一、何為 COB 封裝技術(shù)? COB,即“Chip on Board”,其中文名稱為“芯片直接貼裝技術(shù)”。具體來說,該技術(shù)是將未封裝的集成電路芯片(IC Chip)直接貼附并焊接到印刷電路板(PCB)表面,隨后通過引線鍵合工藝建立電氣連接,最終使用環(huán)氧樹脂膠進(jìn)行封裝保護,同時兼具導(dǎo)熱功能的一種新型集成電路封裝方案。
二、COB 技術(shù)的工藝流程 COB 的生產(chǎn)流程具備高度自動化特性,其主要步驟如下:
PCB 準(zhǔn)備階段:選用特制的 PCB,其焊盤表面一般會實施鍍金處理,此舉旨在有效防止氧化現(xiàn)象發(fā)生,同時切實保障鍵合質(zhì)量。 點膠/貼片環(huán)節(jié):于 PCB 上預(yù)設(shè)的芯片安裝位置精準(zhǔn)地點涂導(dǎo)電或絕緣的粘合劑,隨后運用高精度貼片機將裸芯片(Die)精準(zhǔn)無誤地放置在相應(yīng)位置。 固化工序:通過加熱操作使粘合劑得以固化,從而將芯片穩(wěn)固地固定在 PCB 上。 引線鍵合步驟:運用鍵合機(Bonder),把極細(xì)的金線或者鋁線的一端與芯片的焊盤相連接,另一端則與 PCB 上的對應(yīng)焊盤相連,以此構(gòu)建起電氣通路。這一環(huán)節(jié)堪稱整個流程中的關(guān)鍵所在。 封膠保護操作:將調(diào)配妥當(dāng)?shù)沫h(huán)氧樹脂膠均勻地涂覆在芯片以及鍵合線上,確保其完全被包裹其中,而后進(jìn)行固化處理。這層膠體發(fā)揮著雙重作用,一是起到保護功效,能夠防塵、防潮、抵御機械損傷以及電磁干擾;二是具備導(dǎo)熱性能。 測試流程:針對封裝完畢的模塊展開全面的功能與性能測試。
三、COB 技術(shù)的主要優(yōu)缺點 優(yōu)點:
高密度集成優(yōu)勢顯著:摒棄了傳統(tǒng)芯片所采用的塑料封裝體,直接將芯片貼裝于 PCB 上,極大地節(jié)省了空間資源,使得在更小的區(qū)域內(nèi)能夠集成數(shù)量更多的芯片或者實現(xiàn)更多功能。這對于致力于設(shè)備小型化的應(yīng)用場景而言意義非凡。 散熱性能卓越不凡:芯片產(chǎn)生的熱量可經(jīng)由下方的粘合劑直接傳導(dǎo)至 PCB 板,進(jìn)而通過 PCB 板上精心設(shè)計的導(dǎo)熱孔或者金屬基板(例如鋁基板)迅速散發(fā)出去。而且,所使用的封膠樹脂通常也具有良好的導(dǎo)熱特性。良好的散熱效果有助于延長器件的使用壽命。 可靠性極高: 環(huán)氧樹脂膠將芯片及較為脆弱的金線嚴(yán)密密封,使其具備強大的抗震動與抗沖擊能力。 整體結(jié)構(gòu)堅實牢固,有效規(guī)避了傳統(tǒng) SMD 貼片過程中可能出現(xiàn)的虛焊、冷焊等質(zhì)量問題。 能夠有效防潮、防腐蝕以及抵御化學(xué)污染。 簡化系統(tǒng)設(shè)計架構(gòu):可將多個芯片和元件集成于同一個模塊之中,大幅減少了外圍電路的復(fù)雜程度,為終端產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計提供了更大的靈活性空間。 成本效益凸顯:在大批量生產(chǎn)的情境下,由于減少了封裝材料的使用量并且簡化了組裝流程,綜合成本相較于使用多個獨立封裝的器件可能會更低。 缺點: 維修難度大且基本不可維修:一旦芯片被環(huán)氧樹脂膠完整封裝,幾乎不存在進(jìn)行修復(fù)的可能性。倘若任何一個芯片或者鍵合線出現(xiàn)損壞情況,通常只能更換整個 COB 模塊,導(dǎo)致維修成本高昂。 