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1、芯片封装的主要步骤板上芯片（ Chip On Board, COB)工艺过程首先是在基底表面用导热环氧树脂(一般用掺银颗粒的环氧树脂 )覆盖硅片安放点，然后将硅片直接安放在基底表面，热处理至硅片牢固地固定在基底为止，随后再用丝焊的方法在硅片和基底之间直接建立电气连接。裸芯片技术主要有两种形式：一种是COB 技术，另一种是倒装片技术（Flip Chip ）。板上芯片封装（ COB），半导体芯片交接贴装在印刷线路板上，芯片与基板的电气连接用引线缝合方法实现，芯片与基板的电气连接用引线缝合方法实现，并用树脂覆盖以确保可靠性。虽然 COB 是最简单的裸芯片贴装技术，但它的封装密度远不如TAB 和倒片焊
2、技术。COB 主要的焊接方法：（1）热压焊利用加热和加压力使金属丝与焊区压焊在一起。其原理是通过加热和加压力，使焊区（如AI）发生塑性形变同时破坏压焊界面上的氧化层，从而使原子间产生吸引力达到“ 键合” 的目的，此外，两金属界面不平整加热加压时可使上下的金属相互镶嵌。此技术一般用为玻璃板上芯片COG 。（2）超声焊超声焊是利用超声波发生器产生的能量，通过换能器在超高频的磁场感应下，迅速伸缩产生弹性振动，使劈刀相应振动，同时在劈刀上施加一定的压力，于是劈刀在这两种力的共同作用下，带动AI 丝在被焊区的金属化层如（AI 膜）表面迅速摩擦，使AI 丝和 AI 膜表面产生塑性变形，这种形变也破坏了AI
3、 层界面的氧化层，使两个纯净的金属表面紧密接触达到原子间的结合，从而形成焊接。主要焊接材料为铝线焊头，一般为楔形。（3）金丝焊球焊在引线键合中是最具代表性的焊接技术，因为现在的半导体封装二、三极管封装都采用 AU 线球焊。而且它操作方便、灵活、焊点牢固（直径为25UM 的 AU 丝的焊接强度一般为 0.070.09N/ 点），又无方向性，焊接速度可高达15 点/秒以上。金丝焊也叫热（压）（超）声焊主要键合材料为金（AU）线焊头为球形故为球焊。COB 封装流程第一步：扩晶。采用扩张机将厂商提供的整张LED 晶片薄膜均匀扩张，使附着在薄膜表面紧密排列的LED 晶粒拉开，便于刺晶。第二步：背胶。将扩
4、好晶的扩晶环放在已刮好银浆层的背胶机面上，背上银浆。点银浆。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 6 页 - - - - - - - - - 适用于散装LED 芯片。采用点胶机将适量的银浆点在PCB 印刷线路板上。第三步：将备好银浆的扩晶环放入刺晶架中，由操作员在显微镜下将LED 晶片用刺晶笔刺在 PCB 印刷线路板上。第四步：将刺好晶的PCB 印刷线路板放入热循环烘箱中恒温静置一段时间，待银浆固化后取出 (不可久置，不然LED 芯片镀层会烤黄，即氧化，给邦定造
5、成困难)。如果有 LED芯片邦定，则需要以上几个步骤；如果只有IC 芯片邦定则取消以上步骤。第五步：粘芯片。用点胶机在PCB 印刷线路板的IC 位置上适量的红胶(或黑胶 )，再用防静电设备 (真空吸笔或子 )将 IC 裸片正确放在红胶或黑胶上。第六步：烘干。将粘好裸片放入热循环烘箱中放在大平面加热板上恒温静置一段时间，也可以自然固化 (时间较长 )。第七步：邦定 (打线)。采用铝丝焊线机将晶片(LED 晶粒或 IC 芯片 )与 PCB 板上对应的焊盘铝丝进行桥接，即COB 的内引线焊接。第八步：前测。使用专用检测工具(按不同用途的COB 有不同的设备，简单的就是高精密度稳压电源 )检测 COB
