COB制程技術(shù)研究

COB制程技朮研究CPBGNPI報(bào)告人﹕李德兵

2004/09/15012004年度SMT技朮交流發(fā)表大會(huì)前言在電子技術(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)。最其代表性的例子，如薄型筆記型電腦、個(gè)人數(shù)位助理(PDA)、行動(dòng)電話、數(shù)位相機(jī)，均是時(shí)下最熱門的電子產(chǎn)品。這些小型化攜帶式電子產(chǎn)品中，由於IC晶片的廣泛使用，也使得半導(dǎo)體的技術(shù)發(fā)展一日千里。在未來電子產(chǎn)品不斷朝向輕薄短小、高速、高腳數(shù)等特性發(fā)展的潮流下，其中除電子元件是主要關(guān)鍵外,COB（ChipOnBoard）已成為一種普遍的封裝技術(shù)，各種型式的先進(jìn)封裝方式中，晶片直接封技術(shù)扮演著重要角色。

2004/09/15012004年度SMT技朮交流發(fā)表大會(huì)目錄第一章幫定技術(shù)介紹……….第二章COB制作工藝流程…第三章COB技朮的發(fā)展和應(yīng)用……………

2004/09/15012004年度SMT技朮交流發(fā)表大會(huì)

第一章幫定技術(shù)介紹

2004/09/15012004年度SMT技朮交流發(fā)表大會(huì)1.WireBonding是什么？

WireBonding(壓焊,也稱為幫定,鍵合,絲焊)是指使用金屬絲(金線等),利用熱壓或超聲能源,完成微電子器件中固態(tài)電路內(nèi)部互連接線的連接,即芯片與電路或引線框架之間的連接。

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2004/09/15012004年度SMT技朮交流發(fā)表大會(huì)2.壓焊放大圖3WireBonding的方式：

2004/09/15012004年度SMT技朮交流發(fā)表大會(huì)WireBonding的方式有兩種：

BallBonding(球焊)和WedgeBonding(平焊/楔焊)3.1BallBonding(球焊）金線通過空心夾具的毛細(xì)管穿出，然后經(jīng)過電弧放電使伸出部分熔化，并在表面張力作用下成球形，然后通過夾具將球壓焊到芯片的電極上，壓下后作為第一個(gè)焊點(diǎn)，為球焊點(diǎn)，然后從第一個(gè)焊點(diǎn)抽出彎曲的金線再壓焊到相應(yīng)的位置上，形成第二個(gè)焊點(diǎn)，為平焊（楔形）焊點(diǎn)，然后又形成另一個(gè)新球用作于下一個(gè)的第一個(gè)球焊點(diǎn)。

2004/09/15012004年度SMT技朮交流發(fā)表大會(huì)BallBonding

圖

3.2WedgeBonding（平焊/楔焊）

將兩個(gè)楔形焊點(diǎn)壓下形成連接，在這種工藝中沒有球形成。WedgeBonding圖

2004/09/15012004年度SMT技朮交流發(fā)表大會(huì)3.3球焊和平焊的主要區(qū)別3.3.1兩者的焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)

2.3.1.1球焊的第一個(gè)焊點(diǎn)為球焊點(diǎn)，第二個(gè)為平焊點(diǎn)

3.3.1.2平焊（楔焊）的兩個(gè)焊點(diǎn)都為平焊點(diǎn)

2004/09/15012004年度SMT技朮交流發(fā)表大會(huì)WedgeBonding焊點(diǎn)示意圖BallBonding焊點(diǎn)示意圖3.3.2兩者所用壓焊頭

3.3.2.1球焊選用毛細(xì)管頭;焊點(diǎn)是在熱(一般為100-500℃)、超聲波、壓力以及時(shí)間的綜合作用下形成的。

2004/09/15012004年度SMT技朮交流發(fā)表大會(huì)壓焊頭一般選用耐磨，耐氧化，容易清潔的材料。球焊使用毛細(xì)管頭,一般用陶瓷或鎢制成球焊用毛細(xì)管頭示意圖3.3.2.2平焊選用楔形頭；焊點(diǎn)是在超聲波能、壓力以及時(shí)間等參數(shù)綜合作用下形成的。一般在室溫下進(jìn)行。