初始投資規(guī)模較大:搭建 COB 生產(chǎn)線需要購置昂貴的專業(yè)設(shè)備,包括高精度貼片機、引線鍵合機、點膠機以及各類測試設(shè)備等。 工藝標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)苛:對生產(chǎn)環(huán)境的潔凈度、溫濕度控制有著嚴(yán)格要求(必須在無塵車間內(nèi)開展生產(chǎn)作業(yè)),同時對工藝精度和材料質(zhì)量的要求也達(dá)到了較高水平。 熱管理面臨挑戰(zhàn):盡管該技術(shù)散熱效果良好,但高密度集成的特點也意味著單位面積內(nèi)的熱耗散量較大,如果 PCB 的散熱設(shè)計不夠合理,極有可能引發(fā)熱量積聚問題。
四、主要應(yīng)用領(lǐng)域 LED 照明領(lǐng)域:
這是 COB 技術(shù)最為人所熟知的應(yīng)用范疇。采用 COB 技術(shù)的 LED 光源能夠提供高亮度、高均勻性的光線,廣泛應(yīng)用于射燈、筒燈、路燈、舞臺燈等各類高功率照明場景。 攝像頭模組行業(yè):幾乎所有的手機、筆記本電腦攝像頭以及安防監(jiān)控攝像頭均采用了 COB 技術(shù)。該技術(shù)可將圖像傳感器(CMOS)、輔助元件等高度集成在一個極為狹小的空間內(nèi)。 顯示技術(shù)領(lǐng)域:用于制造高密度 LED 顯示模組,特別是在小間距 LED 顯示屏以及 Micro LED 顯示技術(shù)的前置工藝中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。 射頻識別(RFID)領(lǐng)域:RFID 標(biāo)簽卡常常運用 COB 技術(shù)來集成芯片和天線,具有成本低且可靠性高的優(yōu)點。 汽車電子領(lǐng)域:在對可靠性和空間要求較高的傳感器模塊、控制單元等方面得到了廣泛應(yīng)用。 智能卡和半導(dǎo)體模塊領(lǐng)域:如銀行卡、身份證、U盤、藍(lán)牙模塊等均有涉及。
五、發(fā)展趨勢 與先進(jìn)封裝技術(shù)深度融合:
COB 可被視為系統(tǒng)級封裝(SiP)的一種基礎(chǔ)形式。未來,它將與更為先進(jìn)的封裝技術(shù)(如扇出型封裝 Fan-Out、2.5D/3D IC)相結(jié)合,實現(xiàn)更高性能的異質(zhì)集成。 成為 Mini/Micro LED 的核心支撐:Mini LED 和 Micro LED 顯示技術(shù)的實現(xiàn)必須依賴 COB 或類似的芯片級轉(zhuǎn)移和封裝技術(shù),才能打造出超高密度的像素陣列。 材料創(chuàng)新能力不斷提升:著力開發(fā)導(dǎo)熱性能更優(yōu)、可靠性更高的封裝膠和粘合劑,以從容應(yīng)對更高功率密度帶來的挑戰(zhàn)。 設(shè)備精度持續(xù)進(jìn)階:隨著芯片尺寸日益縮?。ㄈ?Micro LED 芯片尺寸小于 50μm),對貼片和鍵合設(shè)備的精度要求將邁向亞微米級別。
總結(jié) COB 封裝技術(shù)作為一種成熟且關(guān)鍵的電子封裝形式,通過“去封裝化”和“高密度集成”的策略,在可靠性、散熱以及小型化方面展現(xiàn)出巨大優(yōu)勢。盡管存在維修困難的短板,但其在 LED 照明、成像模組、先進(jìn)顯示等領(lǐng)域的核心地位難以撼動,并且將持續(xù)作為推動電子產(chǎn)品微型化和功能集成化的關(guān)鍵技術(shù)之一不斷向前發(fā)展。
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