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1、COBCOB 芯片芯片 PCBPCB 板上组装技术板上组装技术1 1混合集成技术混合集成技术当今电子产品的趋势，在一个小型组件或整机内，不断集成越来越多的器件当今电子产品的趋势，在一个小型组件或整机内，不断集成越来越多的器件和功能。混合集成技术成为增加包含有源与无源器件封装密度的关键技术之和功能。混合集成技术成为增加包含有源与无源器件封装密度的关键技术之一。一。在混合集成各个制造步序，器件与电路间的互连，某些无源器件如电阻器等，在混合集成各个制造步序，器件与电路间的互连，某些无源器件如电阻器等，直接在基板上采用厚膜或薄膜工艺淀积制成。混合集成电路基板布局布线的直接在基板上采用厚膜或薄膜工艺淀积
2、制成。混合集成电路基板布局布线的设计有许多重要的参数；导线宽度，导线与键合盘最近连接的布线，键合强设计有许多重要的参数；导线宽度，导线与键合盘最近连接的布线，键合强度，键合引线弧环的高度，热耗散等都必须加以考虑。度，键合引线弧环的高度，热耗散等都必须加以考虑。厚膜集成电路工艺，器件与电路间的互连，导线与电阻都是在基板上，采用厚膜集成电路工艺，器件与电路间的互连，导线与电阻都是在基板上，采用各种功能浆料印刷烧结而成。薄膜集成电路工艺，互连与导线采用电镀或其各种功能浆料印刷烧结而成。薄膜集成电路工艺，互连与导线采用电镀或其他他 PVDPVD 方法淀积在陶瓷基板上，光刻制作所需导电图形，电阻与其他无
3、源器方法淀积在陶瓷基板上，光刻制作所需导电图形，电阻与其他无源器件可印刷或焊接工艺装连。当基板上的无源表贴器件全部装连完成后，芯片件可印刷或焊接工艺装连。当基板上的无源表贴器件全部装连完成后，芯片粘贴设备将电路芯片粘贴到基板的给定位置，接下使用键合设备进行金丝或粘贴设备将电路芯片粘贴到基板的给定位置，接下使用键合设备进行金丝或铝丝的键合，实现芯片与基板电路间的电气连接，最后封装。铝丝的键合，实现芯片与基板电路间的电气连接，最后封装。混合集成技术能在一个非常小的基板面积上集成大量电路芯片和小型无源器混合集成技术能在一个非常小的基板面积上集成大量电路芯片和小型无源器件。如果采用标准件。如果采用标准
4、 SMTSMT 表面贴装工艺，势必要占用比混合集成技术高达表面贴装工艺，势必要占用比混合集成技术高达 2020倍的面积。倍的面积。混合集成电路制造过程需要对半导体晶圆制造工艺，以及芯片组装和键合工混合集成电路制造过程需要对半导体晶圆制造工艺，以及芯片组装和键合工艺的全面掌握。一些小公司不具备这些条件，而且小批量制作混合电路组件，艺的全面掌握。一些小公司不具备这些条件，而且小批量制作混合电路组件，其成本相对是昂贵的。然而混合集成电路的应用涉及医疗，航天航空，军用，其成本相对是昂贵的。然而混合集成电路的应用涉及医疗，航天航空，军用，汽车与通讯领域，在这些领域中，混合集成电路技术是不可缺少的。汽车与
5、通讯领域，在这些领域中，混合集成电路技术是不可缺少的。2.COB2.COB 芯片直接板上组装技术芯片直接板上组装技术许多年来，业界致力于开发混合集成电路技术的优势，但在制造成本没获突许多年来，业界致力于开发混合集成电路技术的优势，但在制造成本没获突破。因此至今印制板组装工艺在复杂电路装联仍不失为最好的选择。只需对破。因此至今印制板组装工艺在复杂电路装联仍不失为最好的选择。只需对某些方面进行改进、裸芯片板上直接装连键合工艺无疑是容易，可靠的。某些方面进行改进、裸芯片板上直接装连键合工艺无疑是容易，可靠的。COBCOB 芯片直接板上组装技术首先用于数字钟，手表。每块印制、电路板装有芯片直接板上组装
