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COB芯片PCB板上组装技术

2016/1/12 9:44:34      点击:
COB芯片PCB板上组装技术  
1.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。 
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。 
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他PVD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。 
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SMT表面贴装工艺,势必要占用比混合集成技术高达20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,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。   
2.COB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。 COB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。COB在复杂的电路组件如装有5,000个LED与IC驱动组合的的打印机模块,先进数据处理电路32bitHP9000计算机母板安装22个IC与一块modem电路等产品扩大了应用。 
今天在单块印制板组装超过100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COB技术,在某些应用领域COB大有取代SMT之势。 
成本分析表明DIP封装成本经常高出其内含的芯片三倍之多。采用COB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。 
COB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.COB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。其主要的差别是两者使用的基本材料与封装形式,COB使用的基板是有机印制电路板,而后者是陶瓷基板。COB的裸芯片被高分子有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SMT组装工艺比较,COB与混合集成组装制过程的工艺步序较少。 
印制板或PCB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,COB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2-4μm镍,接下再镀复0.1-0.2μm金(CuNiAu) 
使用含银环氧导电胶将芯片粘接到印制板安装位置,在250℃固化。功率器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。 
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可靠性。金丝要达到键合可靠性需要在120℃以上的键合温度。印制板使用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Kirkendall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