鋁及其它貴金屬或近似貴金屬的材料。超聲波壓焊用于芯片到基板、基板到基板

9、或者基板到封裝的連接， 它有兩種形式：球 焊和楔焊。謝頓接合阿根格接合圖1.4a焊線接合的兩種不同接合型式金絲球焊是最常用的方法，在這種制程中，一個(gè)熔化的金球黏在一段線上，壓下后 作為第一個(gè)焊點(diǎn)，然后從第一個(gè)焊點(diǎn)抽出彎曲的線再以新月形狀將線(第二個(gè)楔形焊點(diǎn))連上，然后又形成另一個(gè)新球用于下一個(gè)的第一個(gè)球焊點(diǎn)。金絲球焊被歸為熱聲制程， 也就是說(shuō)焊點(diǎn)是在熱(一般為150 C)、超聲波、壓力以及時(shí)間的綜合作用下形成的。第二種壓焊方法是楔形制程，這種制程主要使用鋁線，但也可用金線，通常都在室 溫下進(jìn)行。楔焊將兩個(gè)楔形焊點(diǎn)壓下形成連接，在這種制程中沒有球形成。鋁線焊接制 程被歸為超聲波線焊，形成焊點(diǎn)只用

10、到超聲波能、壓力以及時(shí)間等參數(shù)。不同制程類型的采用取決于具體的應(yīng)用場(chǎng)合。比如金線壓焊用于大批量生產(chǎn)的場(chǎng)合，因?yàn)檫@種制程速度較快。鋁線壓焊則用于封裝或PCB不能加熱的場(chǎng)合。另外，楔形壓焊制程比金線壓焊具有更精細(xì)的間距。目前，金線壓焊的間距極限為60pm；采用細(xì)鋁線楔形壓焊可以達(dá)到小于60 pm的間距。 焊線式(wire bond)焊線接合首先將芯片固定在合適的基板或?qū)Ь€架 (Lead Frame)上，再以細(xì)金屬線，將 芯片上的電路與基板或?qū)Ь€架上的電路相連接如圖所示。連接的方法，通常利用熱壓、超音波、或兩者合用。在此技術(shù)中所用金屬線的直徑，通常在 25到75仙m之間。金屬 線的材料以鋁及金為主，

11、銅線也正被評(píng)估取代金線的可能性。芯片在基板與導(dǎo)線架上的 固定(Die Bond),主要是利用高分子黏著劑、軟焊焊料、及共晶的合金等。芯片固定材 料的選擇，主要依據(jù)封裝的氣密性要求、散熱能力、及熱膨脹系數(shù)等條件來(lái)決定。金-硅、 金-錫的共晶合金、與填銀的環(huán)氧樹脂黏著劑。因?yàn)楹妇€接合技術(shù)的簡(jiǎn)易性及應(yīng)用在新制 程上的便捷性，再加上長(zhǎng)久以來(lái)所有配合的技術(shù)及機(jī)具都已開發(fā)健全，近來(lái)在自動(dòng)化及 焊線速度上更有長(zhǎng)足的進(jìn)步，所以在目前焊線接合仍是市場(chǎng)上主要的技術(shù)。圖1.4b焊線接合1.5生產(chǎn)線對(duì)焊線技術(shù)的要求：購(gòu)買超聲波壓焊機(jī)時(shí)，需要考慮幾個(gè)方面。首先，要看壓焊機(jī)能否生產(chǎn)所需要的產(chǎn) 品？要確定這點(diǎn)，可以將任務(wù)交

12、由供貨商去完成，超聲波壓焊機(jī)的供貨商不僅要知道如 何完成目標(biāo)任務(wù)，而且還要懂得冶金學(xué)知識(shí)和電子產(chǎn)品的生產(chǎn)制造。還需要決定的是設(shè) 備的可靠性級(jí)別，以及在機(jī)器黏著和投產(chǎn)后可以得到的服務(wù)支持如何。一般來(lái)講，超聲波壓焊出現(xiàn)的問(wèn)題分為三類。1 .首先是材料，它是否適合高產(chǎn)量壓焊制程流程，比如金線壓焊就需要光滑、潔凈 的焊接表面。一般金線焊在裸片的鋁焊盤上，而厚薄不等的金膜則噴鍍?cè)诨迳稀?表面的干凈程度會(huì)影響焊接的可靠性。金線壓焊是微電子裝配中最敏感的制程之 一，它可以歸為“決定性試驗(yàn)"，用來(lái)確定材料和制程是否處于控制狀態(tài)。 如果沒有 控制好，那么壓焊機(jī)就極有可能出現(xiàn)問(wèn)題。材料問(wèn)題包括焊接表面