6、技术首先用于数字钟，手表。每块印制、电路板装有一块芯片，现已广泛应用于数码相机，计算器，电话卡与各种智能卡。一块芯片，现已广泛应用于数码相机，计算器，电话卡与各种智能卡。COBCOB在复杂的电路组件如装有在复杂的电路组件如装有 5,0005,000 个个 LEDLED 与与 ICIC 驱动组合的的打印机模块，先驱动组合的的打印机模块，先进数据处理电路进数据处理电路 32bitHP900032bitHP9000 计算机母板安装计算机母板安装 2222 个个 ICIC 与一块与一块 modemmodem 电路等电路等产品扩大了应用。产品扩大了应用。今天在单块印制板组装超过今天在单块印制板组装超过
7、100100 个芯片的多芯片工艺也得到成功，日本的娱个芯片的多芯片工艺也得到成功，日本的娱乐设备及乎所有电子组件都已采用乐设备及乎所有电子组件都已采用 COBCOB 技术，在某些应用领域技术，在某些应用领域 COBCOB 大有取代大有取代SMTSMT 之势。之势。成本分析表明成本分析表明 DIPDIP 封装成本经常高出其内含的芯片三倍之多。采用封装成本经常高出其内含的芯片三倍之多。采用 COBCOB 技术，技术，省去了封装成本可显著降低，着在大批量生产尤为突出。省去了封装成本可显著降低，着在大批量生产尤为突出。COBCOB 技术在欧州起步晚，应用领域也正在不断扩大，至今仍然无法与得以广技术在欧
8、州起步晚，应用领域也正在不断扩大，至今仍然无法与得以广泛应用的日本和美国相比，尤其在高组装密度与薄型封装的应用方面。泛应用的日本和美国相比，尤其在高组装密度与薄型封装的应用方面。3 3COBCOB 组装工艺组装工艺芯片板上直接组装模块与混合集成电路的制造工艺是非常类似的。其主要的芯片板上直接组装模块与混合集成电路的制造工艺是非常类似的。其主要的差别是两者使用的基本材料与封装形式，差别是两者使用的基本材料与封装形式，COBCOB 使用的基板是有机印制电路板，使用的基板是有机印制电路板，而后者是陶瓷基板。而后者是陶瓷基板。COBCOB 的裸芯片被高分子有机树脂包封或球形塑封，混合的裸芯片被高分子有
9、机树脂包封或球形塑封，混合集成电路最后使用金属外壳封装。与标准集成电路最后使用金属外壳封装。与标准 SMTSMT 组装工艺比较，组装工艺比较，COBCOB 与混合集与混合集成组装制过程的工艺步序较少。成组装制过程的工艺步序较少。印制板或印制板或 PCBPCB 是由许多不同材料制成，如酚醛树脂，聚氨基甲酸树脂，聚酰是由许多不同材料制成，如酚醛树脂，聚氨基甲酸树脂，聚酰胺树脂，有机硅，氟塑料等等，氟塑料（聚四氟乙稀）在高温环境下，具有胺树脂，有机硅，氟塑料等等，氟塑料（聚四氟乙稀）在高温环境下，具有高电阻的特性，聚氨基甲酸树脂能适应特别大的温度变化，如汽车电子，在高电阻的特性，聚氨基甲酸树脂能适应
10、特别大的温度变化，如汽车电子，在非常高的温度条件，要求极小的热膨胀系数，此时氟塑料是最能胜任的。非常高的温度条件，要求极小的热膨胀系数，此时氟塑料是最能胜任的。通常，通常，COBCOB 印制板使用的导线材料为铜基导线，键合盘需要进行表面处理，印制板使用的导线材料为铜基导线，键合盘需要进行表面处理，在铜基材上镀复在铜基材上镀复 2-4m2-4m 镍，接下再镀复镍，接下再镀复 0.1-0.2m0.1-0.2m 金金(CuNiAu)(CuNiAu)使用含银环氧导电胶将芯片粘接到印制板安装位置，在使用含银环氧导电胶将芯片粘接到印制板安装位置，在 250250固化。功率器固化。功率器件的散热问题是通过芯
11、片背面与粘接的印制板的铜层形成热路，最后组装时，件的散热问题是通过芯片背面与粘接的印制板的铜层形成热路，最后组装时，冷却板固定安装在散热指或封装体上。冷却板固定安装在散热指或封装体上。芯片与印制板间的电路连接使用铝丝或金丝。铝丝键合的最大优点是键合可芯片与印制板间的电路连接使用铝丝或金丝。铝丝键合的最大优点是键合可在室温进行。在产品承受高温或大的温度变化时，铝丝超声键合显示很高的在室温进行。在产品承受高温或大的温度变化时，铝丝超声键合显示很高的可靠性。金丝要达到键合可靠性需要在可靠性。金丝要达到键合可靠性需要在 120120以上的键合温度。印制板使用以上的键合温度。印制板使用的许多材料在较高温
