电路板芯片封装的焊接方法和步骤
当今SMT产品日趋复杂，电子元件越来越小，布线越来越细，新型元器件发展迅速，继BGA之后，CSP和FC也进入实用阶段，从而使SMA的质量检测技术越来越复杂。在SMA复杂程度提高的同时，电子科学技术的发展，特别是计算机、光学、图像处理技术的飞跃发展也为开发和适应SMA检测的需要提供了技术基础，在SMT生产中正越来越多地引入各种自动测试方法：元件测试、PCB光板测试、自动光学测试、X光测试、SMA在线测试、非向量测试以及功能测试等。究竟采用什么方法（或几种方法合用），则应取决于产品的性能、种类和数量。并不是所有的SMA均需要高级的测试仪器去评估，经常使用的结果形成了这样的次序：连接性测试一在线测试一功能测试。在许多情况下，对元件及PCB光板特别是印刷焊膏后的测试，即加强SMT生产的源头监管，会使故障率大大降低。本章主要介绍有关焊接质量的评估，包括各种元器件焊点质量要求与焊点缺陷的种种表现，最后对SMT生产中经常出现的焊接缺陷进行分析，并提出相关的解决方法。
一、连接性测试
人工目测检验（加辅助放大镜）
在数字化的电路中，被焊接产品能正常工作的基本要求是互连图形完整无缺；元件不错焊、不漏焊；焊接点无虚焊、无桥连。
在SMT大生产中，人们惯用肉眼或者辅助放大镜、显微镜检测，基本上能满足对除BGA和CSP等以外元件焊点的观察。较为理想的是无阴影放大镜与大中心距显微镜。
检查中，还可以借助金属针或竹制牙签，以适合的力量和速度划过 QFP的引脚，依靠手感及目测来综合判断，特别是对IC引脚是否有虚焊或桥连的检查，有着良好的效果。借助放大镜和显微镜的人工目测检验方法具有灵活性，也是最基本的检测手段。IPC-A-610B焊点验收标准，基本上也是目测为主。现结合IPC-A-610B标准，对焊点／PC外观质量评述如下。
优良的焊点外观
优良的焊点外观通常应能满足下列要求：
（1）润湿程度良好；
（2）焊料在焊点表面铺展均匀连续，并且越接近焊点边缘焊料层越薄，接触角一般应小于30 0，对于焊盘边缘较小的焊点，应见到凹状的弯月面，被焊金属表面不允许有焊料的阻挡层及其他污染物，如阻碍层、字符图、栏框等；
（3）焊点处的焊料层要适中，避免过多或过少；
（4）焊点位置必须准确，元件的端头/引脚应处于焊盘的中心位置，宽度及长度方向不应出现超越现象；
（5）焊点表面应连续和圆滑，对于再流焊形成的焊点应有光亮的外观。
原则上，上述要求可应用于一切焊点，不管它用什么方法焊接而成，也不论它处于PCB的哪个位置上，都应使人感觉到它们均匀、流畅、饱满。
二、缺陷分类
焊接缺陷可以分为主要缺陷、次要缺陷和表面缺陷。凡使SMA功能失效的缺陷称为主要缺陷；次要缺陷是指焊点之间润湿尚好，不会引起SMA功能丧失，但有影响产品寿命的可能的缺陷；表面缺陷是指不影响产品的功能和寿命。
通常主要缺陷必须进行修理，次要缺陷和表面缺陷是否需要修理，由缺陷的程度及产品的用途未决定。通常电子产品可以分成三大类：消费类设备，如 TV和 VCD；专用设备，如测量仪器和通讯；极高可靠性设备，如宇宙飞行器和心脏起搏器。
不同的生产部门对次要缺陷及表面缺陷，可结合IPC-A-610B标准以及自己产品的性质来决定是否修理，对于表面缺陷在要求某种特定外观时或尚未对它准确认定之前，也应给予修理。
1. 常见的主要缺陷
（1）桥连／桥接
焊料在不需要的金属部件之间产生的连接，会造成短路现象。各种元件焊点均会发生此缺陷，出现时必须修理，如图所示。
（2）立碑
立碑又称之为吊桥（Drawbridging）、曼哈顿和墓碑，是SMT生产中常见的缺陷，主要出现在重量很轻的片式阻容元件上，如图所示。
（3）错位
元件位置移动出现开路状态，各种元器件引脚均会发生。
（4）焊膏未熔化
SMA通过再流炉焊接后，元器件引脚上出现焊膏未熔化现象，各种元件均会发生。
（5）吸料／芯吸现象
焊料不是在元件引脚根润湿，而是通过引脚上升到引脚与元件本体的结合处，似油灯中的油上升到灯芯上端，常见于QFP和SOIC。
