IC板上装配的互连工艺
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IC板上装配的互连工艺
翁利电子（上海）有限公司 张顾蕾
摘要：IC的封装材料和线路板装配过程使用的辅助物料比较特殊，对它们在使用过程中的工艺控制要求也较高，本文主要就几种常见的材料在使用时的一些控制要素进行阐述，供大家参阅。
关键词：环氧树脂、硅铝线、导电薄膜。
引言
IC后道装配工艺对工作环境有一定的要求，整个工艺过程的环境温度应控制在20-250C左右，相对湿度在40％-70％比较适宜，洁净度应在10000级以下。在这样的环境下对连接晶片各种材料，设备及工艺的影响都较小。有一些特别要求的晶片必须在无尘、恒温、恒湿的环境中进行生产，以降低氧化、静电等危害产品因素的影响。本文主要就几种较常见的材料在使用时的一些控制要素进行阐述，供大家参考。
晶片封装材料
1 粘接与包封
粘接与包封材料最常见的成份为环氧树脂基，在此基础上根据不同的使用要求，填充不同的物质，来改变它的电气性能及物理特性。不同种类的粘接与包封产品，其工艺控制的要求也不同。
粘接与包封材料，一般都有保存固化时间、固化温度等控制要素，常规等级材料的保存温度在-100C以下，一些较特殊的规格需要在-400C-200C保存。固化时间与固化温度的选择是相互影响的工艺因素。温度越高所需时间越短从产品的可靠性来讲，温度应尽量低些，以降低其固化过程中产生的内部应力。但是当温度代于某一值时，它就永远不可能固化了，也就是说各种材料都有它的最低固化温度
，小于此温度，材料就不可能发生聚合反应。完成作业流程，就应该适
当提高固化时的温度。所以通过综合考虑产品的合格率和充分利用设备
，而又不会损伤到印刷制电路板及其他电子料和器件的温度值，粘接与
包封材料生产厂家都会推荐优选的温度和时间值供参考。
2 晶片的互连
以上讲的是IC的粘接与包封保护材料，那么它又是如何实现内部与外部连接的呢？
在晶片板上直接装联工艺（COB）中，IC与外部电路的连接是通过印制电路板上的键合盘，导线或各种SMT引转换插座。COB互连所用材料为硅铝线、金线、钯线或铜线等，其主要参数有直径、抗拉强度、伸长系数、导电性等。 t (s)
图 1 对于任何电子产品来讲，可靠性是非常关键的，那么在邦线工艺上的又有哪些因素影响呢？
理伦上讲，不管Ball Bonding(球引脚或凸点键合)还是Wire Bonding
引线键合），帮线本身的抗拉强度越大，就越能承受外力对其的影
响，产品本身就越可靠，以下我们来看一下拉力与其它因素的关系。
如图 拉力=P
弧高=h
邦点间距=s
邦线所受张力=T
当T 根据：P =T a. 弧线h越高，所能承受的拉力越大，如图3所示： b. 邦点间距S越大，所能承受的拉力越小，如图4所示： 当T=To时，即达到疲劳极限时，P的大小还取决于铝线本身所能承受的极限值，主要在于铝线的直径，以下是某型号线的极限拉力范围与直径的关系。 S/2 T T 图 2 h h2+s2/4 T=10gms S=100mils P h 图 3 Bond Span(mils) P 图 4 直径（mils） Tmax(克力) 直径 Tmax (克力) 0.7 4-7 1.1 12-15 0.8 6/9 1.2 14-17 0.9 8-11 1.25 17-19 1.0 10-13 1.5 23-28 根据上的关系时，我们可以根据邦线的性能，高速设备参数，来改善产品的可靠性。由于每批邦线的材料的成分及显微结构等因素，即使同一型号的邦线其性能也不尽相同，为了控制好产品质量的稳定性，在生产过程中需要建立拉力测试控制点，计算其Cpk值，来评价产品的稳定性和设备的工艺能力因素，一般要求Cpk≥1.33。当然现在的电子产品越做越薄，必然要求其内部的每个部件减小其厚度，所以有些特殊的产品对弧线高度也有要求，这样当保护层覆盖上去时，其整体的高度就得到了控制，到了整个产品装配时，才能实现超薄的几何尺寸要求。 在选择某一种邦线时，首先要考虑其拉力是否能满足产品的要求，再根据产品的其它特殊要求来选择线型，例如产品的帮线很密，就应该选用直径较小的线，同样如果某一产品对导电、导热要求较高，就应选择导电导热系数好的邦线。 电子产品中互连用的导电薄膜材料 电子产品中互连用的导电薄膜材料有两种：斑马条纹连材料，柔性印刷线路薄膜。 我想从以下几方面的比较来说明其各自的特点和工艺特性。 a. 从材料本身分析，斑马条纹连接的线路中通通常为碳粉和其它金属粉末的混合物，而柔性印刷线路薄膜的线路为铜铝等金属线。基宽度通常为0.3-2mm，也有较细的0.1-0.2mm，它对设备能力的要求就比较高。 b. 从工艺流程上讲，斑马条纹只需要一道加热加压的过程就可以了，印刷线路薄膜，却必须先使用ACF材料进行低温度较小压力的预压，然后再与线路板或玻璃片连接，而此时的温度压力就高许多。举例来讲：看下表两过程的对比。 过程 Bonding Conditions 斑马条纹 温度 150+100C 压力 1-6Mpa 时间 5-15S Tacking Conditions 温度 90+100C 压力 1-2Mpa 时间 5-8S 柔性薄膜 Bonding Conditions 温度 170+100C 压力 2-4Mpa 时间 15-30S c. 从导电方式来讲，斑马条纹连接材料是通本身携带的金属物与印刷线路板或玻璃上透明导电膜电极（ITO）连接。印刷线路薄膜通过轴身电的ACF材料中的金属粒进入线路表面，来达到导电的目的。 ACF是一种各向异性电薄膜材料（Anisotropic Conductive Film的缩写）。它的载体是半透明的胶带，在其中分布一些金属粒子，通常成份是镍微粒，直径在5-10um. d. 工艺控制 斑马条纹 印刷线路薄膜 拉力测试 >0.3N/mm >0.5N/mm 平衡测试 要求整个接触面宽度一样 要求整个接触面宽一样 效果测试 残留物试验>60％ 破裂粒子显微镜检查 这里我主要讲一下效果测试过程。对于斑马条纹，残留物的多与少，就表明其与PCB或玻璃焊接程度，可以通过手撕或一些特殊的仪器来检查。而检查ACF材料中Ball Crash(颗粒破裂)的情况，需要250-500倍的显微镜，它必须要达到材料供应商给出的每根线路，破裂粒子的数目，才能说明连接是否良好。 另外，由于ACF的连接方式可以看出，一旦需要拆解印刷线路薄膜和PCB或玻璃，就可能损坏表面线路，所以为降低报废物料的成本，会选择较低的温度和压力，来保护一些贵重物料，如IC/LCD等。 综合以上因素，我们可以看出，斑马条纹工艺过程较简单，但可靠性不如ACF连接的印刷线路薄膜，当然，斑马条纹的材料成本要小得多。 以上只是本人在这几年中的一些浅见，与电子行业的同仁们一起商 讨，也希望能得到大家的指点和意见，共同取得进步。