13、上的有機(jī)和無(wú)機(jī)污染，以及裸片結(jié)構(gòu)上細(xì)微的裂紋等。 通?？捎们逑粗瞥倘コ袡C(jī)污染，比如氮等離子氣清洗。其它的材料問(wèn)題通常需 在前一道或幾道工序中解決，比如在裸片和基板制造中。2 .第二個(gè)可能出現(xiàn)的問(wèn)題是壓焊制程的作業(yè)方式，包括如下問(wèn)題：a.材料是否正確地送入機(jī)器?b.書寫及編入的壓焊程序是否正確?通常很難使得材料和制程都保持較高程度的控制和可重復(fù)性，但是，這些卻是造 成壓焊產(chǎn)出損失的主要原因。3 .第三個(gè)要檢查的是設(shè)備本身，尤其是機(jī)器的校正和運(yùn)行情況。在平常解決壓焊問(wèn) 題的過(guò)程中，這應(yīng)該是要檢查的最后一關(guān)。如果設(shè)備維護(hù)完好，材料和過(guò)程控制 良好，壓焊作業(yè)的缺陷率就完全可以小于100ppm。隨著倒

14、裝芯片技術(shù)的不斷提高，對(duì)超聲波壓焊的要求也越來(lái)越高，特別是 I/O間距 和焊盤形狀。雖然超聲波壓焊機(jī)的供貨商們不斷降低作為處理能力的最低間距，但是每 個(gè)倒裝芯片上還是具有較高的I/O密度。不過(guò)直到下世紀(jì)初，超聲波壓焊仍將是初級(jí)互 連的最主要方法。這是因?yàn)橐呀?jīng)有了大量的配套設(shè)施，包括設(shè)備、配套材料及制程技術(shù) 人員，即使對(duì)一個(gè)小公司也能提供足夠的支持服務(wù)。而且，即便存在上面談及的問(wèn)題， 超聲波壓焊仍然是初級(jí)互連中最為靈活的方法。2.芯片直接封裝過(guò)程：2.1 芯片直接封裝的步驟：a.黏晶(Die Bond , Die Attach)將分離之晶粒放置在導(dǎo)線架(Lead frame)上，并利用環(huán)氧樹脂(

15、Epoxy)黏著固定。b.焊線(Wire Bond)將晶粒上之接點(diǎn)以極細(xì)的金線(18-50 m)連接到導(dǎo)線架上之內(nèi)引腳，使得IC之電 路訊號(hào)能傳輸至外界。c.封膠(Molding)將打好線之芯片封入保護(hù)膜內(nèi)，以防止?jié)駳馇秩耄С謱?dǎo)線，散熱及提供能夠手 持之形體過(guò)程：a.將焊線完之導(dǎo)線架放于框架上，并預(yù)熱；b.將框架置于壓模機(jī)之封裝模上；c.壓模機(jī)激活后，封閉上下模，將半溶化后之樹脂擠入模中，待樹脂填充硬 化后，開模取出成品。d.剪切與成型(Trim/Form)將不需要的連接用材料及部份凸出之樹脂切除 （Debunk）。需考慮不同材料，切除 時(shí)之問(wèn)題。.成型目的，則是將外引腳壓成各種預(yù)先設(shè)計(jì)好之

16、形狀，需考慮如何彎 折外引腳成設(shè)計(jì)之形狀，同時(shí)不致破壞樹脂密封之狀態(tài)。訐屈成拈吐 msM并；陶?qǐng)D2,1a晶粒以極細(xì)的金線連接到導(dǎo)線架上之內(nèi)引腳2.2 芯片直接封裝的焊線流程：1 .首先用像膠或化學(xué)劑清潔電路版表面的污漬.2,用手動(dòng)或自動(dòng)式設(shè)備吸起芯片，并把芯片放于己加上膠水的電路版上.3,放于發(fā)熱器上（內(nèi)），使膠水硬化，讓芯片能固定于電路版上.（但這過(guò)程乃視乎所選用的膠水物料而定，可能不需要）4,用超音波法（ultrasonic （U/S） bonding）使其金屬與芯片接合5,用手動(dòng)或自動(dòng)式設(shè)備把芯片封膠以防止金屬線折斷.6,放于發(fā)熱器上（內(nèi)），使封膠硬化，保護(hù)芯片.2.3 總結(jié)：在電子技術(shù)快速發(fā)展帶動(dòng)下，小型化的攜帶式電子產(chǎn)品，不再是遙不可及，已成為風(fēng)行全球的發(fā)展趨勢(shì)。最具代表性的例子，如薄型