2．常见的次要缺陷
焊盘浸润效果尚可，不会使SMA功能丧失，但会影响其寿命。生产检验中根据焊接质量制定了1、2、3级标准，不同等级的焊接质量决定了产品的等级。
对片式元件，优良的焊点应该外表平滑、光亮和连续，并且逐渐减薄直至边缘，锋头处底层不外露，也不出现尖锐的突起。元件位置不偏离，元件无裂缝、缺口和损伤，端口电极无浸析现象。有关详细的技术标准可参考其他资料。
板上芯片封装（COB），半导体芯片交接贴装在印刷线路板上，芯片与基板的电气连接用引线缝合方法实现，芯片与基板的电气连接用引线缝合方法实现，并用树脂覆盖以确保可靠性。虽然COB是最简单的裸芯片贴装技术，但它的封装密度远不如TAB和倒片焊技术。
板上芯片（ChipOnBoard,COB)工艺过程首先是在基底表面用导热环氧树脂(一般用掺银颗粒的环氧树脂)覆盖硅片安放点，然后将硅片直接安放在基底表面，热处理至硅片牢固地固定在基底为止，随后再用丝焊的方法在硅片和基底之间直接建立电气连接。
与其它封装技术相比，COB技术价格低廉（仅为同芯片的1/3左右）、节约空间、工艺成熟。但任何新技术在刚出现时都不可能十全十美，COB技术也存在着需要另配焊接机及封装机、有时速度跟不上以及PCB贴片对环境要求更为严格和无法维修等缺点。
某些板上芯片(CoB)的布局可以改善IC信号性能，因为它们去掉了大部分或全部封装，也就是去掉了大部分或全部寄生器件。然而，伴随着这些技术，可能存在一些性能问题。在所有这些设计中，由于有引线框架片或BGA标志，衬底可能不会很好地连接到VCC或地。可能存在的问题包括热膨胀系数(CTE)问题以及不良的衬底连接。
COB主要的焊接方法：
（1）热压焊
利用加热和加压力使金属丝与焊区压焊在一起。其原理是通过加热和加压力，使焊区（如AI）发生塑性形变同时破坏压焊界面上的氧化层，从而使原子间产生吸引力达到“键合”的目的，此外，两金属界面不平整加热加压时可使上下的金属相互镶嵌。此技术一般用为玻璃板上芯片COG。
（2）超声焊
超声焊是利用超声波发生器产生的能量，通过换能器在超高频的磁场感应下，迅速伸缩产生弹性振动，使劈刀相应振动，同时在劈刀上施加一定的压力，于是劈刀在这两种力的共同作用下，带动AI丝在被焊区的金属化层如（AI膜）表面迅速摩擦，使AI丝和AI膜表面产生塑性变形，这种形变也破坏了AI层界面的氧化层，使两个纯净的金属表面紧密接触达到原子间的结合，从而形成焊接。主要焊接材料为铝线焊头，一般为楔形。
（3）金丝焊
球焊在引线键合中是最具代表性的焊接技术，因为现在的半导体封装二、三极管封装都采用AU线球焊。而且它操作方便、灵活、焊点牢固（直径为25UM的AU丝的焊接强度一般为0.07～0.09N/点），又无方向性，焊接速度可高达15点/秒以上。金丝焊也叫热（压）（超）声焊主要键合材料为金（AU）线焊头为球形故为球焊。
COB封装流程
第一步：扩晶。采用扩张机将厂商提供的整张LED晶片薄膜均匀扩张，使附着在薄膜表面紧密排列的LED晶粒拉开，便于刺晶。
第二步：背胶。将扩好晶的扩晶环放在已刮好银浆层的背胶机面上，背上银浆。
点银浆。适用于散装LED芯片。采用点胶机将适量的银浆点在PCＢ印刷线路板上。
第三步：将备好银浆的扩晶环放入刺晶架中，由操作员在显微镜下将LED晶片用刺晶笔刺在PCB印刷线路板上。
第四步：将刺好晶的PCB印刷线路板放入热循环烘箱中恒温静置一段时间，待银浆固化后取出(不可久置，不然LED芯片镀层会烤黄，即氧化，给邦定造成困难)。如果有LED芯片邦定，则需要以上几个步骤；如果只有IC芯片邦定则取消以上步骤。
第五步：粘芯片。用点胶机在PCB印刷线路板的IC位置上适量的红胶(或黑胶)，再用防静电设备(真空吸笔或子)将IC裸片正确放在红胶或黑胶上。
第六步：烘干。将粘好裸片放入热循环烘箱中放在大平面加热板上恒温静置一段时间，也可以自然固化(时间较长)。
第七步：邦定(打线)。采用铝丝焊线机将晶片(LED晶粒或IC芯片)与PCB板上对应的焊盘铝丝进行桥接，即COB的内引线焊接。
