介紹COB的焊線及其拉力

當 COB 的晶粒黏著好且烘烤完畢後,接下來就是最有趣的打線/焊線(Wire bonding)製程,這個製程與 IC 封裝稍有不同的地方是 IC 用金線(gold wire),而 COB 則用鋁線(Aluminum wire),所以焊點的形狀也就有所不同,其次是焊線的拉力也會不同。一般來說金的延展性比其他金屬來得好,所以金線的拉力就會比較高,也比較不易斷,品質也就比較穩定。

我已經不太記得為何 COB 要用鋁線而不用金線了,也許是因為價錢較便宜的關係吧!說真的,要是 COB 也打金線的話,那工廠管控可就得大大傷腦筋了,因為是「金子」耶!現在的黃金這麼貴,誰不想偷一點呢!







焊線 (Wire Bonding)

wire_bond

以焊點的形狀來區分的話,焊線製程可以分為『球型焊(Ball Bond)』及『楔型焊(Wedge Bond)』兩種。COB通常採用鋁線(Al wire)所以會是 Wedge Bond。根據經驗及數據,球型焊的強度比楔型焊來得好,可是「金線」也比較貴。

COB_Ball_Wedge_bond2 Ball_bond_wedge_bond

『球型焊(Ball Bond)』及『楔型焊(Wedge Bond)』的優缺點:
『球型焊(Ball Bond)』及『楔型焊(Wedge Bond)』的優缺點

註:「額外面積」,我已經有點忘記這是什麼了,如果沒有記錯的話,應該是Bonding時的面積,也就是焊線直徑的倍數,以同樣直徑的金線及鋁線來比較,球型焊點所需的面積通常比楔型焊點來得小。

一般的 COB 製程都會再加購一台手動的焊線機來修補焊線,因為自動機台太貴了,如果停下來作修補將會影響到產出數量。手動修補也比較有彈性,可以選擇焊墊上沒有點焊過的位置來重新焊線,這樣也可以得到比較好的焊接強度。

COB通常不建議做 PCB 拼板(panelization),因為 Wire Bonding 機台有最大尺寸的限制,而且比SMT小很多,大部分 Wire Bonding 焊頭的移動範圍也僅侷限在4"x4"之內,如果要同時打超過兩顆以上的COB時,就需要特別留意其距離。

就我所知道 COB 製程能力最小可以打到 90um 的焊點間距,但是一般的COB較能接受的是100~140um的焊點間距。也許現在已經有更新的製程能力了。

焊線修理

COB 的焊線打在 PCB 上面,但是 PCB 的鍍金層基本上很難有非常平均的鍍層,再加上有些因素造成焊線的不穩定,所以有時候會有打線不良的情形發生,這時候就需要有技巧的熟練作業員來挑掉原來的焊線,然後再打上新的焊線。挑除焊點時可以拿細小的縫衣針,從線頭的位置刺下去,然後往拉線的方向推就可以把整個焊點推起來,焊點最好要清除乾淨,以免重新焊線時干涉到或重疊造成不良。

cob_repair01 cob_repair02

 

焊線拉力測試(Wire Pull Test)

在 IC 的封裝製程中,焊線的品質好壞通常採用拉力(Wire pull)推晶(die shift)推球(Ball Shift)等三種方法來判定好壞,可是COB採用Al(鋁)線製程,沒有焊球(ball),所以推球就不適用在COB。推晶是用來判斷晶粒(die)有沒有確實黏貼在 Lead-frame 上面的量測標準,但 COB 製程則較少用來測試晶力黏著度。一般來說大部分的 COB 製程只會測試焊線拉力,它可以測出打線的焊點焊在PCB的強度夠不夠,不夠的話後段製程用 Epoxy封膠及烘烤(curing)時會有焊點脫落的風險,這也是COB製程最主要的風險,一旦封了膠就沒有辦法再修理了,一般我們對COB焊線拉力的要求比晶片封裝來的低,通常只要求大於 6g 即可,因為  Wedge bond 的強度比較弱。

如果你有留意 COB 的製程流程圖,你會發現在封膠以前還有一個「測試(Testing)」製程,就是為了確保封膠以前把所有的不良品挑出來修理。

wire_pull


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訪客留言內容(Comments)

請問版大
關於COB焊線拉力大於6g這個數值是否有其依據來源呢?有無相關規範書可供查詢(例如JEDEC….等)
因工作關係剛好這樣這些資料,還望版大分享提供

感謝您

felixzero;
Sorry!我沒有這個規格,6g是根據經驗得來的數據,一般的COB代工廠很少定義這個拉力,但有規模的應該沒有問題。

2.5 and 3.0 gf for 25um AL and Au wire respctively. Military specifications. MIL-STD-883C, noitice5, method 2011.6

Thanks for the information share. My personal think the requirement for 2.5 and 3.0 gf for 25 um AL wire is really low and easy to achieve.

