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1、COB制程技術研究,目 錄,一 前言 二 綁定技术介绍 三 COB制作工艺流程 四 COB技朮的發展和應用,一 前言,在電子技術快速發展帶動下，小型化的攜帶式電子產品，不再是遙不可及，已成為風行全球的發展趨勢。最具代表性的例子，如薄型筆記型電腦、個人數位助理(PDA)、移動電話、數碼相機，均是時下最熱門的電子產品。這些小型化攜帶式電子產品中，由於IC晶片的廣泛使用，也使得半導體的技術發展一日千。在未電子產品斷朝向輕薄、短小、高速、高腳等特性發展的潮流下，其中除電子元件是主要關鍵外，COB （Chip On Board）已成為一種普遍的封裝技術，各種型式的先進封裝方式中，晶片直接封裝技術扮演著重
2、要角色。,二 綁定技术介绍,2.1 Wire Bonding 是什么？ 2.2 压焊放大图 2.3 Wire Bonding 的方式 2.4 Wire bonding 所需的设备及物料 2.5 压焊的工序控制 2.6 丝线压焊生产工艺特点 2.7 压焊工艺的评估,Wire Bonding (压焊，也称为綁定，键合，丝焊)是指使用金属丝(金线等)，利用热压或超声能源，完成微电子器件中固态电路内部互连接线的连接，即芯片与电路或引线框架之间的连接。,2.1 Wire Bonding 是什么？,2.2 压焊放大图,Wire Bonding 的方式有两种： Ball Bonding(球焊)和 Wedge
3、 Bonding (平焊/楔焊) 1 Ball Bonding ( 球焊） 金线通过空心夹具的毛细管穿出，然后经过电弧放电使伸出部分熔化，并在表面张力作用下成球形，然后通过夹具将球压焊到芯片的电极上，压下后作为第一个焊点，为球焊点，然后从第一个焊点抽出弯曲的金线再压焊到相应的位置上，形成第二个焊点，为平焊（楔形）焊点，然后又形成另一个新球用作于下一个的第一个球焊点。,2.3 Wire Bonding 的方式,Ball Bonding 图,2 Wedge Bonding （平焊/楔焊） 将两个楔形焊点压下形成连接，在这种工艺中没有球形成。,Wedge Bonding 图,Wedge Bondin
4、g 焊点示意图,Ball Bonding 焊点示意图,3 球焊和平焊的主要区别 (1)两者的焊点结构 a 球焊的第一个焊点为球焊点，第二个为平焊点。 b 平焊（楔焊）的两个焊点都为平焊点。,压焊头一般选用耐磨，耐氧化，容易清洁的材料。球焊使用毛细管头，一般用陶瓷或钨制成。,球焊用毛细管头示意图,(2)两者所用压焊头 a 球焊选用毛细管头；焊点是在热(一般为100-500)、超声波、压力以及时間的综合作用下形成的。,平焊使用楔形头楔形头一般用陶瓷，钨碳合金或钛碳合金制成。,b 平焊选用楔形头；焊点是在超声波能、压力以及时间等参数综合作用下形成的。 一般在室温下进行。,(2)球焊机,2.4 Wir
5、e bonding 所需的设备及物料,1 压焊机 (1)平焊机,2 金属线 目前，最常用的是金线( Au ，Cu)和铝线( Al ， 1%Si/Mg)。最常用的金属线的直径为：25 30m。 (1)金线压焊用于大批量生产的场合，这种工艺速度较快，但目前金线压焊的间距极限为 75m，金线压焊需要光滑、洁净的焊接表面。表面的干净程度会影响焊接的可靠性。 金线主要用在球焊和平焊工艺中。 由于金线在热压下更容易变形，在电弧放电下更容易成球形，故在球焊中广泛使用。,同时，由于完成压焊之后，金的特性较稳定，特别适合密封包装中，故在微波器件中，金线的平焊用处最广。 (2)铝线压焊则用于封装或PCB不能加热的
6、场合。有更精细的间距。采用细铝线压焊可以达到小于60m（50 m）的间距。 铝线主要用于平焊工艺。费用较低。,有效的对压焊进行工序控制，必须从以下几方面着手： 1.压焊机的设置 超声波能量 压力 时间 温度 金属线的弯曲形状、高度及焊接工艺，根据压焊的几何学原理决定毛细管的形状，尺寸，材料直接影响压焊的最后形状。 压焊机的压焊速度 产量的考虑,2.5 压焊的工序控制,2.洁净要求及环境条件 工作间的清洁：100000 级净化环境 工具的清洁 工作台的振动 照明 温湿度 金线的储存条件 N2,3.焊接表面的清洁 氩等离子微量的污染都会影响可靠性和焊接性 溶剂清洁 4.压焊金属线的物理性质 金属线