第八步：前测。使用专用检测工具(按不同用途的COB有不同的设备，简单的就是高精密度稳压电源)检测COB板，将不合格的板子重新返修。
第九步：点胶。采用点胶机将调配好的AB胶适量地点到邦定好的LED晶粒上，IC则用黑胶封装，然后根据客户要求进行外观封装。
第十步：固化。将封好胶的PCB印刷线路板放入热循环烘箱中恒温静置，根据要求可设定不同的烘干时间。
第十一步：后测。将封装好的PCB印刷线路板再用专用的检测工具进行电气性能测试，区分好坏优劣。
一、连接性测试
人工目测检验（加辅助放大镜）
在数字化的电路中，被焊接产品能正常工作的基本要求是互连图形完整无缺；元件不错焊、不漏焊；焊接点无虚焊、无桥连。
在SMT大生产中，人们惯用肉眼或者辅助放大镜、显微镜检测，基本上能满足对除BGA和CSP等以外元件焊点的观察。较为理想的是无阴影放大镜与大中心距显微镜。
检查中，还可以借助金属针或竹制牙签，以适合的力量和速度划过 QFP的引脚，依靠手感及目测来综合判断，特别是对IC引脚是否有虚焊或桥连的检查，有着良好的效果。借助放大镜和显微镜的人工目测检验方法具有灵活性，也是最基本的检测手段。IPC-A-610B焊点验收标准，基本上也是目测为主。现结合IPC-A-610B标准，对焊点／PC外观质量评述如下。
优良的焊点外观
优良的焊点外观通常应能满足下列要求：
（1）润湿程度良好；
（2）焊料在焊点表面铺展均匀连续，并且越接近焊点边缘焊料层越薄，接触角一般应小于30 0，对于焊盘边缘较小的焊点，应见到凹状的弯月面，被焊金属表面不允许有焊料的阻挡层及其他污染物，如阻碍层、字符图、栏框等；
（3）焊点处的焊料层要适中，避免过多或过少；
（4）焊点位置必须准确，元件的端头/引脚应处于焊盘的中心位置，宽度及长度方向不应出现超越现象；
（5）焊点表面应连续和圆滑，对于再流焊形成的焊点应有光亮的外观。
原则上，上述要求可应用于一切焊点，不管它用什么方法焊接而成，也不论它处于PCB的哪个位置上，都应使人感觉到它们均匀、流畅、饱满。
二、缺陷分类
焊接缺陷可以分为主要缺陷、次要缺陷和表面缺陷。凡使SMA功能失效的缺陷称为主要缺陷；次要缺陷是指焊点之间润湿尚好，不会引起SMA功能丧失，但有影响产品寿命的可能的缺陷；表面缺陷是指不影响产品的功能和寿命。
通常主要缺陷必须进行修理，次要缺陷和表面缺陷是否需要修理，由缺陷的程度及产品的用途未决定。通常电子产品可以分成三大类：消费类设备，如 TV和 VCD；专用设备，如测量仪器和通讯；极高可靠性设备，如宇宙飞行器和心脏起搏器。
不同的生产部门对次要缺陷及表面缺陷，可结合IPC-A-610B标准以及自己产品的性质来决定是否修理，对于表面缺陷在要求某种特定外观时或尚未对它准确认定之前，也应给予修理。
1. 常见的主要缺陷
（1）桥连／桥接
焊料在不需要的金属部件之间产生的连接，会造成短路现象。各种元件焊点均会发生此缺陷，出现时必须修理，如图所示。
（2）立碑
立碑又称之为吊桥（Drawbridging）、曼哈顿和墓碑，是SMT生产中常见的缺陷，主要出现在重量很轻的片式阻容元件上，如图所示。
（3）错位
元件位置移动出现开路状态，各种元器件引脚均会发生。
（4）焊膏未熔化
SMA通过再流炉焊接后，元器件引脚上出现焊膏未熔化现象，各种元件均会发生。
（5）吸料／芯吸现象
焊料不是在元件引脚根润湿，而是通过引脚上升到引脚与元件本体的结合处，似油灯中的油上升到灯芯上端，常见于QFP和SOIC。
2．常见的次要缺陷
焊盘浸润效果尚可，不会使SMA功能丧失，但会影响其寿命。生产检验中根据焊接质量制定了1、2、3级标准，不同等级的焊接质量决定了产品的等级。
对片式元件，优良的焊点应该外表平滑、光亮和连续，并且逐渐减薄直至边缘，锋头处底层不外露，也不出现尖锐的突起。元件位置不偏离，元件无裂缝、缺口和损伤，端口电极无浸析现象。有关详细的技术标准可参考其他资料。
