專利名稱：一種芯片的焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子零件焊接領(lǐng)域，特別是芯片焊接領(lǐng)域，具體涉及一種芯片的焊接方法，可在芯片封裝、智能卡封裝、電子產(chǎn)品組裝等領(lǐng)域廣泛使用。
背景技術(shù)：
表面貼裝技術(shù)的應(yīng)用在當(dāng)今的電子產(chǎn)品組裝業(yè)已經(jīng)普遍使用，是一種生產(chǎn)高效、設(shè)備通用、自動化程度高的生產(chǎn)技術(shù)。但是，被貼裝的器件都是經(jīng)過二次封裝好的元器件，元器件封裝成本高，產(chǎn)品體積大，特別在某些如智能卡類產(chǎn)品的應(yīng)用中需要小型超薄的要求，就無法實現(xiàn)了。為了實現(xiàn)此類的應(yīng)用需求，行業(yè)內(nèi)出現(xiàn)了倒封裝技術(shù)，即在裸芯片的焊盤上制作了金球，讓焊盤突出芯片表面，然后采用單向異性導(dǎo)電膠將芯片的焊盤和基板的焊盤導(dǎo)通完成焊接。雖然這種工藝可以實現(xiàn)超薄的工藝要求，但是其生產(chǎn)設(shè)備屬于專用設(shè)備，價格昂貴，且生產(chǎn)效率較低，是傳統(tǒng)表面貼裝設(shè)備的1/3 1/5，因此要實現(xiàn)大批量的生產(chǎn)，就需要進行大量的設(shè)備投資才能實現(xiàn)。采用倒封裝工藝的原材料單向異性導(dǎo)電膠的價格昂貴，且產(chǎn)品的性能受外界因數(shù)影響較大，如環(huán)境溫度、空氣灰塵、壓力等條件差異會造成焊接效果的變化，具有明顯潛在的焊接失效風(fēng)險。本發(fā)明為了解決芯片焊接生產(chǎn)中相關(guān)的問題點，從成本角度考慮，單向異性導(dǎo)電膠的成本高昂，傳統(tǒng)焊接劑(如錫膏)是單向異性導(dǎo)電膠的1/10價格，具有壓倒性的成本優(yōu)勢；從生產(chǎn)設(shè)備來講，傳統(tǒng)表面貼裝設(shè)備屬于行業(yè)通用，設(shè)備和設(shè)備的維護成本比較低；從焊接的可靠性來講，傳統(tǒng)焊接劑的生產(chǎn)條件和焊接效果穩(wěn)定可靠，符合大批量生產(chǎn)的需求。根據(jù)以上的分析，我們提出了全新的解決方案，使超薄型芯片的生產(chǎn)工藝簡化、效率提高、可靠性更高、成本更低。本發(fā)明在已公開的發(fā)明專利一種芯片的焊接方法，專利申請?zhí)?01110208897. 3的基礎(chǔ)上，提出了新的方法，完善了原方案不足之處，使該方法更具有實際生產(chǎn)的價值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對上述問題，在芯片的焊接生產(chǎn)中提出了裸芯片直接錫焊的概念。這種新型的生產(chǎn)方法，通過將裸芯片的焊盤做非鋁化處理，然后通過普通表面貼裝設(shè)備的貼裝工藝，使焊接劑將芯片焊盤和基板的焊盤通過回流焊方式固化并可靠地連接起來。這種方法是將傳統(tǒng)的表面貼裝工藝延伸并應(yīng)用到裸芯片的焊接過程中，有效降低生產(chǎn)成本、減小產(chǎn)品體積和厚度，提高生產(chǎn)效率。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案
一種芯片的焊接方法，其特征在于，包括如下步驟先將焊接劑設(shè)置在基板的焊盤表面，然后采用機械手將芯片的焊盤對準(zhǔn)基板的焊盤安裝，再將安裝好芯片的基板通過回流焊爐加熱將焊接劑固化，完成芯片焊接的過程；