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平焊使用楔形頭楔形頭一般用陶瓷，鎢碳合金或鈦碳合金制成。4.Wirebonding所需的設(shè)備及物料

4.1壓焊機(jī)4.1.1平焊機(jī)

2004/09/15012004年度SMT技朮交流發(fā)表大會(huì)4.1.2球焊機(jī)4.2金屬線

目前，最常用的是金線(Au,Cu)和鋁線(Al,1%Si/Mg)。最常用的金屬線的直徑為：25–30

μm4.2.1

金線壓焊用于大批量生產(chǎn)的場(chǎng)合，這種工藝速度較快，但目前金線壓焊的間距極限為75μm，金線壓焊需要光滑、潔凈的焊接表面。表面的干凈程度會(huì)影響焊接的可靠性。金線主要用在球焊和平焊工藝中。由于金線在熱壓下更容易變形，在電弧放電下更容易成球形，故在球焊中廣泛使用。同時(shí)，由于完成壓焊之后，金的特性較穩(wěn)定，特別適合密封包裝中，故在微波器件中，金線的平焊用處最廣。4.2.2鋁線壓焊則用于封裝或PCB不能加熱的場(chǎng)合。有更精細(xì)的間距。采用細(xì)鋁線壓焊可以達(dá)到小于60μm（50μm）的間距。鋁線主要用于平焊工藝。費(fèi)用較低。

2004/09/15012004年度SMT技朮交流發(fā)表大會(huì)5.

壓焊的工序控制

2004/09/15012004年度SMT技朮交流發(fā)表大會(huì)有效的對(duì)壓焊進(jìn)行工序控制，必須從以下幾方面著手：5.1壓焊機(jī)的設(shè)置超聲波能量

壓力時(shí)間溫度金屬線的彎曲形狀高度及焊接工藝根據(jù)壓焊的幾何學(xué)原理決定

毛細(xì)管的形狀，尺寸，材料直接影響壓焊的最后形狀

壓焊機(jī)的壓焊速度產(chǎn)量的考慮5.2潔凈要求及環(huán)境條件工作間的清潔100000級(jí)凈化環(huán)境

工具的清潔工作臺(tái)的振動(dòng)照明溫濕度金線的儲(chǔ)存條件N25.3焊接表面的清潔氬等離子微量的污染都會(huì)影響

紫外線可靠性和焊接性溶劑清潔5.4壓焊金屬線的物理性質(zhì)金屬線的硬度金屬線的拉伸強(qiáng)度合金成分

6絲線壓焊生產(chǎn)工藝特點(diǎn)

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只有充分考慮以上因素，才能有效控制壓焊工序，才能獲得高精度，高可靠性，高強(qiáng)度，和有競(jìng)爭(zhēng)力價(jià)格的壓焊產(chǎn)品。目前，主要的方法是通過對(duì)拉力測(cè)試值，焊球剪切測(cè)試值進(jìn)行SPC(統(tǒng)計(jì)工序控制)及外觀檢查來控制。6.1焊接工藝操作空間有限6.2在操作之前，必須確認(rèn)球焊和平焊的使用

5.3通常，壓焊的第一個(gè)壓焊點(diǎn)在芯片上，第二點(diǎn)在引線框架或基層上6.4平焊壓焊工藝可以代替球焊壓焊的場(chǎng)合6.5平焊允許的焊盤的間距為75μm6.6球焊允許的焊盤的間距大于125μm6.7全顯微狀態(tài)下工作6.8嚴(yán)格的ESD要求及環(huán)境,元器件的清潔凈化要求6.9嚴(yán)格的物料存儲(chǔ)如金線（放在干燥的N2環(huán)境中，減小濕度的影響）6.10一般，球焊的第一個(gè)焊點(diǎn)要比第二個(gè)位置要高6.11壓焊工藝返修簡(jiǎn)單，但受制于操作空間6壓焊工藝的評(píng)估通常，對(duì)壓焊效果的評(píng)估有兩種方法：