12、度会变软、甚至键合盘会被从印制板基材拉出脱离。当的许多材料在较高温度会变软、甚至键合盘会被从印制板基材拉出脱离。当使用金丝与芯片上的铝层键合盘进行键合时，如果要求最终产品需要承受较使用金丝与芯片上的铝层键合盘进行键合时，如果要求最终产品需要承受较高的工作温度，键合盘会存在损坏的危险。这种损坏的机理是由于高的工作温度，键合盘会存在损坏的危险。这种损坏的机理是由于KirkendallKirkendall 孔隙造成键合盘被拉离。选择铝丝或金丝主要取决产品应用要孔隙造成键合盘被拉离。选择铝丝或金丝主要取决产品应用要求及工作的环境温度。求及工作的环境温度。完成引线键合后，芯片可使用多种工艺进行包封保护，
13、有机硅可在室温条件完成引线键合后，芯片可使用多种工艺进行包封保护，有机硅可在室温条件下固化，也有使用环氧或其他材料的黑胶。芯片也可使用塑料或金属壳进行下固化，也有使用环氧或其他材料的黑胶。芯片也可使用塑料或金属壳进行封盖，最后封盖，最后 COBCOB 单元被装入封装腔体内，使用焊接或键合工艺实现电路连接。单元被装入封装腔体内，使用焊接或键合工艺实现电路连接。4.4.铝丝超声键合工艺铝丝超声键合工艺产品需要高的键合质量时，通常使用铝丝超声键合工艺，其键合速度与金丝产品需要高的键合质量时，通常使用铝丝超声键合工艺，其键合速度与金丝球焊工艺相比要慢得多，采用铝丝键合工艺的最终产品因为材料表面处理的球
14、焊工艺相比要慢得多，采用铝丝键合工艺的最终产品因为材料表面处理的成本不贵，所以最终产品也是价低的。成本不贵，所以最终产品也是价低的。铝丝超声键合实际是一种磨檫焊接工艺，两种纯金属在予设置的压力下，由铝丝超声键合实际是一种磨檫焊接工艺，两种纯金属在予设置的压力下，由超声换能器产生的超声振动相互加压磨檫，直到完成磨檫键合。超声换能器产生的超声振动相互加压磨檫，直到完成磨檫键合。超声振动的幅度在超声振动的幅度在 1-2m1-2m。焊接过程可分为三部分，首先是清洗表面，其二，清除氧化层，第三是两纯焊接过程可分为三部分，首先是清洗表面，其二，清除氧化层，第三是两纯金属相互连接。这两个金属面相互受压，其间
15、的距离小于一个原子，得到的金属相互连接。这两个金属面相互受压，其间的距离小于一个原子，得到的焊接是高质量高可靠的。焊接是高质量高可靠的。芯片金属化层通常使用纯铝或铝合金，厚度在芯片金属化层通常使用纯铝或铝合金，厚度在 0.8-2m0.8-2m，特别适用与铝丝，特别适用与铝丝超声键合工艺。印制板键合盘是铜镍金复合金属层（超声键合工艺。印制板键合盘是铜镍金复合金属层（Cu/Ni2-4m/Au0.1-Cu/Ni2-4m/Au0.1-0.2m0.2m）金层表面在加工过程中保护受杂质和化学物质的污染。在清洗表面）金层表面在加工过程中保护受杂质和化学物质的污染。在清洗表面时金层被去除，但这不影响键合过程，
16、磨檫焊接在铝丝与镍层间发生。经测时金层被去除，但这不影响键合过程，磨檫焊接在铝丝与镍层间发生。经测试评估得在稳定性，可靠性，导电性，特别的高使用温度等铝与镍键合是最试评估得在稳定性，可靠性，导电性，特别的高使用温度等铝与镍键合是最好的。好的。在印制板布局布线设计，有许多参数如键合盘尺寸，间距必须考虑。为避免在印制板布局布线设计，有许多参数如键合盘尺寸，间距必须考虑。为避免在键合时产生一些问题，必须保证印制板具有高的平整度，不能变形。在键合时产生一些问题，必须保证印制板具有高的平整度，不能变形。铝丝键合是室温超声焊接工艺，在焊接过程中应防止键合范围的印制板移动铝丝键合是室温超声焊接工艺，在焊接过程中应防止键合范围的印制板移动或振动，因此在键合时，印制板必须采用真空负压夹持固定。在键合盘邻近或振动，因此在键合时，印制板必须采用真空负压夹持固定。在键合盘邻近区域的铜导线的粘合力也是基本因素，即使存在区域的铜导线的粘合力也是基本因素，即使存在 1m1m 的振动也会对键合产的振动也会对键合产生不利影响。生不利影响。印制板表面的均匀性是另一个因素，如镍