所述的焊接劑為錫膏、銀漿或膠；所述的基板為環(huán)氧樹脂敷銅電路板(PCB)、聚酰亞胺(PI)敷銅電路板或聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)電路板；所述的機械手為表面貼裝設(shè)備的器件拾取裝置；所述的芯片為晶圓經(jīng)過減薄切割后沒有進行封裝的單顆裸芯片。進一步的，所述的焊接劑設(shè)置在基板的焊盤表面，是通過鋼網(wǎng)印刷工藝將膠狀的焊接劑在基板焊盤表面形成具有一定厚度的圖形，其厚度在20um-200um之間。再進一步，所述的焊接劑設(shè)置在基板的焊盤表面，是通過自動點膠工藝將膠狀的焊接劑在基板焊盤表面形成具有一定厚度的圖形，其厚度在30um-300um之間。再進一步，，所述的芯片的焊盤經(jīng)過非鋁化表工藝處理，使芯片焊盤具有高于芯片平面的焊盤和具有和焊接劑有效浸潤的焊接面。再進一步，，所述回流焊爐加熱將焊接劑固化的過程是第一階段預(yù)熱段溫度先從室溫上升至Tl ;第二階段保溫段溫度在T2之間保持；第三階段回流段溫度從T3-T4-T3期間為回流溫度，第四階段冷卻段溫度從T3下降至室溫；·
Tl 為 100-12(TC、150-17(rC或 18(TC -200°C ；
T2 為 100-150°C、150-200°C或 180°C -230°C ；
T3 為 140-160 °C、190-210 °C 或 220 °C -240 °C ；
T4 為 160-180O、210-250O或 240O -280°C ；
針對不同的材質(zhì)、焊接劑選擇對應(yīng)的溫度范圍。再進一步，，對于焊接強度要求高的產(chǎn)品，在芯片的周圍設(shè)置補強膠，使焊接可靠；所述的補強膠為液態(tài)加熱轉(zhuǎn)固態(tài)的硅膠或環(huán)氧樹脂膠；所述的補強膠為固態(tài)加熱轉(zhuǎn)液態(tài)再冷卻后轉(zhuǎn)固態(tài)的封裝膠；所述的補強膠為液態(tài)經(jīng)紫外線照射后轉(zhuǎn)固態(tài)的紫外線固化膠。再進一步，，所述的液態(tài)加熱轉(zhuǎn)固態(tài)的硅膠或環(huán)氧樹脂膠補強膠通過自動點膠的方式將膠體設(shè)置在基板的芯片安裝位置，再通過加熱爐進行固化；所述的固態(tài)加熱轉(zhuǎn)液態(tài)再冷卻后轉(zhuǎn)固態(tài)的封裝膠，以薄膜形式存在，經(jīng)模切后和安裝有芯片的基板貼合，經(jīng)加熱使封裝膠變性成液態(tài)，使膠體和基板及芯片充分融合，冷卻后形成固態(tài)包封體；所述的紫外線固化膠通過自動點膠的方式將膠體設(shè)置在基板的芯片安裝位置，再通過紫外線照射進行固化。再進一步，，補強膠的位置設(shè)置在芯片的4個角上、2個對邊、4周或把芯片全部包封起來。根據(jù)上述技術(shù)方案形成的芯片焊接，可以替代傳統(tǒng)的引線焊接工藝，使生產(chǎn)工藝簡化、產(chǎn)品合格率上升、生產(chǎn)成本降低，簡化了傳統(tǒng)方式先將芯片貼裝在基板上，再通過超聲波引線焊接工藝將芯片的焊盤和基板的焊盤連通，最后通過封裝膠將引線、芯片包封起來，封裝成模塊。也可以彌補倒封裝工藝的設(shè)備昂貴、生產(chǎn)效率低下、產(chǎn)品可靠性低的缺點。本發(fā)明的方法對于電子產(chǎn)業(yè)的進步起到推動的作用。
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
來進一步說明本發(fā)明。圖I為本發(fā)明芯片焊接剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明芯片焊接的三維示意圖。圖3為本發(fā)明四角補強膠位置示意圖。圖4為本發(fā)明圓形周邊填充補強示意圖。
圖5為本發(fā)明圓形整體填充補強示意圖。圖6為本發(fā)明兩邊填充補強示意圖。圖7為本發(fā)明四邊填充補強示意圖。
圖8為本發(fā)明邊緣填充補強剖面示意圖。圖9為本發(fā)明整體填充補強剖面示意圖。

圖10為本發(fā)明連續(xù)型基板和芯片的焊接示意圖。圖11為本發(fā)明連續(xù)型固態(tài)封裝膠模切結(jié)構(gòu)示意圖。圖12為本發(fā)明連續(xù)型固態(tài)封裝膠和基板的貼合示意圖。圖13為本發(fā)明連續(xù)型固態(tài)封裝膠和基板的加工示意圖。
