文章目錄

• 前言
• 一、COB技術(shù)——Wire bond
• 1.Ball Bonding(球焊）
• • 1.1球焊壓焊頭
  • 1.2球焊流程示意圖
  • 1.3球焊機(jī)
• 2.Wedge Bonding（平焊/楔焊)
• • 2.1楔焊壓焊頭
  • 2.2平焊流程示意圖
  • 2.3平焊機(jī)
• 3.金屬線
• • 3.1金線
  • 3.2鋁線
• 4.bonding技術(shù)優(yōu)勢
• 5.常見缺陷
• 二、Flip Chip封裝技術(shù)

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前言

裸芯片技術(shù)主要有兩種形式：一種是COB技術(shù)，另一種是倒裝片技術(shù) （Flip Chip）。COB是簡單的 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（Chip On Board, COB)工藝過程首先是在基底表面用導(dǎo)熱環(huán)氧樹脂(一般用摻銀顆粒的環(huán)氧樹脂)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。
Flip Chip也叫倒晶封裝或者覆晶封裝，是一種先進(jìn)的封裝技術(shù)，有別于傳統(tǒng)的COB技術(shù)，Flip Chip技術(shù)是將芯片連接點(diǎn)長凸塊(bump),然后將芯片翻轉(zhuǎn)過來使凸塊與基板(substrate)直接連接。

wire bond圖

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一、COB技術(shù)——Wire bond

1.Ball Bonding(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，壓下后作為第一個焊點(diǎn)，為球焊點(diǎn)，然后從第一個焊點(diǎn)抽出彎曲的金線再壓焊到相應(yīng)的位置上，形成第二個焊點(diǎn)，為平焊（楔形）焊點(diǎn)，然后又形成另一個新球用作于下一個的第一個球焊點(diǎn)。

球焊的第一個焊點(diǎn)為球焊點(diǎn)，第二個為平焊點(diǎn)
Ball Bonding 圖

1.1球焊壓焊頭

球焊選用毛細(xì)管頭，一般用陶瓷或鎢制成；焊點(diǎn)是在熱(一般為100-500°C）、超聲波、壓力以及時間的綜合作用下形成的。
一般選用耐磨，耐氧化，容易清潔的材料。
球焊用毛細(xì)管頭示意圖

1.2球焊流程示意圖

1.3球焊機(jī)

2.Wedge Bonding（平焊/楔焊)

利用超聲波發(fā)生器產(chǎn)生的能量，通過換能器在超高頻的磁場感應(yīng)下，迅速伸縮產(chǎn)生彈性振動，使劈刀相應(yīng)振動， 同時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焊頭，一般為楔形。
Wedge Bonding 圖

2.1楔焊壓焊頭

楔形頭一般用陶瓷，鎢碳合金或鈦合金制成。
平焊用楔形頭示意圖

2.2平焊流程示意圖

2.3平焊機(jī)

3.金屬線

目前最常用的是金線和鋁線。常用金屬線的直徑25-30um。

3.1金線

目前金線壓焊的間距極限為75um,金線壓焊需要光滑、潔凈的焊接表面。表面干凈程度會影響焊接的可靠性。
由于金線在熱壓下更容易變形，在電弧放電下更容易形成球形，故在球焊中廣泛使用。
同時，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，故在微波器件匯總，金線的平焊用處最廣。

3.2鋁線

鋁線壓焊則用于封裝或PCB不能加熱的場合。有更精細(xì)的間距。采用細(xì)鋁線壓焊可以達(dá)到小于60（50um)的間距。鋁線主要用于平焊工藝。費(fèi)用較低。

4.bonding技術(shù)優(yōu)勢

1、bonding芯片防腐、抗震，性能穩(wěn)定
這種封裝方式的好處是制成品穩(wěn)定性相對于傳統(tǒng)SMT貼片方式要高很多，因為目前大量應(yīng)用的SMT貼片技術(shù)是將芯片的管腳焊接在電路板上，這種生產(chǎn)工藝不太適合移動存儲類產(chǎn)品的加工，在封裝的測試中存在虛焊、假焊、漏焊等問題，在日常使用過程中由于線路板上的焊點(diǎn)長期暴露在空氣中受到潮濕、靜電、物理磨損、微酸腐蝕等自然和人為因素影響，導(dǎo)致產(chǎn)品容易出現(xiàn)短路、斷路、甚至燒毀等情況。而bonding芯片是將芯片內(nèi)部電路通過金線與電路板封裝管腳連接，再用具有特殊保護(hù)功能的有機(jī)材料精密覆蓋，完成后期封裝，芯片完全受到有機(jī)材料的保護(hù)，與外界隔離，不存在潮濕、靜電、腐蝕情況的發(fā)生；同時，有機(jī)材料通過高溫融化，覆蓋到芯片上之后經(jīng)過儀器烘乾，與芯片之間無縫連接，完全杜絕芯片的物理磨損，穩(wěn)定性更高。
2、bonding芯片適用大規(guī)模量產(chǎn)
bonding技術(shù)目前只被少數(shù)的幾家大外延片廠掌握，開片的數(shù)量最少不會低于10萬片甚至更高。其生產(chǎn)過程安全穩(wěn)定，幾乎不存在產(chǎn)品品質(zhì)問題，而且產(chǎn)品的一致性強(qiáng)，使用壽命長。所以有技術(shù)實力的大廠會采用這種先進(jìn)但是研發(fā)成本很高的生產(chǎn)工藝來加工高端產(chǎn)品。

5.常見缺陷

在壓焊工藝中，主要會產(chǎn)生以下缺陷，這些缺陷都將嚴(yán)重影響焊接的質(zhì)量和焊接的可靠性。
“彈坑”現(xiàn)象
崩裂

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二、Flip Chip封裝技術(shù)

上述傳統(tǒng)的封裝技術(shù)是將芯片放置在引腳上，然后用金線將die上的pad和lead frame連接起來(wire bond),但是這種技術(shù)封裝出來的芯片面積會很大，已經(jīng)不滿足越來越小的智能設(shè)備，所以Flip Chip技術(shù)應(yīng)用而生。

工業(yè)上不可能把die切割出來以后再去長bump，所以在wafer切割成die之前要完成bump，因此這也被稱為wafer level chip size package(WLCSP)。

process steps:
1.Integrated circuits are created on the wafer.
2.Pads are metallized on the surface of chips.
3.Solder dot is deposited on each of the pads.
4.Chips are cut.
5.Chip are flipped and positioned so that the solder balls are facing the connectors on the external circuitry.
6.Solder balls are then re-melted(typically using hot air reflow)

Flip Chip的優(yōu)點(diǎn)在于:
更多的IO接口數(shù)量，更小的封裝尺寸，更好的電氣性能，更好的散熱性能，更穩(wěn)的結(jié)構(gòu)特性，更簡單的加工設(shè)備。
但缺點(diǎn)在于價格高，主要原因是：
芯片需要在AP層設(shè)計RDL用于連接bump，RDL的生產(chǎn)加工需要多一套工藝flip chip基板的生產(chǎn)加工，基板的工藝會更加精細(xì)，價格自然水漲船高。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的芯片封装技术——Wire Bond与Flip Chip的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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