7、的硬度 金属线的拉伸强度 合金成分,只有充分考虑以上因素，才能有效控制压焊工序，才能获得高精度，高可靠性，高强度，和有竞争力价格的压焊产品。 目前，主要的方法是通过对拉力测试值，焊球剪切测试值进行 SPC( 统计工序控制 )及外观检查来控制。,2.6 丝线压焊生产工艺特点,1 焊接工艺操作空间有限 2 在操作之前，必须确认球焊和平焊的使用 3 通常，压焊的第一个压焊点在芯片上，第二点在引线框架 或基层上 4 平焊压焊工艺可以代替球焊压焊的场合 5 平焊允许的焊盘的间距为75m 6 球焊允许的焊盘的间距大于125m 7 全显微状态下工作 8 严格的 ESD 要求及环境，元器件的清洁净化要求,9
8、严格的物料存储如金线（ 放在干燥的N2环境中，减小湿 度的影响 ） 10 一般，球焊的第一个焊点要比第二个位置要高 11 压焊工艺返修简单，但受制于操作空间,通常，对压焊效果的评估有两种方法：外观检查及机械测试。 1 外观检查 外观检查主要通过光学显微镜，电子显微扫描(SEM)，X 射线探测等手段来实现。,2.7 压焊工艺的评估,SEM 探测图（良好的球焊效果及月牙形的尾部）,焊球剪切测试示意图,拉力测试示意图,2 机械测试 最常用的机械测试方法有两种：拉力测试和焊球剪切测试。,拉力测试示意图,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(发
9、光二极管)晶粒拉开，便于刺晶。 第二步：背胶 将扩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.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。,三 COB制作工艺流程,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，给綁定造成困难)。 注:如有LED芯片綁定，则需要以上几个步骤；如只有IC芯片綁定则取消以上步骤。,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
10、胶(或黑胶)，再用防静电设备(真空吸笔)将IC裸片正确放在红胶或銀胶上。,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：綁定 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)检测COB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胶适量地点到綁定好的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
11、不同的烘干时间,第十步：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,四 COB技朮的發展和應用,4.1 压焊技术的发展历史 4.2 压焊技术的应用,1957年，贝尔实验室首先展示了压焊技术。 随着微电子技术的不断发展，压焊技术也得到了全面发展，主要表现在以下几个方面： 全自动设备已应用于压焊工序 压焊的各项参数都可以精确的进行监控 压焊的速度已达到 100125ms/焊接 压焊的最小间距已达到 50m 通过改良压焊头的结构及相应工序，大大提高了压焊的可靠性,4.1 压焊技术的发展历史,由于压焊工艺具有高可靠性，高品质，工艺成熟，操作简单，成本低廉等优点，目前广泛应用于微电子封装领域，在世界半导体元器件行业中，90%采用压焊技术，其中，采用球焊工艺的占93%，平焊工艺的占5%。主要表现在以下领域： 1 陶瓷和塑料球栅阵列封装的元器件，如PBGA 2 陶瓷和塑料象限扁平封装的元器件，如PQFP,4.2 压焊技术的应用,3 小芯片尺寸的封装器件及多芯片模块，如CSP，COB，MCM 4 场效应晶体管放大器，如JCA放大器 5 微波及半导体器件，如低群延迟接收机 6 动态随机存取存储器，如DRAM,