具體實施例方式為了使本發(fā)明的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進一步闡述本發(fā)明的具體內(nèi)容。本發(fā)明的目的是通過傳統(tǒng)的表面貼裝工藝對裸芯片的焊盤和基板的焊盤進行物理連接，簡化了芯片焊接的生產(chǎn)工藝，增加產(chǎn)品可靠性，并有效降低成本，提高生產(chǎn)效率的目的。實施例I
如圖I和圖2所示的芯片焊接結(jié)構(gòu)圖，首先通過鋼網(wǎng)印刷工藝將焊錫膏32設(shè)置在環(huán)氧樹脂基板2的焊盤3表面，然后采用機械手將芯片I的焊盤31對準(zhǔn)基板2的焊盤3安裝，按箭頭4的方向貼合，再將安裝好芯片I的基板通過回流焊爐加熱將焊接劑固化，完成芯片焊接的過程；在這個過程中，焊接劑的量根據(jù)焊盤的尺寸選定，以可以充分連接為準(zhǔn)。實際操作中可以通過選擇鋼網(wǎng)的厚度以及印刷開窗的尺寸來調(diào)整。鋼網(wǎng)的厚度從20um到200um之間可以選擇。在回流焊爐加熱將焊接劑固化的過程中，根據(jù)基板的材質(zhì)來選用不同的焊接劑并配合相應(yīng)的加熱溫度來實現(xiàn)。如環(huán)氧樹脂敷銅電路板(PCB)和聚酰亞胺(PI)敷銅電路板采用以下溫度
第一階段預(yù)熱段溫度先從室溫上升至Tl ;第二階段保溫段溫度在T2之間保持；第三階段回流段溫度從T3-T4-T3期間為回流溫度，第四階段冷卻段溫度從T3下降至室溫；
Tl 為 18(TC -200°C ；
T2 為 180 O -230 0C ；
T3 為 220 O -240 0C ；
T4 為 240°C -280°C ；
對于尺寸較大尺寸的芯片焊接的時候，可以選擇對芯片的四個角進行補強固定。如圖3所示，在芯片I的4個角上，通過自動點膠工藝將熱固化環(huán)氧樹脂補強膠分別點在基板51、52、53、54位置上，讓其自由擴散，并通過加熱固化工序?qū)⒀a強膠固化，起到保護芯片和焊接點的目的。如圖4，圖6，圖7所示，補強膠的形狀可以是圓形的，也可以是雙邊長條形的，或者是四邊方形的，均能有效保護芯片和焊接點。對于較小尺寸的芯片焊接的時候，可以選擇對芯片進行完整包封補強。如圖5和圖9所示，芯片和焊點完全被補強膠所包圍，經(jīng)過固化后可以獲得更加可靠的產(chǎn)品。如圖8和圖9的剖面圖所示，在補強膠施膠過程中，由于膠體5是半液態(tài)流動的物體，膠可滲透到芯片I和基板2的縫隙中，使膠體5和芯片I、基板2融為一體，有效保護芯片和焊接點。實施例2
如圖I和圖2所示的芯片焊接結(jié)構(gòu)圖，首先通過自動點膠設(shè)備將銀漿32設(shè)置在聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)基板2的焊盤3表面，然后采用機械手將芯片I的焊盤31對準(zhǔn)基板2的焊盤3安裝，按箭頭4的方向貼合，再將安裝好芯片I的基板通過回流焊爐加熱將焊接劑固化，完成芯片焊接的過程；在這個過程中，焊接劑的量根據(jù)焊盤的尺寸選定，以可以充分連接為準(zhǔn)。實際操作中可以通過設(shè)定點膠設(shè)備的壓力等參數(shù)來調(diào)整。導(dǎo)電劑厚度從30um到300um之間可以選擇。在回流焊爐加熱將焊接劑固化的過程中，根據(jù)基板的材質(zhì)來選用不同的焊接劑并配合相應(yīng)的加熱溫度來實現(xiàn)。聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)電路板采用以下溫度
第一階段預(yù)熱段溫度先從室溫上升至Tl ;第二階段保溫段溫度在T2之間保持；第三階段回流段溫度從T3-T4-T3期間為回流溫度，第四階段冷卻段溫度從T3下降至室溫;
Tl 為 100-120。。；
T2 為 100-150。。；
T3 為 140-160 0C ；
