PCB芯片封裝的焊接方法及工藝流程
板上芯片封裝(COB),半導(dǎo)體芯片交接貼裝在印刷線(xiàn)路板上,芯片與基板的電氣連接用引線(xiàn)縫合方法實(shí)現(xiàn),芯片與基板的電氣連接用引線(xiàn)縫合方法實(shí)現(xiàn),并用樹(shù)脂覆蓋以確??煽啃浴km然COB是最簡(jiǎn)單的裸芯片貼裝技術(shù),但它的封裝密度遠(yuǎn)不如TAB和倒片焊技術(shù)。
板上芯片(ChipOnBoard,COB)工藝過(guò)程首先是在基底表面用導(dǎo)熱環(huán)氧樹(shù)脂(一般用摻銀顆粒的環(huán)氧樹(shù)脂)覆蓋硅片安放點(diǎn),然后將硅片直接安放在基底表面,熱處理至硅片牢固地固定在基底為止,隨后再用絲焊的方法在硅片和基底之間直接建立電氣連接。
與其它封裝技術(shù)相比,COB技術(shù)價(jià)格低廉(僅為同芯片的1/3左右)、節(jié)約空間、工藝成熟。但任何新技術(shù)在剛出現(xiàn)時(shí)都不可能十全十美,COB技術(shù)也存在著需要另配焊接機(jī)及封裝機(jī)、有時(shí)速度跟不上以及PCB貼片對(duì)環(huán)境要求更為嚴(yán)格和無(wú)法維修等缺點(diǎn)。
某些板上芯片(CoB)的布局可以改善IC信號(hào)性能,因?yàn)樗鼈內(nèi)サ袅舜蟛糠只蛉糠庋b,也就是去掉了大部分或全部寄生器件。然而,伴隨著這些技術(shù),可能存在一些性能問(wèn)題。在所有這些設(shè)計(jì)中,由于有引線(xiàn)框架片或BGA標(biāo)志,襯底可能不會(huì)很好地連接到VCC或地??赡艽嬖诘膯?wèn)題包括熱膨脹系數(shù)(CTE)問(wèn)題以及不良的襯底連接。
COB主要的焊接方法:
(1)熱壓焊
利用加熱和加壓力使金屬絲與焊區(qū)壓焊在一起。其原理是通過(guò)加熱和加壓力,使焊區(qū)(如AI)發(fā)生塑性形變同時(shí)破壞壓焊界面上的氧化層,從而使原子間產(chǎn)生吸引力達(dá)到“鍵合”的目的,此外,兩金屬界面不平整加熱加壓時(shí)可使上下的金屬相互鑲嵌。此技術(shù)一般用為玻璃板上芯片COG。
(2)超聲焊
超聲焊是利用超聲波發(fā)生器產(chǎn)生的能量,通過(guò)換能器在超高頻的磁場(chǎng)感應(yīng)下,迅速伸縮產(chǎn)生彈性振動(dòng),使劈刀相應(yīng)振動(dòng),同時(shí)在劈刀上施加一定的壓力,于是劈刀在這兩種力的共同作用下,帶動(dòng)AI絲在被焊區(qū)的金屬化層如(AI膜)表面迅速摩擦,使AI絲和AI膜表面產(chǎn)生塑性變形,這種形變也破壞了AI層界面的氧化層,使兩個(gè)純凈的金屬表面緊密接觸達(dá)到原子間的結(jié)合,從而形成焊接。主要焊接材料為鋁線(xiàn)焊頭,一般為楔形。
(3)金絲焊
球焊在引線(xiàn)鍵合中是最具代表性的焊接技術(shù),因?yàn)楝F(xiàn)在的半導(dǎo)體封裝二、三極管封裝都采用AU線(xiàn)球焊。而且它操作方便、靈活、焊點(diǎn)牢固(直徑為25UM的AU絲的焊接強(qiáng)度一般為0.07~0.09N/點(diǎn)),又無(wú)方向性,焊接速度可高達(dá)15點(diǎn)/秒以上。金絲焊也叫熱(壓)(超)聲焊主要鍵合材料為金(AU)線(xiàn)焊頭為球形故為球焊。
COB封裝流程
第一步:擴(kuò)晶。采用擴(kuò)張機(jī)將廠商提供的整張LED晶片薄膜均勻擴(kuò)張,使附著在薄膜表面緊密排列的LED晶粒拉開(kāi),便于刺晶。
第二步:背膠。將擴(kuò)好晶的擴(kuò)晶環(huán)放在已刮好銀漿層的背膠機(jī)面上,背上銀漿。點(diǎn)銀漿。適用于散裝LED芯片。采用點(diǎn)膠機(jī)將適量的銀漿點(diǎn)在PCB印刷線(xiàn)路板上。
第三步:將備好銀漿的擴(kuò)晶環(huán)放入刺晶架中,由操作員在顯微鏡下將LED晶片用刺晶筆刺在PCB印刷線(xiàn)路板上。
第四步:將刺好晶的PCB印刷線(xiàn)路板放入熱循環(huán)烘箱中恒溫靜置一段時(shí)間,待銀漿固化后取出(不可久置,不然LED芯片鍍層會(huì)烤黃,即氧化,給邦定造成困難)。如果有LED芯片邦定,則需要以上幾個(gè)步驟;如果只有IC芯片邦定則取消以上步驟。
第五步:粘芯片。用點(diǎn)膠機(jī)在PCB印刷線(xiàn)路板的IC位置上適量的紅膠(或黑膠),再用防靜電設(shè)備(真空吸筆或子)將IC裸片正確放在紅膠或黑膠上。
第六步:烘干。將粘好裸片放入熱循環(huán)烘箱中放在大平面加熱板上恒溫靜置一段時(shí)間,也可以自然固化(時(shí)間較長(zhǎng))。
第七步:邦定(打線(xiàn))。采用鋁絲焊線(xiàn)機(jī)將晶片(LED晶?;騃C芯片)與PCB板上對(duì)應(yīng)的焊盤(pán)鋁絲進(jìn)行橋接,即COB的內(nèi)引線(xiàn)焊接。
第八步:前測(cè)。使用專(zhuān)用檢測(cè)工具(按不同用途的COB有不同的設(shè)備,簡(jiǎn)單的就是高精密度穩(wěn)壓電源)檢測(cè)COB板,將不合格的板子重新返修。
第九步:點(diǎn)膠。采用點(diǎn)膠機(jī)將調(diào)配好的AB膠適量地點(diǎn)到邦定好的LED晶粒上,IC則用黑膠封裝,然后根據(jù)客戶(hù)要求進(jìn)行外觀封裝。
第十步:固化。將封好膠的PCB印刷線(xiàn)路板放入熱循環(huán)烘箱中恒溫靜置,根據(jù)要求可設(shè)定不同的烘干時(shí)間。
第十一步:后測(cè)。將封裝好的PCB印刷線(xiàn)路板再用專(zhuān)用的檢測(cè)工具進(jìn)行電氣性能測(cè)試,區(qū)分好壞優(yōu)劣。