较小的 PCB，包括刚挠结合电路，需要使用三种方法之一进行芯片贴装，具体取决于应用。多年来一直是半导体制造唯一领域的技术现在已经迁移到当今的印刷电路板 (PCB) 制造工艺和流程中。

这些不是我们长大的旧的、传统的 PCB；相反，它们是一种新型的电路板，主要是小型刚性电路和柔性电路，或两者的组合，称为刚柔结合。越来越多的小型电子产品，如可穿戴设备、便携式设备和物联网设备，都基于这些更新的微型电路板。

在 2019 年及未来，由于当今先进的电子产品正在缩小 PCB 空间，微电子将发挥至关重要的作用。电路板尺寸缩小的一个原因是组件也在缩小尺寸并变得越来越精致，并且组装、检查和测试产品变得越来越困难。

例如，许多这些较小的 PCB 无法通过传统的 PCB 组装和制造线。越来越多的此类电路板必须经过专门的微电子封装，包括引线键合和芯片连接。

芯片连接是小型 PCB 制造的一个相对较新的领域。简而言之，它是将芯片或管芯连接到其封装、基板或刚性、柔性或刚性-柔性电路的过程。事实上，它甚至可能涉及将一个芯片连接到另一个芯片。

要使用的芯片贴装方法取决于导热性和散热性。因此，在芯片连接过程之前，每个芯片都要经过仔细的热导率检查和分析，以确定它将散发的热量。

芯片通常存在于胶带上、晶片中或华夫格托盘中。华夫格托盘或芯片组有许多已经切好的芯片（图 1）。

图 1：带芯片的 Waffle Pack（来源：NexLogic Technologies）

当通过小型真空抽吸工具从华夫格托盘或晶圆包中拾取目标芯片时，芯片连接过程开始（图 2）。

图 2：用于拾取芯片的真空抽吸工具（来源：NexLogic Technologies）

在真空释放管芯后，它会与基板或 PCB 精确对齐，然后使用三种方法之一进行永久连接。用于贴片的环氧树脂和焊料可以是不导电的或导电的。进行芯片贴装时，芯片/芯片与基板/PCB之间应有完美的接触；此外，不应有空隙。

此外，将芯片连接到基板的粘合剂必须非常精确。这个过程非常敏感；除了拾取芯片外，它还必须放置在基板上，而不会损坏或破坏它。所创建的芯片粘接应该能够承受极高的温度范围，而不会有任何生产力损失、任何性能损失和任何显着退化。

典型的芯片连接方法是环氧树脂键合、共晶和焊料连接。环氧树脂粘合工艺可能涉及银环氧树脂玻璃或基于聚酰亚胺材料。这种环氧树脂使用非常精细的分配器进行分配，该分配器非常精确地分配数量，公差以微米为单位。在这种情况下，基板需要加热到从室温到 200°C 的温度，具体取决于所用环氧树脂的类型。该温度允许环氧树脂正确固化，使其粘附在基板上，从而精确地在基板和芯片之间形成接合处。

当环氧树脂被分配时，它覆盖了需要进行芯片连接的区域，并在键合边缘创建了一个圆角。如果分配的环氧树脂过多，则会造成污染和错位。共面性也将成为一个问题，在这种情况下，芯片将无法正常运行。相比之下，如果没有分配足够的环氧树脂， 电子元器件采购网 则会导致开裂、产生空隙，并且随后的接头将是次优的。

如所示图3中，要执行的极其精确的分配的需求。此外，需要使用高度复杂的检测工具来实现完美的芯片贴装。所使用的粘合剂通常不是导体——它们是电绝缘体，并且没有良好的导热性。为了使它们更具导热性，使用银或金材料，从而将热阻降低到较低的值。

添加金、银、碳化硅、氧化铍或不同元素的化合物有助于在较低温度下固化这些粘合剂。也可以使用环氧树脂键合来连接多种不同材料的芯片尺寸。

此技术使用共晶合金将芯片连接到型腔或基板。此应用中的基板可以是陶瓷，也可以是铝或铜等金属，它们通常用于高功率应用，例如微波和射频组件。使用共晶贴片工艺（与使用粘合贴片工艺相反）的原因是共晶方法可以处理 300°C 或更高的温度范围。需要更高的温度，因为陶瓷和金属等基材具有更高的熔点。

共晶芯片连接——也可以称为“无助焊剂焊接连接工艺”——一种称为预制件的薄金属层（图 4）。这种预制件是两种或多种不同元素（金-银或金-锡或类似元素）的合金（混合物），可用于在惰性气氛下创建接头。由于它们是允许的，与基材相比，这些预制件在较低的温度下熔化。

图 4：也称为“无助焊剂焊接”，共晶芯片连接使用称为预制件的薄金属层。（来源：NexLogic Technologies）

例如，纯金的熔点温度非常高，超过 1,000°C，而硅的熔化温度超过 1,400°C。另一方面，使用锡银制成的预制件允许在 231°C、金锡在 295°C、金锗在 350°C 和金硅在 400°C 下熔化，从而使其变得更加容易在可控的温度范围内创建坚固的接头。

使用基于金的预制件的其他原因是因为该元件具有高导电性 - 电和热 - 从而提供了一种极好的散热方式。

焊接连接类似于表面贴装技术 (SMT) 接头创建。由于焊料材料本身的高导热性，焊料连接是一种常见的芯片键合类型。

正如我们所见，当我们还考虑上面讨论的各种方法时，芯片贴装工艺可能会出现极端的温度变化。例如，对于锡铅 SAC 305 或一些类似焊料，软焊料连接工艺的温度范围为 180°C 至 250°C。对于由金-锡、金-硅或类似合金制成的焊料，高温焊料连接方法可能会超过 250°C 甚至更高。当涉及到 LED 等设备的散热时，焊接连接也很重要。

焊料附着的一个重要方面是芯片需要助焊剂。在此之前，需要将初始焊料合金预镀在芯片金属化和基板金属化上。如果需要某个层，则需要稍微不同的芯片和基板组成。一旦执行完毕，就使用芯片放置器将芯片放置在基板上。

当使用焊料连接方法时，将一根导线送入系统，在那里预热，然后熔化焊料并形成接头（之后，在封装之前必须清除芯片上的助焊剂）。

焊锡附着技术的优良特性包括其坚固、机械强度、良好的散热和高导热性。

一旦管芯连接工艺完成（使用上述任何技术），就会使用附加工艺来执行引线键合，该工艺将管芯/芯片上的焊盘连接到基板/PCB 上的相应焊盘。这些引线键合可以使用金线、铝线、铜线或（在某些情况下）银线来实现。

总之，对于刚性、柔性和刚柔结合电路等小型 PCB 而言，芯片贴装正成为一项更为突出的技术。因此，对于 OEM 设计人员来说，很好地掌握三种类型的芯片贴装方法以选择最适合其应用的方法非常重要。

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