T4 為 160-180。。。對于尺寸較大尺寸的芯片焊接的時候，可以選擇對芯片的四個角進行補強固定。如圖3所示，在芯片I的4個角上，將紫外線固化補強膠分別點在基板的51、52、53、54位置 上，讓其自由擴散，并通過紫外線照射固化工序?qū)⒀a強膠固化，起到保護芯片和焊接點的目的。如圖4，圖6，圖7所示，補強膠的形狀可以是圓形的，也可以是雙邊長條形的，或者是四邊方形的，均能有效保護芯片和焊接點。對于較小尺寸的芯片焊接的時候，可以選擇對芯片進行完整包封補強。如圖5和圖9所示，芯片和焊點完全被補強膠所包圍，經(jīng)過固化后可以獲得更加可靠的產(chǎn)品。如圖8和圖9的剖面圖所示，在補強膠施膠過程中，由于膠體5是半液態(tài)流動的物體，膠可滲透到芯片I和基板2的縫隙中，使膠體5和芯片I、基板2融為一體，有效保護芯片和焊接點。實施例3
如圖I和圖2所示的芯片焊接結(jié)構(gòu)圖，首先通過自動點膠設(shè)備將導(dǎo)電膠或非導(dǎo)電膠32設(shè)置在聚酰亞胺(PI)基板2的焊盤3表面，然后采用機械手將芯片I的焊盤31對準(zhǔn)基板2的焊盤3安裝，按箭頭4的方向貼合，再將安裝好芯片I的基板芯片位置局部加壓加熱使焊接劑固化，完成芯片焊接的過程；在這個過程中，焊接劑的量根據(jù)焊盤的尺寸選定，以可以充分連接為準(zhǔn)。實際操作中可以通過設(shè)定點膠設(shè)備的壓力等參數(shù)來調(diào)整。在加壓加熱將焊接劑固化的過程中，根據(jù)不同的焊接劑的特性設(shè)定相應(yīng)的加熱溫度來實現(xiàn)。為了提高生產(chǎn)效率，我們選用所述的固態(tài)加熱轉(zhuǎn)液態(tài)再冷卻后轉(zhuǎn)固態(tài)的封裝膠。這種封裝膠以薄膜形式存在，經(jīng)模切后形成長條形連續(xù)的結(jié)構(gòu)，和安裝有芯片的連續(xù)基板貼合，經(jīng)加熱后使封裝膠變性成液態(tài)，使膠體和基板及芯片充分融合，冷卻后形成固態(tài)包封體，除去封裝膠的離型膜，完成厚度可控，形狀規(guī)則的封裝模塊。如圖10所示的連續(xù)型基板和芯片的焊接示意圖，芯片I被有規(guī)律地焊接在連續(xù)的基板2的相應(yīng)位置，基板2的邊緣設(shè)置了固定間距的定位孔201，以適合連續(xù)生產(chǎn)設(shè)備步進的需要。如圖11所示的連續(xù)型固態(tài)封裝膠模切結(jié)構(gòu)示意圖，薄膜型固態(tài)封裝膠被模切成規(guī)則排列的封裝膠塊，一面固定在離型膜501上，離型膜的邊緣設(shè)置了固定間距的定位孔502，以適合連續(xù)生產(chǎn)設(shè)備步進的需要。。如圖12所示的連續(xù)型固態(tài)封裝膠和基板的貼合示意圖，通過自動封裝設(shè)備將模切好的連續(xù)型固態(tài)封裝膠帶和安裝了芯片的連續(xù)型基板通過定位孔對應(yīng)貼合，離型膜501上的封裝膠塊5對應(yīng)基板2上的芯片I。 如圖13所示的連續(xù)型固態(tài)封裝膠和基板的加工示意圖，經(jīng)過貼合的基板2和封裝膠帶501經(jīng)過具有加熱功能的加熱臺7和壓合輪6，使封裝膠塊5將芯片I包封起來，冷卻后，膠體和基板2充分粘合，并通過收料器將離型膜501從膠體表面去除，形成完整的封裝模塊。上述一種芯片的焊接方法可應(yīng)用于以環(huán)氧樹脂為介質(zhì)的硬性敷銅基板(PCB)的芯片焊接。上述一種芯片的焊接方法可應(yīng)用于以聚酰亞胺(PI)為介質(zhì)的柔性敷銅電路板的芯片焊接。上述一種芯片的焊接方法可應(yīng)用于以聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)為介質(zhì)的柔性敷銅電路板的芯片焊接。綜上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種芯片的焊接方法，其特征在于，包括如下步驟先將焊接劑設(shè)置在基板的焊盤表面，然后采用機械手將芯片的焊盤對準(zhǔn)基板的焊盤安裝，再將安裝好芯片的基板通過回流焊爐加熱將焊接劑固化，完成芯片焊接的過程；所述的焊接劑為錫膏、銀漿或膠；所述的基板為環(huán)氧樹脂敷銅電路板(PCB)、聚酰亞胺(PI)敷銅電路板或聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)電路板；所述的機械手為表面貼裝設(shè)備的器件拾取裝置；所述的芯片為晶圓經(jīng)過減薄切割后沒有進行封裝的單顆裸芯片。