板上芯片封装（COB），半导体芯片交接贴装在印刷线路板上，芯片与基板的电气连接用引线缝合方法实现，芯片与基板的电气连接用引线缝合方法实现，并用树脂覆盖以确保可靠性。虽然COB是最简单的裸芯片贴装技术，但它的封装密度远不如TAB和倒片焊技术。
板上芯片（ChipOnBoard,COB)工艺过程首先是在基底表面用导热环氧树脂(一般用掺银颗粒的环氧树脂)覆盖硅片安放点，然后将硅片直接安放在基底表面，热处理至硅片牢固地固定在基底为止，随后再用丝焊的方法在硅片和基底之间直接建立电气连接。
与其它封装技术相比，COB技术价格低廉（仅为同芯片的1/3左右）、节约空间、工艺成熟。但任何新技术在刚出现时都不可能十全十美，COB技术也存在着需要另配焊接机及封装机、有时速度跟不上以及PCB贴片对环境要求更为严格和无法维修等缺点。
某些板上芯片(CoB)的布局可以改善IC信号性能，因为它们去掉了大部分或全部封装，也就是去掉了大部分或全部寄生器件。然而，伴随着这些技术，可能存在一些性能问题。在所有这些设计中，由于有引线框架片或BGA标志，衬底可能不会很好地连接到VCC或地。可能存在的问题包括热膨胀系数(CTE)问题以及不良的衬底连接。
COB主要的焊接方法：
（1）热压焊
利用加热和加压力使金属丝与焊区压焊在一起。其原理是通过加热和加压力，使焊区（如AI）发生塑性形变同时破坏压焊界面上的氧化层，从而使原子间产生吸引力达到“键合”的目的，此外，两金属界面不平整加热加压时可使上下的金属相互镶嵌。此技术一般用为玻璃板上芯片COG。
（2）超声焊
超声焊是利用超声波发生器产生的能量，通过换能器在超高频的磁场感应下，迅速伸缩产生弹性振动，使劈刀相应振动，同时在劈刀上施加一定的压力，于是劈刀在这两种力的共同作用下，带动AI丝在被焊区的金属化层如（AI膜）表面迅速摩擦，使AI丝和AI膜表面产生塑性变形，这种形变也破坏了AI层界面的氧化层，使两个纯净的金属表面紧密接触达到原子间的结合，从而形成焊接。主要焊接材料为铝线焊头，一般为楔形。
（3）金丝焊
球焊在引线键合中是最具代表性的焊接技术，因为现在的半导体封装二、三极管封装都采用AU线球焊。而且它操作方便、灵活、焊点牢固（直径为25UM的AU丝的焊接强度一般为0.07～0.09N/点），又无方向性，焊接速度可高达15点/秒以上。金丝焊也叫热（压）（超）声焊主要键合材料为金（AU）线焊头为球形故为球焊。
COB封装流程
第一步：扩晶。采用扩张机将厂商提供的整张LED晶片薄膜均匀扩张，使附着在薄膜表面紧密排列的LED晶粒拉开，便于刺晶。
第二步：背胶。将扩好晶的扩晶环放在已刮好银浆层的背胶机面上，背上银浆。
点银浆。适用于散装LED芯片。采用点胶机将适量的银浆点在PCＢ印刷线路板上。
第三步：将备好银浆的扩晶环放入刺晶架中，由操作员在显微镜下将LED晶片用刺晶笔刺在PCB印刷线路板上。
第四步：将刺好晶的PCB印刷线路板放入热循环烘箱中恒温静置一段时间，待银浆固化后取出(不可久置，不然LED芯片镀层会烤黄，即氧化，给邦定造成困难)。如果有LED芯片邦定，则需要以上几个步骤；如果只有IC芯片邦定则取消以上步骤。
第五步：粘芯片。用点胶机在PCB印刷线路板的IC位置上适量的红胶(或黑胶)，再用防静电设备(真空吸笔或子)将IC裸片正确放在红胶或黑胶上。
第六步：烘干。将粘好裸片放入热循环烘箱中放在大平面加热板上恒温静置一段时间，也可以自然固化(时间较长)。
第七步：邦定(打线)。采用铝丝焊线机将晶片(LED晶粒或IC芯片)与PCB板上对应的焊盘铝丝进行桥接，即COB的内引线焊接。
第八步：前测。使用专用检测工具(按不同用途的COB有不同的设备，简单的就是高精密度稳压电源)检测COB板，将不合格的板子重新返修。
第九步：点胶。采用点胶机将调配好的AB胶适量地点到邦定好的LED晶粒上，IC则用黑胶封装，然后根据客户要求进行外观封装。
第十步：固化。将封好胶的PCB印刷线路板放入热循环烘箱中恒温静置，根据要求可设定不同的烘干时间。
第十一步：后测。将封装好的PCB印刷线路板再用专用的检测工具进行电气性能测试，区分好坏优劣。