6、 板，将不合格的板子重新返修。第九步：点胶。采用点胶机将调配好的AB 胶适量地点到邦定好的LED 晶粒上， IC 则用黑胶封装，然后根据客户要求进行外观封装。第十步：固化。将封好胶的PCB 印刷线路板放入热循环烘箱中恒温静置，根据要求可设定不同的烘干时间。第十一步：后测。将封装好的PCB 印刷线路板再用专用的检测工具进行电气性能测试，区分好坏优劣。与其它封装技术相比，COB 技术价格低廉（仅为同芯片的1/3 左右）、节约空间、工艺成熟。但任何新技术在刚出现时都不可能十全十美，COB 技术也存在着需要另配焊接机及封装机、有时速度跟不上以及PCB 贴片对环境要求更为严格和无法维修等缺点。某些板上芯
7、片 (CoB) 的布局可以改善IC 信号性能，因为它们去掉了大部分或全部封装，也就是去掉了大部分或全部寄生器件。然而，伴随着这些技术，可能存在一些性能问题。在所有这些设计中，由于有引线框架片或BGA 标志，衬底可能不会很好地连接到VCC 或地。可能存在的问题包括热膨胀系数(CTE) 问题以及不良的衬底连接。将芯片封装在一个封装体内或其表面上是封装界沿用了多年的一种传统的封装技术。如LPCC 、TBGA 、SOIC 和 DIPS 等都采用这种封装方法。90 年代以来，随着应用领域的大力驱动，封装技术不断取得日新月异的进展。单从封装技术新名词的涌现速度就足以说明封装技术的不断发展。近几年在各种期刊
8、和会议录文章中出现的封装技术缩略词更是层出不穷，令人眼花缭乱，应接不暇。人们对铜引线框架的特性及其相关的工艺技术并不陌生。采用金线与其它合金(如铜等 )的名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 6 页 - - - - - - - - - 引线键合技术已接近完美的程度。最近几年，引线键合的节距(交错节距 )不断减小，已由原来的 100m降至 80m 、50m 、35m ，2002 年已降至25m 。目前的封装多采用下列两种形式： 1种是采用封帽的气密封装；另一种是采
9、用模压化合物或液体密封剂的灌封方式，使最终的封装体能经受住可靠性测试。此外，与PCB 的互连采用针式引线，其形状可分为直接鸥翼形成“J”形。三四年以前，制造产品的最终目的通常是最大限度地延长使用寿命。但如今的情况已大不相同了，消费类产品已达到极为丰富的程度。一旦产品出现故障，人们通常采用的方法是弃旧购新，因为购买新产品的价格甚至比维修还要划算。这也足以说明，大部分产品的价格已发生了许多变化。2 倒装芯片技术的发展30 多年前， “ 倒装芯片 ” 问世。当时为其冠名为“C4”，即“ 可控熔塌芯片互连” 技术。该技术首先采用铜，然后在芯片与基板之间制作高铅焊球。铜或高铅焊球与基板之间的连接通过易熔
10、焊料来实现。此后不久出现了适用于汽车市场的“ 封帽上的柔性材料(FOC)”；还有人采用 Sn 封帽，即蒸发扩展易熔面或E3 工艺对 C4 工艺做了进一步的改进。C4 工艺尽管实现起来比较昂贵(包括许可证费用与设备的费用等)，但它还是为封装技术提供了许多性能与成本优势。与引线键合工艺不同的是，倒装芯片可以批量完成，因此还是比较划算。由于新型封装技术和工艺不断以惊人的速度涌现，因此完成具有数千个凸点的芯片设计目前已不存在大的技术障碍小封装技术工程师可以运用新型模拟软件轻易地完成各种电、热、机械与数学模拟。此外，以前一些世界知名公司专为内部使用而设计的专用工具目前已得到广泛应用。为此设计人员完全可以
11、利用这些新工具和新工艺最大限度地提高设计性，最大限度地缩短面市的时间。无论人们对此抱何种态度，倒装芯片已经开始了一场工艺和封装技术革命，而且由于新材料和新工具的不断涌现使倒装芯片技术经过这么多年的发展以后仍能处于不断的变革之中。为了满足组装工艺和芯片设计不断变化的需求，基片技术领域正在开发新的基板技术，模拟和设计软件也不断更新升级。因此，如何平衡用最新技术设计产品的愿望与以何种适当款式投放产品之间的矛盾就成为一项必须面对的重大挑战。由于受互连网带宽不断变化以及下面列举的一些其它因素的影响，许多设计人员和公司不得不转向倒装芯片技术。其它因素包括：减小信号电感 40Gbps( 与基板的设计有关)；