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述的焊接劑設(shè)置在基板的焊盤表面，是通過鋼網(wǎng)印刷工藝將膠狀的焊接劑在基板焊盤表面形成具有一定厚度的圖形，其厚度在20um-200um 之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述的焊接劑設(shè)置在基板的焊盤表面，是通過自動點膠工藝將膠狀的焊接劑在基板焊盤表面形成具有一定厚度的圖形，其厚度在30um-300um 之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述的芯片的焊盤經(jīng)過非鋁化表工藝處理，使芯片焊盤具有高于芯片平面的焊盤和具有和焊接劑有效浸潤的焊接面。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述回流焊爐加熱將焊接劑固化的過程是第一階段預(yù)熱段溫度先從室溫上升至Tl ;第二階段保溫段溫度在T2之間保持；第三階段回流段溫度從T3-T4-T3期間為回流溫度，第四階段冷卻段溫度從T3下降至室溫；Tl 為 100-12(TC、150-17(rC或 18(TC -200°C ；T2 為 100-150°C、150-200°C或 180°C -230°C ；T3 為 140-160 °C、190-210 °C 或 220 °C -240 °C ； T4 為 160-180O、210-250O或 240O -280°C ； 針對不同的材質(zhì)、焊接劑選擇對應(yīng)的溫度范圍。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，對于焊接強度要求高的產(chǎn)品，在芯片的周圍設(shè)置補強膠，使焊接可靠；所述的補強膠為液態(tài)加熱轉(zhuǎn)固態(tài)的硅膠或環(huán)氧樹脂膠；所述的補強膠為固態(tài)加熱轉(zhuǎn)液態(tài)再冷卻后轉(zhuǎn)固態(tài)的封裝膠；所述的補強膠為液態(tài)經(jīng)紫外線照射后轉(zhuǎn)固態(tài)的紫外線固化膠。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述的液態(tài)加熱轉(zhuǎn)固態(tài)的硅膠或環(huán)氧樹脂膠補強膠通過自動點膠的方式將膠體設(shè)置在基板的芯片安裝位置，再通過加熱爐進行固化；所述的固態(tài)加熱轉(zhuǎn)液態(tài)再冷卻后轉(zhuǎn)固態(tài)的封裝膠，以薄膜形式存在，經(jīng)模切后和安裝有芯片的基板貼合，經(jīng)加熱使封裝膠變性成液態(tài)，使膠體和基板及芯片充分融合，冷卻后形成固態(tài)包封體；所述的紫外線固化膠通過自動點膠的方式將膠體設(shè)置在基板的芯片安裝位置，再通過紫外線照射進行固化。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，補強膠的位置設(shè)置在芯片的4個角上、2個對邊、4周或把芯片全部包封起來。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種芯片的焊接方法，包括如下步驟先將焊接劑32設(shè)置在基板2的焊盤3表面，然后采用機械手將芯片1的焊盤面31對準(zhǔn)基板的焊盤3安裝，再將安裝好芯片的基板通過回流焊爐加熱將焊接劑32固化，完成芯片焊接的過程，在某些場合，還需要補強使焊接更可靠。本發(fā)明可以替代傳統(tǒng)的芯片引線焊接及芯片倒封裝工藝，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。
文檔編號H05K3/34GK102903646SQ201210198329
公開日2013年1月30日 申請日期2012年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月25日
發(fā)明者陸紅梅 申請人:上海禎顯電子科技有限公司