何謂 PCB 設計中的 Chip-on-Board (COB)？優勢與製造流程全方位指南
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在本教學中，我們將詳細介紹「板上晶片封裝」（Chip On Board，簡稱 COB）的概念。如果你曾思考過廉價、耐用且緊湊的電子設備是如何製造的，答案就是 COB 技術。從晶片製造到原型開發及開發板製作，COB 都是一套完整的解決方案。
今天我們將深入探討 COB，並為電子產品小型化的未來提供具商業價值的見解。完成後的半導體晶圓會被切割成裸晶（Die），每個裸晶接著被物理性鍵合至 PCB 上。目前共有三種不同的方法可用於連接積體電路（或其他半導體元件）的接墊與 PCB 的導電佈線。隨著電子產業的成長，封裝技術也在進化。我們將學習這種創新的封裝技術如何徹底改變電子零件的整合方式。讓我們開始深入研究 COB 技術的細節！
1. 什麼是 Chip on Board (COB) PCB？
板上晶片封裝（COB）是一種用於 PCB 組裝電子零件的封裝方法。在這種方法中，電路板上配置的不是獨立的封裝元件，而是將裸露的積體電路（裸晶）直接連接在電路板表面。使用此技術可減少傳統陶瓷或塑料封裝的使用，進而縮小電子裝置的尺寸與重量。簡單來說，COB 是一種將積體電路直接附著（打線鍵合）於 PCB 並用環氧樹脂膠塊覆蓋的製造方法。
COB 消除了單個半導體元件的封裝步驟，而是將電子封裝的兩個層次合併：第一級（零件級）和第二級（線路板級）。與其他封裝技術相比，COB 技術成本更低（僅為同類晶片的 1/3 左右）、節省空間且工藝成熟。然而，COB 的缺點是需要額外的打線機和封裝設備。此外，由於 COB 移除了大部分或全部的封裝外殼，減少了寄生元件的干擾，因此可以提升積體電路（IC）的訊號性能。
2. PCB 佈局中的 COB 應用：
在 COB 方法中，帶有外露觸點的半導體裸晶被直接焊接到 PCB 上。換句話說，它不需要導線架（供打線用）、不需要陶瓷/環氧樹脂外殼，也不需要中介層或基板。一旦附著後，晶片可以直接在 PCB 上使用環氧樹脂封裝膠進行封裝，以保護晶片和任何打線接墊免受損壞。主要的製程類型有以下兩種：
1) 覆晶封裝 (Flip Chip on Board, FCOB)：
在 FCOB 中，助焊劑直接塗佈在 PCB 上，而不是附著在裸晶上。晶片隨後像其他 SMD 零件一樣放置，並與其他零件一起進行回流焊（Reflow）。因此，在封裝佈跡（Footprint）方面需要進行可組裝性設計（DFA），以確保組裝可靠，其指南類似於 BGA 墊片尺寸，但需基於錫塊（Bump）尺寸而非錫球（Ball）尺寸。
2) 打線鍵合 (Wire-Bonding)：
在打線鍵合中，晶片使用膠水附著在板材上。元件上的每個接墊都透過細金屬線連接，這些導線分別焊接在接墊與電路板上。建議使用環氧樹脂進行封裝，以保護打線與裸晶免受環境暴露影響，這主要是為了防止腐蝕並保護導線免受機械損傷。在 PCB 中建立打線接墊的佈跡時，接墊通常會設計得較大。需要考慮的佈跡參數包括接觸墊尺寸、接觸墊間距以及接觸墊形狀。
在裸晶透過上述任一製程安裝到 PCB 並連接好導線後，會使用一塊環氧樹脂或塑料（黑膠）覆蓋晶片及其連接處。膠帶自動鍵合（TAB）製程也可用於將晶片放置在板上。這基本上是在半導體晶片及其打線上塗佈一層特殊配方的環氧樹脂或樹脂，以提供機械支撐。
3. COB 製造過程的 7 個主要步驟：
以下是詳細的製程討論，共分為 7 個步驟：
1. 基板準備：清潔 PCB 表面，並在晶片鍵合的區域塗佈導電材料黏合層。
2. 裸晶附著：獲取裸晶並將其定位在板上塗有黏合劑的區域。此過程通常使用取放機（Pick-and-place）或專用設備。
3. 鍵合：當晶片配置完成後，使用導電焊球或錫膏凸塊將其與板材鍵合，確保晶片接觸墊與電路板導電佈線之間的可靠連接。
4. 打線鍵合：在某些情況下，會使用細導線將鍵合墊與板材佈線連接，幫助電訊號在晶片與板材間傳輸。
5. 封裝：為了保護晶片和打線免受外部環境影響，會在整個組件上使用封裝材料。這種材料通常是透明或黑色的環氧樹脂塗層。
6. 測試：COB 組裝會使用不同的測試方法來確保可靠性與功能性，例如溫度循環、電氣測試和外觀檢查。
7. 最終組裝：當 COB 組件通過所有測試後，即可整合進最終電子設備中，如 LED 燈、手機或其他專案。
4. COB 的特色與優勢：
- 高低壓設計
- 客製化塗層
- 多層、雙面設計
- 功能測試板
- 高產量或低產量彈性
- 寬溫範圍支援
- 具競爭力的成本方案
- 統包式（Turnkey）應用
5. 選擇正確的 COB 鍵合膠水：
晶片附著到 PCB 後，通常會使用熱固化或 UV 固化的環氧樹脂材料或敷形塗料進行封裝。選擇晶圓（或裸晶）黏合劑時，需考量接地或散熱需求。常用的兩種類型為：
銀膠：需要高溫固化，可在 120°C 固化兩小時或 150°C 固化一小時。
厭氧膠：用於不需要電導率與熱傳導的情況。這類黏合劑透過隔絕空氣自然固化，無需高溫暴露。
結論：
COB 技術徹底改變了電子世界，提供了比傳統封裝技術更多的優點。由於裸晶直接鍵合在板上，使電子設備能更小型化、輕量化且更高效。移除大體積封裝並縮短電氣路徑，提供了良好的電訊號性能、降低訊號損耗並優化熱管理。這項技術對於電子零件小型化至關重要，為不同產業中尖端且緊湊的技術鋪平了道路。如果你準備在設計中探索 COB，JLCPCB 提供實惠且專業的 PCB 製造服務，支援你的創新想法。
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