12、降低电源接地电感；提高信号的完整性；最佳的热、电性能和最高的可靠性；减少封装的引脚数量；超出引线键合能力，外围或整个面阵设计的高凸点数量；当节距接近200m设计时允许； S 片缩小 (受焊点限制的芯片)；允许 BOAC 设计，即在有源电路上进行凸点设计。然而，由于倒装芯片工艺的固有特点使采用倒装芯片工艺制作的封装并非是全密封的，且还要使用刚性凸点。在这一点上，它与采用引线键合将芯片与基板相连接的方法有所不名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 6 页 - - -
13、- - - - - - 同。许多早期的C4 设计都与芯片 (热膨胀系数，即CTE 约为 23-28ppm) 一起组装在陶瓷基板 (CTE 为 7ppm) 上。这种设计通常需要底部填料以确保芯片与基板的可靠连接。底部填充的主要作用是弥补芯片与基板之间在功率与或热循环期间出现的CTE 失配，而不起隔离潮湿的作用。CTE 失配有可能造成芯片与基板以不同的速度膨胀和收缩，最终会导致芯片的断裂。倒装芯片工艺自问世以来一直在微电子封装中得到广泛应用。最近5 年由于对提高性能，增加凸点数量和降低成本等方面不断提出新的要求。为了满足这些要求，许多知名大公司已对倒装芯片技术做了许多改进。由于芯片尺寸已经增加，凸
14、点节距已经减小，促进新型基板材料不断问世，芯片凸点制作工艺和底部填充技术不断改善，环保型无铅焊料逐步得到广泛应用，致使互连的选择越来越广泛。3 新工艺问世最近几年由于应用领域不断对工艺提出新的要求，世界各国，尤其是美国从事封装技术研究的机构和公司都纷纷推出其新的工艺和技术。这些新的工艺可省去以往那些价格昂贵的基板和工艺步骤，直接在PCB 上安装更小的芯片。这些工艺尤其适用于低成本的消费类产品。此外，最近一些公司还开发出一种采用有机基板的新工艺。这种有机基板的最大优势在于它的制造成本。它比陶瓷基板工艺的成本要低得多，而设计的线条却可以达到非常细密的程度。自从有机基板出现以来，为了满足日益缩小的特
15、征尺寸的要求，许多公司已开发出有机基板专用的工具和工艺技术。可供选择的基板材料十分丰富，包括柔性基板(带状)、叠层基板 (FR-4 、FR-5、BTTM等)、组合基板 (有机组合薄层或叠层上的薄膜介质材料)、氧化铝陶瓷、 HiTCETM 陶瓷、以及具有 BCBTM 介质层的玻璃基板等，可谓应有尽有。几年前，如果一个高速芯片组件所耗的功率较高，凸点在2000 个以上，节距为200pm 的话，其制造难度与制作成本将会高的难以想像。但就目前的工艺设备与技术能力而言，对同类难度产品的制造与组装成品率都已达到相当高的水平，且制造成本已趋于合理化。推动这些新工艺发展的驱动力是什么呢 ?其实，与任何新技术相
16、同，推动其发展的动力仍是为了达到生产与样品基板的普及性、基板与组装成本、封装设计要求与可靠性等因素之间的平衡。4 成本问题像其它技术一样，倒装芯片技术的制造成本仍然与技术和批量大小密切相关。目前大多数工艺的成本仍然十分高昂，而标准工艺仍受批量生产程度的驱使。此外，可靠性也是需要解决的一个问题。许多公司在进行有机封装时仍在使用针对气密封装的可靠性标准。目前有许多公司正在和JEDEC 讨论解决这一问题的办法。近一段时间，各种科技期刊报道了多篇论述这一问题的文章。估计在不远的将来有望出台一套专门适用于有机封装技术的标准。与此同时，供应商与用户也在不断努力，为满足单个用户的特殊要求提供必要的可靠性。过
