金丝可以直接键合在硅片上吗
- 教育综合
- 2023-04-06 12:59:21
LED封装为什么用键合金丝而不用键合银丝
因为LED灯发光的时候会产生高温，采用合金丝是因为它耐温比合银丝高，所以采用合金丝。如何提高芯片与可伐合金镀金层的金丝键合能力
一：牌号：4J29 Kovar,可伐合金铁镍钴合金
二：化学成分：C≤0.03% Mn≤0.50% Si≤0.30% P≤0.020% S≤0.020% Cu≤0.20% Cr≤0.20% Mo≤0.20% Ni=28.5～29.5% Co=16.8～17.8% Fe=余量
三：应用范围应用领域：
用于制作与硬玻璃匹配封接的铁镍钴合金带材,棒材,板材,管材。适用于发射管、振荡管、引燃管、晶体管以及管封插头、继电器外壳等电真空器件。
合金在较宽的温度范围(-80~450℃)内膨胀系数与硬玻璃的膨胀系数相近，在电真空工业中，用来与硬玻璃封接制造高气密性元器件，也可以和陶瓷封接。
四：物理性能：合金按1.5规定的热处理制度处理后，再经-78.5℃冷冻，大于等于4h不应出现马氏体组织。但当合金成分不当时，在常温或低温下将发生不同程度的奥氏体(γ)向针状马氏体(α)转变，相变时伴随着体积膨胀效应。
五：概况：合金在较宽的温度范围(-80~450℃)内膨胀系数与硬玻璃的膨胀系数相近，在电真空工业中，用来与硬玻璃封接制造高气密性元器件，也可以和陶瓷封接
什么是键合线
键合线是：半导体封装用的核心材料，是连接引脚和硅片、传达电信号的零件，半导体生产中不可或缺的核心材料。只有1/4忽米直径的超丝线，生产键合线需要高强度超精密和耐高温的技术能力。 键合线按材质可分为：键合金线和键合银线。 键合金线条是一种具备优异电气、导热、机械性能以及化学稳定性极好的内引线材料，主要作为半导体关键的封装材料（键合金丝、框架、塑封料、焊锡球、高密度封装基板、导电胶等）。在LED封装中起到一个导线连接的作用，将芯片表面电极和支架连接起来，当导通电流时，电流通过金线进入芯片，使芯片发光。 键合银线是近两年来led、IC 行业内出现的替代传统金线的产品。由于近两年来黄金价格不断攀高，用芯片封装的封装步骤
板上芯片（ChipOnBoard,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 。
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（FlipChip）。板上芯片封装（COB），半导体芯片交接贴装在印刷线路板上，芯片与基板的电气连接用引线缝合方法实现，芯片与基板的电气连接用引线缝合方法实现，并用树脂覆盖以确保可靠性。虽然COB是最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 。 （1）热压焊
利用加热和加压力使金属丝与焊区压焊在一起。其原理是通过加热和加压力，使焊区（如AI）发生塑性形变同时破坏压焊界面上的氧化层，从而使原子间产生吸引力达到“键合”的目的，此外，两金属界面不平整加热加压时可使上下的金属相互镶嵌。此技术一般用为玻璃板上芯片COG 。
（2）超声焊
超声焊是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 。
（3）金丝焊
球焊在引线键合中是最具代表性的焊接技术，因为现在的半导体封装二、三极管封装都采用AU线球焊。而且它操作方便、灵活、焊点牢固（直径为25UM的AU丝的焊接强度一般为0.07～0.09N/点），又无方向性，焊接速度可高达15点/秒以上。金丝焊也叫热（压）（超）声焊主要键合材料为金（AU）线焊头为球形故为球焊 。
COB封装流程
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。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，给邦定造成困难)。如果有LED芯片邦定，则需要以上几个步骤；如果只有IC芯片邦定则取消以上步骤。第五步：粘芯片。用点胶机在PCB印刷线路板的IC位置上适量的红胶(或黑胶)，再用防静电设备(真空吸笔或子)将IC裸片正确放在红胶或黑胶上。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：邦定(打线)。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，简单的就是高精密度稳压电源)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AB胶适量地点到邦定好的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，根据要求可设定不同的烘干时间。第十一步：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 。
与其它封装技术相比，COB技术价格低廉（仅为同芯片的1/3左右）、节约空间、工艺成熟。但任何新技术在刚出现时都不可能十全十美，COB技术也存在着需要另配焊接机及封装机、有时速度跟不上以及PCB贴片对环境要求更为严格和无法维修等缺点 。
某些板上芯片(CoB)的布局可以改善IC信号性能，因为它们去掉了大部分或全部封装，也就是去掉了大部分或全部寄生器件。然而，伴随着这些技术，可能存在一些性能问题。在所有这些设计中，由于有引线框架片或BGA标志，衬底可能不会很好地连接到VCC或地。可能存在的问题包括热膨胀系数(CTE)问题以及不良的衬底连接 。 30多年前，“倒装芯片”问世。当时为其冠名为“C4”，即“可控熔塌芯片互连”技术。该技术首先采用铜，然后在芯片与基板之间制作高铅焊球。铜或高铅焊球与基板之间的连接通过易熔焊料来实现。此后不久出现了适用于汽车市场的“封帽上的柔性材料(FOC)”；还有人采用Sn封帽，即蒸发扩展易熔面或E3工艺对C4工艺做了进一步的改进。C4工艺尽管实现起来比较昂贵(包括许可证费用与设备的费用等)，但它还是为封装技术提供了许多性能与成本优势。与引线键合工艺不同的是，倒装芯片可以批量完成，因此还是比较划算 。
由于新型封装技术和工艺不断以惊人的速度涌现，因此完成具有数千个凸点的芯片设计目前已不存在大的技术障碍小封装技术工程师可以运用新型模拟软件轻易地完成各种电、热、机械与数学模拟。此外，以前一些世界知名公司专为内部使用而设计的专用工具目前已得到广泛应用。为此设计人员完全可以利用这些新工具和新工艺最大限度地提高设计性，最大限度地缩短面市的时间 。
无论人们对此抱何种态度，倒装芯片已经开始了一场工艺和封装技术革命，而且由于新材料和新工具的不断涌现使倒装芯片技术经过这么多年的发展以后仍能处于不断的变革之中。为了满足组装工艺和芯片设计不断变化的需求，基片技术领域正在开发新的基板技术，模拟和设计软件也不断更新升级。因此，如何平衡用最新技术设计产品的愿望与以何种适当款式投放产品之间的矛盾就成为一项必须面对的重大挑战。由于受互连网带宽不断变化以及下面列举的一些其它因素的影响，许多设计人员和公司不得不转向倒装芯片技术 。
其它因素包括：
①减小信号电感——40Gbps(与基板的设计有关)；②降低电源/接地电感；③提高信号的完整性；④最佳的热、电性能和最高的可靠性；⑤减少封装的引脚数量；⑥超出引线键合能力，外围或整个面阵设计的高凸点数量；⑦当节距接近200μm设计时允许；S片缩小(受焊点限制的芯片)；⑧允许BOAC设计，即在有源电路上进行凸点设计 。
