COB工艺制程简介(20210312223059)

1、COB工艺制程简介 1. 芯片的焊线连接: 1.1芯片直接封装简介: 现代消费性电子产品逐渐走向轻、薄、短、小的潮流下，COB (Chip On Board)已 成为一种普遍的圭寸装技术。COB的关键技术在于 Wire Bonding (俗称打线)及 Molding (封胶成型)，是指对裸露的集成电路芯片(IC Chip)，进行封装，形成电子组件的制程， 其中IC 藉由焊线(Wire Bonding)、覆晶接合(Flip Chip)、或卷带接合(Tape Automatic Bon di ng；简称TAB)等技术，将其I/O经封装体的线路延伸出来。 集成电路芯片必须依照设计和外界的电路连接，方

2、能成为具有一定功能的电子组件 就如我们所看到的IC就是这种已封装好、有外引脚的封装的集成电路。 1.2芯片的焊线连接方式简介： IC芯片必须与封装基板完成电路连接才能发挥既有的功能，现时市面上流行的焊线 连接方式有三类：打线接合(Wire Bon di ng)、卷带自动接合(Tape Automated Bon di ng ， TAB)与覆晶接合(Flip Chip ，FC)，分述如下： 1.2.1 打线接合(Wire Bonding ) 打线接合是最早亦为目前应用最广的技术，此技术首 先将芯片固定于导线架上，再 以细金属线将芯片上的电路和导线架上的引脚相连接。而随着近年来其它技术的兴起， 打

3、线接合技术正受到挑战，其市场占有比例亦正逐渐减少当中。但由于打线接合技术之 简易性 及便捷性，加上长久以来与之相配合之机具、设备及相关技术皆以十分成熟，因 此短期内打线接合技术似乎仍不大容易为其它技术所淘汰。 图1.2a打线接合的示意图 1.2.2 卷带式自动接合(Tape Automated Bonding ， TAB) 卷带式自动接合技术首先于1960年代由 通用电子(GE)提出。卷带式自动接合制 程，即是将芯片与在高分子卷带上的金属电路相连接。而高分子卷带之材料则以 polyamide为主，卷带上之金属层则以铜箔使用最多。卷带式自动接合具有厚度薄、接 脚间距小且能提供高输出/入接脚数等优

4、点，十分适用于需要重量轻、体积小之IC产品 外引 晶 引胛 外引躺暮口 晶粒如 傅送口 捲需之基車架構 图1.2a卷带式基本架构 123 覆晶接合(Flip Chip ) 覆晶式接合为IBM于I960年代中首 先开发而成。其技术乃于晶粒之金 属垫上生 成焊料凸块，而于基版上生成与晶粒焊料凸块相对应之接点，接着将翻转之晶粒对准基 版上之接点将所有点接合覆晶接合具有最短连接长度、最佳电器特性、最高输出/入接点 1.3芯片的焊线连接的应用和优点： 封装是指电子产品的生产过程中，将各种电子组件，依需要组装接连的所有制程, 其功能在于电源分布，讯号分布，散热功能，保护功能并提供足够的机械强度 近年来电子

5、产品对大容量化、小型化、高速化的需求，半导体封装除上述的基本功能之 需求外，对于新功能的需求亦不断增加，主要如下七项 ： 1. 为满足半导体组件对高集积、高功能需求的多脚化。 2. 半导体为达高性能、大容量，封装所搭配的半导体组件也逐渐大型化。 3. 为提高在基板上的封装密度，必需使封装外型更加小型化、薄型化。 4. 由于多样化封装的限制与系统化，各公司各产品间缺乏协调性与标准化。 5. 经由焊锡接合性的改善与接合应力(Stress)的吸收，使表面封装更加简易化。 6. 因应电子电路高速处理之封装，可提高电讯的传送速度。 7. 因应半导体组件的高集积、大规模化之高散热化 。 我们对裸露的集成电

6、路芯片(IC Chip)，进行封装，形成电子组件的制程，其中IC藉 由焊线(Wire Bonding)、覆晶接合(Flip Chip)、或卷带接合(Tape Automatic Bon di ng；简称 TAB)等技术，将其I/O经封装体的线路延伸出来。 事实上，一般我们所看到的IC就是这种已封装好、有外引脚的封装IC。因为第一 层次封装直接与芯片接触，所以封装材料的热膨胀系数，必须与芯片的热膨胀系数兼容。 封装材料的电导性要低，以降低电讯传送的干扰，而且其传热性质需要良好，以去除集 成电路芯片所产生的热。第一层次的封装，主要区分为：在每一个模块中，含有单一个 集成电路芯片的单芯片模块(Sin

