COB板上晶片封裝製程實務：裸晶固晶、打線與封裝可靠度管控

最初發布於 Jul 27, 2026, 更新於 Jul 27, 2026

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重點摘要

固晶材料：銀粉導電環氧膠、金錫／金矽共晶與納米金屬燒結各有不同的導熱、導電及製程特性，選型會直接影響晶片溫升與壽命。
熱阻控制：固晶層厚度、材料導熱係數與有效貼合面積共同決定熱阻；氣泡與空洞會縮小傳熱面積並形成局部熱點。
打線品質：球焊與楔焊的材料、接合方式、線弧方向性及間距能力不同，需按晶片密度、電流與封裝厚度選擇。
封裝可靠度：Dam-and-Fill 圍堰填充可保護裸晶與金線，而膠材流變性、填料比例及熱膨脹係數匹配是降低應力的關鍵。
量產良率：多顆裸晶與大量打線會放大整板失效風險，必須在固晶、打線及封裝前設置分段檢測。

隨著可穿戴裝置、微型感測器、醫療晶片及 Mini／Micro LED 顯示產品持續小型化，傳統 BGA、QFN 等帶外殼封裝元件，容易受封裝本體體積、寄生電容與熱阻限制，難以滿足更高密度與更薄結構的需求。

板上晶片（Chip-on-Board，COB）技術直接省去標準封裝外殼，把未封裝裸晶固定在基板上並完成電路連接，可大幅縮減整體尺寸，已成為微型電子設備的重要製程方案。然而，COB 同時把半導體固晶、打線與封裝可靠度問題集中到 PCB 上，每一道製程都需要精準控制。

裸晶固晶工藝：材料選型與熱阻控制

COB 生產的第一步是裸晶貼合。裸矽晶片質地脆弱，對壓力與溫度變化十分敏感，因此拾取、放置及固晶階段均需精準控制參數。固晶介面材料會直接決定後續散熱能力與產品使用壽命，常見方案包括：

銀粉導電環氧膠：透過點膠或印刷塗布於基板焊盤，約 150℃ 固化後兼具導電與導熱能力，適用於一般功率晶片。
金錫／金矽共晶接合：依靠合金的固定熔點實現無膠熔接，介面熱阻低，多用於高功率光電及射頻晶片。
納米金屬燒結工藝：納米銀或納米銅材料經低溫燒結後形成緻密金屬層，熔點高，散熱性能遠優於膠材，近年廣泛用於高功率產品。

固晶層熱阻計算公式：

公式中的 d 代表固晶膠厚度，k 為材料導熱係數，A 是晶片貼合面積。固晶層越厚、導熱係數越低或有效貼合面積越小，熱阻就越高。除了控制固晶介面，PCB 端亦可配合合理的散熱焊盤設計，建立由晶片到基板的完整散熱路徑。

若點膠時產生氣泡或空洞，實際有效傳熱面積會減少，晶片下方容易累積高溫熱點，長時間工作可能導致晶片提早損壞。生產時需控制點膠形狀、膠量與貼合壓力，減少包裹氣泡，確保固晶介面完整密合。

兩類主流打線工藝對比與製程管控

裸晶固定完成後，需要使用金屬細線連接晶片焊墊與基板引腳。主流工藝分為球焊（Ball Bonding）與楔焊（Wedge Bonding），兩者在適用線材、接合機制、第一焊點形態及最小間距方面均有明顯差異。

圖 1. 球焊與楔焊的材料、接合方式及應用差異

球焊適合高密度微型封裝

追求小型化與高密度的產品大多採用金線球焊。設備透過高壓放電將金線末端熔成金球，再由劈刀下壓並配合超音波振動，破除金屬表面氧化層，使晶片鋁墊與金球產生原子擴散結合。球焊具有 360 度走線彈性，適合細間距晶片，但材料成本相對較高。

楔焊適合低成本或大電流連接

楔焊主要使用鋁線，也可使用金線，通常在常溫下利用超音波能量與壓力完成接合。其第一焊點呈扁平楔形，走線方向性較強，但粗鋁線能承載較大電流，適合功率器件與成本敏感應用。若需比較不同晶片互連方案，可進一步參考打線接合與覆晶技術的主要差異。

線弧高度是現場調校重點

打線製程的關鍵參數之一是線弧高度。弧線過低，金線可能接觸晶片邊緣或其他導體，造成割傷、斷線或短路；弧線過高則會增加訊號寄生電感，影響高速訊號穩定性，同時拉高整體封裝厚度，與微型化需求衝突。因此，需同時控制焊接壓力、超音波能量、時間及線弧輪廓。