17、去， IC 封装通常需要进行下面一系列的可靠性测试。在 121下进行 168 个小时的相对湿度压力锅蒸煮试验(RH-PCT) ；在 150下完成 1000 小时的高温存储 (HTSL) 试验；在 85下完成 1000 小时， 85相对湿度温度 -温度偏压试验 (RH-THBT) ；在 -55-+125 下完成 1000 个循环。在 130下完成超过168 小时， 85 相对湿度强加速温湿应力试验(RH-HSAT) 。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 6 页
18、- - - - - - - - - 封装与 PCB 的二级可靠性包括许多项不同的测试。这些测试需要在0-100下完成 300个循环。 JEDEC 对测试标准和循环的停留时间做了十分详细的规定。随着有机封装应用领域的不断扩大，可靠性问题将成为该技术面临的主要挑战。其中由潮气吸收引起的分层，以及由封装结构的精细程度和电流密度过高引起的电迁移等问题都必须得到更多的关注。聚酰亚胺是吸潮性能最差的材料之一。尽管目前的一层或两层带状生产都采用这种材料，但它与铜的粘接性能较差，因此有机封装要想取得长足发展必须解决这些问题。5 失效机理要充分理解材料在使用过程中出现的失效机理仍需要通过湿气和腐蚀测试，如PCT
19、 和HAST 等。不过这些测试是否应该用作鉴定失效的基本条件仍有争议。这些问题还有待JEDEC 和其它机构的进一步商议。除此之外，封装界还在探讨其它的测试手段。一些公司认为，一理了解了失效的机理就可以取消某些测试标准。然而，一些特殊应用的产品仍要与许多喷气式飞机部件、医疗部件、卫星、导弹等一起进行温度循环实验。在这类情况下仍需要可靠性更高、寿命更长的倒装芯片封装。因此必须开发一种适合高速大功耗(5100W) 工作的芯片工艺技术。这类芯片的凸点通常在2000-5000 个，节距在200m或以下。尽管有许多公司正在从事这方面的研究，但谁会成为最大的赢家目前尚不明朗。迄今为止，每个公司都在制订各自的
20、工作目标，因此市场上的工艺技术及支撑产品的种类十分繁杂。主要包括CSP 、DCA 、COB 和 FCBGA( 倒装芯片焊球网络阵列)等。6 选择倒装芯片的最终结果是一个封装，但它本身是一种工艺而并非封装。可以采用各种不同的方法改变工艺以满足各种不同的应用要求。最基本的步骤包括：制作芯片封装凸点、切片、将芯片倒装在基板或载体上、芯片与基板再流焊、在芯片与基板之间进行底部填充、老化、制作BGA 焊球、将最终的封装组装到另一块印制电路板(通常为 FR-4) 上。是否选择倒装芯片技术作为最终的封装选择主要取决于基板的选择。通常基板必须符合下列要求：芯片的电学要求(电感、电容、电阻、传播延迟、EMI 等
21、)；根据供应商提供的基板设计特点(线条、间隔、通孔尺寸、通孔直径等)进行设计；成本要求；焊球或焊膏 (含铅或无铅 )的组份；热性能要求；尺寸要求；应用对封装可靠性的要求；应用对 PCB 或二极可靠性的要求。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 6 页 - - - - - - - - - 7 结论综上所述，在设计或制造中遇到问题时应常与组装伙伴共同商讨对策。因为他们所拥有的模拟软件可以对任何电参数和热特性进行模拟，可最终选出最佳的封装手段；他们的建模能力可满足新型设计的高速要求；他们拥有丰富的经验和可靠的数据,完全可根据设计方案完成产品的生产和制作；他们还拥有对最终产品的测试能力，还可以就材料的选择、热选择、焊料合金和组装结构提出切实可行的建议。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 6 页 - - - - - - - - -