外觀檢查及機(jī)械測(cè)試6.1外觀檢查外觀檢查主要通過光學(xué)顯微鏡，電子顯微掃描（SEM），X射線探測(cè)等手段來實(shí)現(xiàn)。SEM探測(cè)圖（良好的球焊效果及月牙形的尾部）

2004/09/15012004年度SMT技朮交流發(fā)表大會(huì)6.2機(jī)械測(cè)試

最常用的機(jī)械測(cè)試方法有兩種：

拉力測(cè)試和焊球剪切測(cè)試

2004/09/15012004年度SMT技朮交流發(fā)表大會(huì)6.2.2焊球剪切測(cè)試示意圖6.2.1拉力測(cè)試示意圖

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拉力測(cè)試示意圖

2004/09/15012004年度SMT技朮交流發(fā)表大會(huì)

第二章COB制作工藝流程

2004/09/15012004年度SMT技朮交流發(fā)表大會(huì)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(發(fā)光二極管)晶粒拉開,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印刷線路板上.第四步

將刺好晶的PCB印刷線路板放入熱循環(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).注:如有LED芯片邦定,則需要以上幾個(gè)步驟;如只有IC芯片邦定則取消以上步驟.

2004/09/15012004年度SMT技朮交流發(fā)表大會(huì)第五步:粘芯片

用點(diǎn)膠機(jī)在PCB印刷線路板的IC位置上適量的紅膠(或黑膠),再用防靜電設(shè)備(真空吸筆)將IC裸片正確放在紅膠或銀膠上

2004/09/15012004年度SMT技朮交流發(fā)表大會(huì)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))

2004/09/15012004年度SMT技朮交流發(fā)表大會(huì)第七步:邦定

采用鋁絲焊線機(jī)將晶片(LED晶?；騃C芯片)與PCB板上對(duì)應(yīng)的焊盤鋁絲進(jìn)行橋接,即COB的內(nèi)引線焊接.

2004/09/15012004年度SMT技朮交流發(fā)表大會(huì)第八步:前測(cè)

使用專用檢測(cè)工具(按不同用途的COB有不同的設(shè)備)檢測(cè)COB板,將不合格的板子重新返修

2004/09/15012004年度SMT技朮交流發(fā)表大會(huì)第九步:點(diǎn)膠

采用點(diǎn)膠機(jī)將調(diào)配好的膠適量地點(diǎn)到邦定好的LED晶粒上,IC則用黑膠封裝,然后根據(jù)客戶要求進(jìn)行外觀封裝

2004/09/15012004年度SMT技朮交流發(fā)表大會(huì)第十步:固化

將封好膠的PCB印刷線路板放入熱循環(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

2004/09/15012004年度SMT技朮交流發(fā)表大會(huì)第十一步:后測(cè)

將封裝好的PCB印刷線路板再用專用的檢測(cè)工具進(jìn)行電氣性能測(cè)試,區(qū)分好壞優(yōu)劣COB技術(shù)魚骨圖COB技術(shù)COB製程技術(shù)FillinProcessCOB流程生產(chǎn)管制技術(shù)縮短換線時(shí)間(NPS應(yīng)用)IPC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)Robot設(shè)備操作COB制程之SPC應(yīng)用COB程式控制COB程式制作COBPCBDesignGuideCOB焊接技術(shù)焊嘴認(rèn)識(shí)COB檢驗(yàn)技術(shù)膠水特性Bonding允收標(biāo)準(zhǔn)PullTest審核:設(shè)備操作技術(shù)機(jī)臺(tái)維護(hù)與保養(yǎng)設(shè)備結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)ESD控制COB設(shè)備操作ESD控制ESD認(rèn)識(shí)程式參數(shù)優(yōu)化CuringProcessOven設(shè)備操作焊線認(rèn)識(shí)如何選擇最佳的工藝參數(shù)壞品分析I