芯片封装技术——Wire Bond与Flip Chip
文章目录
前言
一、COB技术——Wire bond
1.Ball Bonding(球焊）
1.1球焊压焊头
1.2球焊流程示意图
1.3球焊机
2.Wedge Bonding（平焊/楔焊)
2.1楔焊压焊头
2.2平焊流程示意图
2.3平焊机
3.金属线
3.1金线
3.2铝线
4.bonding技术优势
5.常见缺陷
二、Flip Chip封装技术
前言
裸芯片技术主要有两种形式：一种是COB技术，另一种是倒装片技术 （Flip Chip）。COB是简单的 裸芯片贴装技术，但它的封装密度远不如TAB和倒片焊技术。
板上芯片（Chip On Board, COB)工艺过程首先是在基底表面用导热环氧树脂(一般用掺银颗粒的环氧树脂)覆盖 硅片安放点，然后将硅片直接安放在基底表面，热处理至硅片牢固地固定在基底为止，随后再用丝焊的方法在硅片和基底之间直接建立电气连接。
Flip Chip也叫倒晶封装或者覆晶封装，是一种先进的封装技术，有别于传统的COB技术，Flip Chip技术是将芯片连接点长凸块(bump),然后将芯片翻转过来使凸块与基板(substrate)直接连接。
wire bond图
一、COB技术——Wire bond
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。
球焊的第一个焊点为球焊点，第二个为平焊点
Ball Bonding 图
1.1球焊压焊头
球焊选用毛细管头，一般用陶瓷或钨制成；焊点是在热(一般为100-500°C）、超声波、压力以及时间的综合作用下形成的。
一般选用耐磨，耐氧化，容易清洁的材料。
球焊用毛细管头示意图
1.2球焊流程示意图
1.3球焊机
2.Wedge Bonding（平焊/楔焊)
利用超声波发生器产生的能量，通过换能器在超高频的磁场感应下，迅速伸缩产生弹性振动，使劈刀相应振动， 同时在劈刀上施加一定的压力，于是劈刀在这两种力的共同作用下，带动AI丝在被焊区的金属化层如（AI膜）表面迅速摩擦， 使AI丝和AI膜表面产生塑性变形，这种形变也破坏了AI层界面的氧化层，使两个纯净的金属表面紧密接触达到原子间的结合， 从而形成焊接。主要焊接材料为铝线焊头，一般为楔形。
Wedge Bonding 图
2.1楔焊压焊头
楔形头一般用陶瓷，钨碳合金或钛合金制成。
平焊用楔形头示意图
2.2平焊流程示意图
2.3平焊机
3.金属线
目前最常用的是金线和铝线。常用金属线的直径25-30um。
3.1金线
目前金线压焊的间距极限为75um,金线压焊需要光滑、洁净的焊接表面。表面干净程度会影响焊接的可靠性。
由于金线在热压下更容易变形，在电弧放电下更容易形成球形，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，故在微波器件汇总，金线的平焊用处最广。
3.2铝线
铝线压焊则用于封装或PCB不能加热的场合。有更精细的间距。采用细铝线压焊可以达到小于60（50um)的间距。铝线主要用于平焊工艺。费用较低。
4.bonding技术优势
1、bonding芯片防腐、抗震，性能稳定
这种封装方式的好处是制成品稳定性相对于传统SMT贴片方式要高很多，因为目前大量应用的SMT贴片技术是将芯片的管脚焊接在电路板上，这种生产工艺不太适合移动存储类产品的加工，在封装的测试中存在虚焊、假焊、漏焊等问题，在日常使用过程中由于线路板上的焊点长期暴露在空气中受到潮湿、静电、物理磨损、微酸腐蚀等自然和人为因素影响，导致产品容易出现短路、断路、甚至烧毁等情况。而bonding芯片是将芯片内部电路通过金线与电路板封装管脚连接，再用具有特殊保护功能的有机材料精密覆盖，完成后期封装，芯片完全受到有机材料的保护，与外界隔离，不存在潮湿、静电、腐蚀情况的发生；同时，有机材料通过高温融化，覆盖到芯片上之后经过仪器烘乾，与芯片之间无缝连接，完全杜绝芯片的物理磨损，稳定性更高。
2、bonding芯片适用大规模量产
bonding技术目前只被少数的几家大外延片厂掌握，开片的数量最少不会低于10万片甚至更高。其生产过程安全稳定，几乎不存在产品品质问题，而且产品的一致性强，使用寿命长。所以有技术实力的大厂会采用这种先进但是研发成本很高的生产工艺来加工高端产品。
5.常见缺陷
在压焊工艺中，主要会产生以下缺陷，这些缺陷都将严重影响焊接的质量和焊接的可靠性。
“弹坑”现象
崩裂
二、Flip Chip封装技术
上述传统的封装技术是将芯片放置在引脚上，然后用金线将die上的pad和lead frame连接起来(wire bond),但是这种技术封装出来的芯片面积会很大，已经不满足越来越小的智能设备，所以Flip Chip技术应用而生。
工业上不可能把die切割出来以后再去长bump，所以在wafer切割成die之前要完成bump，因此这也被称为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的优点在于:
更多的IO接口数量，更小的封装尺寸，更好的电气性能，更好的散热性能，更稳的结构特性，更简单的加工设备。
但缺点在于价格高，主要原因是：
芯片需要在AP层设计RDL用于连接bump，RDL的生产加工需要多一套工艺flip chip基板的生产加工，基板的工艺会更加精细，价格自然水涨船高。