7、gle-Chip Module)，与在一个模块中，含有数个芯片的多 芯片模块(Multi-Chip Module)。此外，尚有一种称为混成电路(hybrid circuit)的圭寸装方式， 混成电路是将主动及被动组件黏贴上同一个陶瓷或金属基板上，再以金属外壳封装起来。 图1.3c IC芯片应用于LCD Display 超声波压焊应用在多种多样的场合，最终产品从手表，掌上计算机，LCD模块，玩 具，电子贺卡等微型设备甚至应用于个人计算机、录象机、微波炉到汽车、飞机等。自 动化超声波压焊行业已有20到25年的历史，已经发展得相当成熟。设备的速度和精度 以及处理不同类型材料的能力都有了提高。与之相反

8、，人工压焊设备可用于一些特定场合，比如在组件不能用于自动压焊机上的时候。人工压焊用得最多的地方是磁盘驱动器 的组装. 芯片黏结至引脚切割成型的应用流程如下 封盈 K品片 ictKJr G腳架 成品 mnraufjITi 图1.3b芯片黏结至引脚切割成型的应用流程图 1.4焊线技术: 超声波压焊(Wire Bon di ng)是一种初级内部互连方法，是连到实际的裸片表面或器件 逻辑电路的最初一级的内部互连方式，这种连接方式把逻辑讯号或芯片的电讯号与外界 连起来。其它的初级互连方式包括倒装芯片和卷带自动焊接(TAB)，但是超声波压焊在 这些连接方法中占有绝对优势，所有互连方式中有90%以上都是用这

9、种方法。在这个数 字中又有约90%采用金线超声波压焊，其余则使用铝及其它贵金属或近似贵金属的材料。 超声波压焊用于芯片到基板、基板到基板或者基板到封装的连接， 它有两种形式：球 焊和楔焊。 图1.4a焊线接合的两种不同接合型式 金丝球焊是最常用的方法，在这种制程中，一个熔化的金球黏在一段线上，压下后 作为第一个焊点，然后从第一个焊点抽出弯曲的线再以新月形状将线(第二个楔形焊点) 连上，然后又形成另一个新球用于下一个的第一个球焊点。金丝球焊被归为热声制程， 也就是说焊点是在热(一般为150 C)、超声波、压力以及时间的综合作用下形成的。 第二种压焊方法是楔形制程，这种制程主要使用铝线，但也可用金

10、线，通常都在室 温下进行。楔焊将两个楔形焊点压下形成连接，在这种制程中没有球形成。铝线焊接制 程被归为超声波线焊，形成焊点只用到超声波能、压力以及时间等参数。 不同制程类型的采用取决于具体的应用场合。比如金线压焊用于大批量生产的场合， 因为这种制程速度较快。铝线压焊则用于封装或PCB不能加热的场合。另外，楔形压焊 制程比金线压焊具有更精细的间距。目前，金线压焊的间距极限为60卩m;采用细铝线 楔形压焊可以达到小于60卩m的间距。 焊线式(wire bond) 焊线接合首先将芯片固定在合适的基板或导线架 (Lead Frame) 上,再以细金属线，将 芯片上的电路与基板或导线架上的电路相连接如图

11、所示。连接的方法，通常利用热压、 超音波、或两者合用。在此技术中所用金属线的直径，通常在25到75卩m之间。金属 线的材料以铝及金为主，铜线也正被评估取代金线的可能性。芯片在基板与导线架上的 固定（Die Bond），主要是利用高分子黏着剂、软焊焊料、及共晶的合金等。芯片固定材 料的选择，主要依据封装的气密性要求、散热能力、及热膨胀系数等条件来决定。金-硅、 金-锡的共晶合金、与填银的环氧树脂黏着剂。因为焊线接合技术的简易性及应用在新制 程上的便捷性，再加上长久以来所有配合的技术及机具都已开发健全，近来在自动化及 焊线速度上更有长足的进步，所以在目前焊线接合仍是市场上主要的技术。 图1.4b焊

