PCB科技 - 晶片安裝在PCB上的作用

較小的PCB, 包括…在內 剛柔電路, 需要3種晶片放置方法之一, 取決於應用程序. 多年來一直是電晶體製造業唯一領域的科技，現在已經轉移到今天的 印刷電路板（PCB） 製造過程和工藝.

這些不是舊的, 我們成長過程中使用的傳統PCB； 相反地, 它們是一種新型的 電路板, 主要是小型剛性電路和 撓性電路, 或者兩者的結合, 稱為剛柔組合. 越來越多的小型電子產品, 例如可穿戴設備, 可擕式設備和物聯網設備, 基於這些更新的micro 電路板.

2019年和未來，隨著當今先進電子產品不斷縮小PCB空間，微電子將發揮至關重要的作用。 電路板尺寸縮小的一個原因是，組件的尺寸也在縮小，變得越來越精細，裝配、檢查和測試產品變得越來越困難。

例如, 許多較小的PCB無法通過傳統的 PCB組件 和生產線. 越來越多這樣的 電路板 必須經過專業的微電子封裝, 包括引線鍵合和晶片連接.

晶片連接是小型PCB製造中一個相對較新的領域。 簡而言之，它是將晶片或模具連接到其封裝、基板或剛性、柔性或剛性-柔性電路的過程。 事實上，它甚至可能涉及將一個晶片連接到另一個晶片。

使用的晶片安裝方法取決於熱導率和散熱。 囙此，在晶片連接過程之前，每個晶片都必須經過仔細的熱導率檢查和分析，以確定其將釋放的熱量。

晶片通常位於磁帶、晶圓或華夫格託盤中。 華夫餅託盤或晶片組有許多切片晶片（圖1）。

圖1：帶晶片的華夫餅封裝（來源：NexLogic Technologies）

當目標晶片通過一個小型真空吸盤從華夫格託盤或晶圓封裝中取出時，晶片連接過程開始（圖2）。

圖2：用於拾取晶片的真空抽吸工具（來源：NexLogic Technologies）

真空釋放模具後，將其與基板或PCB精確對齊，然後使用3種方法之一永久連接。 用於貼片的環氧樹脂和焊料可以是非導電的或導電的。 在晶片安裝過程中，晶片/晶片與基板/PCB之間應保持完美接觸； 此外，不應存在任何差距。

此外，將晶片連接到基板的粘合劑必須非常精確。 這個過程非常敏感； 除了拾取晶片外，還必須將其放置在基板上，不得損壞或破壞晶片。 所創建的模具粘合應能够承受極高的溫度範圍，而不會造成任何生產率損失、任何效能損失和任何顯著退化。

典型的晶片連接方法有環氧樹脂連接、共晶連接和焊料連接。 環氧樹脂粘接工藝可能涉及銀環氧玻璃或聚醯亞胺基資料。 該環氧樹脂使用非常精細的分配器進行分配，該分配器能够非常精確地分配數量，公差以微米為組織。 在這種情況下，基板需要加熱至室溫至200°C的溫度，具體取決於所用環氧樹脂的類型。 該溫度允許環氧樹脂適當固化，使其粘附在基板上，從而在基板和晶片之間準確形成接縫。

當分配環氧樹脂時，它會覆蓋需要進行晶片連接的區域，並在粘結邊緣形成圓角。 如果環氧樹脂用量過多，將導致污染和錯位。 共面性也將成為一個問題，在這種情況下，晶片將無法正常工作。 相反，如果您沒有分配足够的環氧樹脂，它將導致裂縫、空隙，隨後的接縫將是次優的。

如圖3所示，需要執行極其精確的分配要求。 此外，需要高度複雜的檢測工具來實現完美的晶片放置。 使用的粘合劑通常不是導體，而是電絕緣體，導熱性不好。 為了使它們更具導熱性，使用銀或金資料將熱阻降低到較低的值。

添加金、銀、碳化矽、氧化鈹或不同元素的化合物有助於在較低溫度下固化這些粘合劑。 環氧樹脂粘接也可用於連接不同資料的多個晶片尺寸。

該科技使用共晶合金將晶片連接到空腔或基板。 此應用中的基板可以是陶瓷或金屬，如鋁或銅，通常用於微波和射頻組件等高功率應用。 使用共晶切屑工藝（與粘合切屑工藝相反）的原因是共晶方法可以處理300°C或更高的溫度範圍。 由於陶瓷和金屬等基材的熔點較高，囙此需要更高的溫度。

共晶晶片連接，也稱為“無焊劑焊接連接工藝”——一種稱為預製件的薄金屬層（圖4）。 該預製件是兩種或兩種以上不同元素（金銀或金錫或類似元素）的合金（混合物），可用於在惰性氣氛中創建接頭。 在允許的情况下，這些預製件的熔化溫度低於基板。

圖4：也稱為“無助焊劑焊接”，共晶晶片連接使用稱為預製件的薄金屬層。 （來源：NexLogic Technologies）

例如，純金的熔化溫度非常高，超過1000°C，而矽的熔化溫度超過1400°C。另一方面，由錫和銀製成的預製件允許在231°C下熔化，金-錫在295°C下熔化，金-鍺在350°C下熔化，金-矽在400°C下熔化，使其更容易在受控溫度範圍內熔化，形成牢固的接頭。

使用金基預製件的另一個原因是，該元件具有高導電性、電性和熱性，這為散熱提供了極好的管道。

焊接連接類似於表面貼裝科技（SMT）接頭創建。 由於焊料本身的高導熱性，焊料連接是一種常見的晶片連接類型。

正如我們所看到的，當我們還考慮上述各種方法時，晶片安裝過程可能會經歷極端的溫度變化。 例如，對於錫鉛SAC 305或一些類似焊料，軟釺料連接工藝的溫度範圍為180°C至250°C。對於金錫、金矽或類似合金製成的焊料，高溫釺料連接方法可能超過250°C甚至更高。 當談到LED等設備的散熱時，焊料連接也很重要。

焊料附著的一個重要方面是晶片需要助焊劑。 在此之前，需要在晶片金屬化和基板金屬化上預鍍初始焊料合金。 如果需要某一層，則需要略微不同的晶片和基板組成。 一旦執行完成，晶片放置器用於將晶片放置在基板上。

當使用焊料連接方法時，將一根導線送入系統，在系統中對其進行預熱，然後熔化焊料並形成接頭（之後，必須在封裝前去除晶片上的助焊劑）。

焊料附著科技的優良特性包括其堅固性、機械強度、良好的散熱性和高導熱性。

一旦晶片連接過程完成（使用上述任何一種科技），將使用另一個過程來執行線鍵合，將晶片/晶片上的焊盤連接到基板/PCB上的相應焊盤。 這些導線連接可以使用金線、鋁線、銅線或（在某些情况下）銀線來實現。

簡言之, 用於小型PCB，如剛性, 靈活的, 和 剛柔電路, 晶片安裝正成為一項更為突出的科技. 因此, OEM設計師必須掌握3種晶片安裝方法，以選擇最適合其應用的方法.