請問,如果以ASM AB520的機器打線,Die厚度 300um
由Die Pad到PCB這段鋁線,最短可以到多短?
這個和機器的能力有關嗎?
如果有,市面上哪種機器距離最短?

Yuanpro;
我離開打線的行業已經有一段時間了,有些資訊或許跟不上時代,所以參考就好。
就我以前接觸過打線機的經驗,機器的精準度已經很足夠了,我不認為 die pad 到 PCB 這段鋁線有機器上的限制,我認為其限制應該放在物理特性上,如何讓鋁線不會碰觸到其他相鄰的鋁線?如何避免鋁線接觸到 dice 的其他地方?這些可能都得看 die pad 及 PCB pad 的設計才能決定,還有鋁線的弧度也要稍微考慮一下。另外,如果 dice 太靠近 PCB pad,還得考慮 dice 移動所造成的問題。

前輩您好.
您的文章中有一部分不解還請解惑,在焊線章節提到
COB通常採用鋁線(Al wire)所以會是 Wedge Bond。根據經驗及數據,球型焊的強度比楔型焊也好,可是「金線」也比較貴。
但在文字下方的球型與與楔行比較的表格中,焊點強度一項寫的與上文似乎是相反的

謝謝

Mark;
表格中的資料的確有誤,而且還不只拉力這一項,
謝謝你的提醒。
因為我現在已經不在這個行業,
所以有些資訊可能不是那麼清楚了,
待我重新查證後盡快訂正。

版大你好
近期遇到幾個問題,想藉由您的經驗來分析原因,還勞煩版大幫忙解惑,謝謝!!!
1.為何在封膠前已做了測試,確認為良品,且ic功能正常,但封膠後卻仍有不良品產生,這有可能發生的原因為何呢??
2.為何封膠完成後測試功能發現不良,但按壓封膠的地方,再操作,此時功能卻又正常,請問這有可能發生的原因又是為何呢??
3.即然COB焊線拉力有做測試,那他的承載力是否也有規範呢?ex:鋁線只能承載多重的重量之類,又如若封膠環氧樹脂調配的比例不對,會量的多寡是否也會影響打線的品質呢??
以上還以勞煩有經驗的大大們幫忙解答,謝謝!!!

Bonnie;
1. 這種原因可能很多,建議你先用X-Ray檢查可能是那個地方出了問題,是焊線斷了?還是焊點脫落?還是其他問題,一般COB測試後會先放在一旁等待灌環氧樹脂膠,灌膠的時候如果不小心有可能會去傷到焊線,另外環氧樹脂的選用也很重要,CTE變化不可以太大,也就是在烘烤過程中樹脂的體積變化不可以太大,否則容易拉扯到焊線或焊點,造成脫落。所以也會跟烘烤的溫度有關,溫度越高,樹脂硬化縮收可能就越大,拉扯的力道也就越大,這就要配合焊線的拉力,一定強度的拉力才能承受樹脂硬化的拉扯力道‧再來就是ESD(靜電了)。
2. 這個比較有可能是焊線的焊點脫落或是接觸不良所造成,建議先使用X-Ray查看再把COB的樹脂局部磨掉檢查。
3. 不太瞭解你的承載力是什麼意思,如果是鋁線本身的承受力,可以要求鋁線廠商提供規格。

請教鋁線的廠牌或代理商及電話

Sam;
對不起!已經很久沒有實際接觸COB的製程了,所以手上的資料已經過期。

板大您好:
請問一下您有認識的打線工廠嗎?謝謝。

您好,有關球形與楔形焊接優缺點的表格有個問題想請教您。

需要額外面積是什麼意思?

By the way 表格強度的部份好像打相反了?

謝謝您

小川;
「額外面積」,我已經有點忘記這是什麼了,如果沒有記錯的話,應該是Bonding時的面積,也就是焊線直徑的倍數,以同樣直徑的金線及鋁線來比較,球型焊點所需的面積通常比楔型焊點來得小。
表格的確有些錯誤,更正了,但還是不敢確定全部正確,如有看到錯誤在麻煩通知一下。


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