環氧樹脂 Glob-Top 封裝：流變特性與應力改善

打線完成後，晶片與金線仍完全裸露，容易受到碰撞、水氣及腐蝕性氣體損傷，因此需要以環氧膠進行保護。產業常用圍堰填充（Dam-and-Fill）Glob-Top 工藝，分為兩個步驟：

點圍堰：先在晶片四周塗佈高黏度、高觸變膠材，形成不易流動或坍塌的擋牆。
內部填充：在圍堰內注入低黏度自流平膠材，使其填滿金線間隙並減少內部氣泡。

封裝可靠度的核心在於各層材料熱膨脹係數（CTE）匹配。矽晶片、FR-4 基板、陶瓷及環氧膠的 CTE 差異很大；若膠材膨脹率過高，冷熱循環時膠體會反覆伸縮並拉扯金線，使焊點根部容易發生疲勞斷裂。

高階封裝膠通常會加入 70% 以上的二氧化矽填料，以降低整體 CTE，縮小膠材與晶片、基板之間的膨脹差異，減少溫度變化造成的剪切應力。填料比例提高後，黏度與流動性也會改變，因此必須兼顧圍堰成形、內部填充及脫泡效果。

圖 2. Dam-and-Fill 封裝的圍堰、填充與流體控制

COB 批量生產良率管控重點

COB 省去傳統元件封裝與成品測試流程，投入生產的裸晶可能未經完整老化篩選。當一塊板上配置多顆 COB 晶片時，任何一顆裸晶或一根金線失效，都可能造成整板報廢，使系統良率出現連鎖衰減。

單片板總良率公式：

公式中的 Y_die 為單顆裸晶良品率，Y_wire 為打線良率，N 為單板晶片數量。即使單顆晶片與單次打線的良率都很高，當晶片數量增加時，整板良率仍會呈指數下降，因此不能只依賴最終檢驗。

產線應設置多道中間檢測，及早攔截缺陷。相關判定也可結合PCB 焊點與微觀失效檢測方法，建立可追溯的製程資料：

固晶後 3D AOI：檢查晶片貼合高度、殘膠、偏移及旋轉角度。
打線後線上拉力測試：驗證焊點結合強度，監控線材、劈刀及接合參數的漂移。
封裝前電氣點測：提前篩除斷線、短路及晶片失效，避免封膠後無法返修。

COB 板上晶片封裝常見問題

問：COB 與 BGA、QFN 等傳統封裝有甚麼不同？

COB 是把未封裝裸晶直接固定在 PCB 或其他基板上，再以打線及封膠完成互連與保護；BGA、QFN 則先把晶片封裝成標準元件，再焊接到 PCB。COB 可縮小體積、降低部分寄生效應，但對固晶、打線、潔淨度及封裝可靠度的製程控制要求更高。

問：如何降低 COB 固晶層的熱阻？

可選用導熱係數較高的固晶材料、縮小膠層厚度、提高有效貼合面積，並控制點膠與貼合過程以避免氣泡和空洞。PCB 的散熱焊盤、導熱孔及銅面配置也需形成連續的熱傳路徑。

問：球焊與楔焊應如何選擇？

細間距、高密度及需要靈活走線的晶片通常適合球焊；功率器件、大電流連接或成本敏感產品可考慮粗鋁線楔焊。實際選擇仍需綜合焊墊材料、線徑、最小間距、封裝高度及設備能力。

問：Glob-Top 封裝為甚麼需要先做圍堰？

低黏度填充膠需要良好流動性才能進入金線間隙，但若沒有圍堰，膠材容易向外擴散並污染焊盤或其他元件。高觸變圍堰先建立邊界，能限定填充範圍與高度，使內部膠材均勻覆蓋裸晶和金線。

問：為甚麼 COB 晶片數量增加會降低整板良率？

整板良率由每顆裸晶與每組打線的成功率共同累乘。即使單點良率很高，當晶片與互連數量持續增加時，至少出現一處缺陷的機率也會上升。因此，已知良品裸晶、製程能力監控及分段檢測對批量生產十分重要。

總結

COB 整合半導體裸晶製程與 PCB 組裝，對材料熱力學、膠材流變及微觀介面結合都有嚴格要求。從固晶材料選型、膠層與空洞控制，到打線弧線及 Glob-Top 填充，每一段製程都會影響產品尺寸、散熱與長期可靠度。

在生產前完成材料 CTE 匹配與熱路徑設計，並於固晶、打線及封裝前建立分段檢測，才能在空間利用率、電氣性能與批量良率之間取得平衡，讓輕薄微型電子產品穩定量產。

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