12、线接合 1.5生产线对焊线技术的要求： 购买超声波压焊机时，需要考虑几个方面。首先，要看压焊机能否生产所需要的产 品？要确定这点，可以将任务交由供货商去完成，超声波压焊机的供货商不仅要知道如 何完成目标任务，而且还要懂得冶金学知识和电子产品的生产制造。还需要决定的是设 备的可靠性级别，以及在机器黏着和投产后可以得到的服务支持如何。 一般来讲，超声波压焊出现的问题分为三类。 1. 首先是材料，它是否适合高产量压焊制程流程，比如金线压焊就需要光滑、洁净 的焊接表面。一般金线焊在裸片的铝焊盘上，而厚薄不等的金膜则喷镀在基板上。 表面的干净程度会影响焊接的可靠性。金线压焊是微电子装配中最敏感的制程之

13、一,它可以归为决定性试验，用来确定材料和制程是否处于控制状态。 如果没有 控制好，那么压焊机就极有可能出现问题。 材料问题包括焊接表面上的有机和无机污染，以及裸片结构上细微的裂纹等。 通常可用清洗制程去除有机污染，比如氩等离子气清洗。其它的材料问题通常需 在前一道或几道工序中解决，比如在裸片和基板制造中。 2. 第二个可能出现的问题是压焊制程的作业方式，包括如下问题： a. 材料是否正确地送入机器? b. 书写及编入的压焊程序是否正确？ 通常很难使得材料和制程都保持较高程度的控制和可重复性，但是，这些却是造 成压焊产出损失的主要原因。 3. 第三个要检查的是设备本身，尤其是机器的校正和运行情况

14、。在平常解决压焊问 题的过程中，这应该是要检查的最后一关。如果设备维护完好，材料和过程控制 良好，压焊作业的缺陷率就完全可以小于 100ppm 。 随着倒装芯片技术的不断提高，对超声波压焊的要求也越来越高，特别是 I/O 间距 和焊盘形状。虽然超声波压焊机的供货商们不断降低作为处理能力的最低间距，但是每 个倒装芯片上还是具有较高的 I/O 密度。不过直到下世纪初，超声波压焊仍将是初级互 连的最主要方法。这是因为已经有了大量的配套设施，包括设备、配套材料及制程技术 人员，即使对一个小公司也能提供足够的支持服务。而且，即便存在上面谈及的问题， 超声波压焊仍然是初级互连中最为灵活的方法。 2. 芯片

15、直接封装过程： 2.1 芯片直接封装的步骤： a. 黏晶(Die Bond , Die Attach) 将分离之晶粒放置在导线架 (Lead frame) 上，并利用环氧树脂 (Epoxy) 黏着固定。 b. 焊线 (Wire Bond) 将晶粒上之接点以极细的金线(18-50卩m)连接到导线架上之内引脚，使得IC之电 路讯号能传输至外界。 c. 封胶 (Molding) 将打好线之芯片封入保护膜内，以防止湿气侵入，支持导线，散热及提供能够手 持之形体过程 : a. 将焊线完之导线架放于框架上，并预热 ; b. 将框架置于压模机之封装模上 ; c. 压模机激活后，封闭上下模，将半溶化后之树脂挤

16、入模中，待树脂填充硬 化后，开模取出成品。 d. 剪切与成型 (Trim/Form) 将不需要的连接用材料及部份凸出之树脂切除（Debunk）。需考虑不同材料，切除 时之问题。成型目的，则是将外引脚压成各种预先设计好之形状，需考虑如何弯 折外引脚成设计之形状，同时不致破坏树脂密封之状态。 的禹卩朋节 图2.1a晶粒以极细的金线连接到导线架上之内引脚 2.2芯片直接封装的焊线流程： 1. 首先用像胶或化学剂清洁电路版表面的污渍 2. 用手动或自动式设备吸起芯片，并把芯片放于己加上胶水的电路版上. 3. 放于发热器上（内），使胶水硬化，让芯片能固定于电路版上 （但这过程乃视乎所选用的胶水物料而定，可能不需要） 4. 用超音波法（ultraso nic （U/S） bon di ng）使其金属与芯片接合 5. 用手动或自动式设备把芯片封胶以防止金属线折断. 6. 放于发热器上（内），使封胶硬化，保护芯片. 2.3总结： 在电子技术快速发展带动下，小型化的携带式电子产品，不再是遥不可及，已成为 风行全球的发展趋势。最其代表性的例子，