PCB設計におけるチップオンボード（COB）とは？メリットと製造プロセス完全ガイド
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- 1. チップオンボードPCBとは？
- 2. PCBレイアウトにおけるチップオンボード：
- 3. チップオンボード製造プロセスの7つの主要ステップ：
- 4. チップオンボードの特徴と利点：
- 5. COBボンディングに適した接着剤の選び方：
- 結論：
このチュートリアルでは、「チップオンボード」（COB）の詳細な概念について学びます。より安価で、耐久性があり、コンパクトな電子機器がどのように作られているのか考えたことがあれば、その答えはチップオンボード技術にあります。チップオンボードは、チップ製造から試作、開発ボードに至るまでのソリューションです。
本日は、COBについての深い理解と、電子機器の小型化の未来に向けた有益な洞察を提供します。完成した半導体ウェハーは、ダイ（個片）に切断されます。各ダイは、その後、PCBに物理的に接着されます。集積回路（または他の半導体デバイス）の端子パッドをプリント基板の導電トレースに接続するために、3つの異なる方法が使用されます。エレクトロニクスが発展するにつれて、パッケージング技術も進化してきました。この革新的なパッケージング技術が、どのように電子部品の統合に革命をもたらすのかを学びます。それでは始めて、チップオンボード技術の詳細を見ていきましょう！
1. チップオンボードPCBとは？
チップオンボード（COB）プリント基板は、PCB基板上に電子部品を実装するために使用されるパッケージング方法です。この方法では、個別の部品が基板上に配置されるのではなく、ベアの集積回路が基板表面に直接接続されます。この技術を使用することで、セラミックやプラスチックパッケージといった従来のパッケージ技術の使用が減り、電子機器やプロジェクトの小型化・軽量化が実現します。チップオンボード（COB）は、集積回路をプリント基板に直接（ワイヤボンディングで）取り付け、エポキシ樹脂の塊で覆う回路基板製造方法です。
COBは、個々の半導体デバイスのパッケージングを排除し、代わりに電子パッケージングの2つのレベル（レベル1：部品、レベル2：配線基板）を統合します。他のパッケージング技術と比較して、PCBチップ技術は安価で（同じチップの約1/3のコスト）、省スペースであり、製造技術も成熟しています。しかし、チップオンボード技術には、追加の溶接機やパッケージング機が必要となるなどの欠点もあります。特定のチップオンボードのレイアウトは、パッケージの大部分または全てを排除し、寄生部品の大部分または全てを除去するため、ICの信号性能を向上させることができます。
2. PCBレイアウトにおけるチップオンボード：
チップオンボード方式では、露出した接点を持つ半導体ダイがPCBに直接はんだ付けされます。言い換えれば、リードフレーム（ワイヤボンディング用）、セラミック/エポキシパッケージ、インターポーザ/基板は存在しません。取り付け後、チップはエポキシ封止材を使用してPCB上で直接パッケージングされ、チップとワイヤボンディングされたパッドを損傷から保護します。これには主に2つのプロセスがあります。
1) フリップチップオンボード：
FCOBでは、はんだがPCBに直接フラックス塗布されます。ダイには取り付けられません。その後、チップは他のSMD部品と同様に配置され、他の部品と一緒にリフローされます。したがって、信頼性の高い実装を確保するために、フットプリントに関する設計 for 組立（DFA）が必要であり、BGAパッドサイズのガイドラインに類似した、バンプサイズ（ボールサイズではなく）に基づいた指針に従います。
2) ワイヤボンディング
ワイヤボンディングでは、チップは接着剤で基板に取り付けられます。デバイス上の各パッドは、パッドと回路基板に溶接された細いワイヤリードで接続されます。ワイヤボンドとダイを環境暴露から保護するために、エポキシで封止することが最適です。これにより、主に腐食を防ぎ、ワイヤを機械的損傷から保護します。PCBにワイヤボンディングパッド用のフットプリントを作成する際、パッドは通常、大きめに設計されます。フットプリントで考慮すべきパラメータには、コンタクトパッドサイズ、コンタクトパッドピッチ、コンタクトパッド形状が含まれます。
これらのプロセスのいずれかを使用してベアチップがプリント基板（PCB）に実装された後、ワイヤが取り付けられます。エポキシまたはプラスチックの塊（グロブ）が、チップとその接続部を覆うために使用されます。テープ自動化ボンディング（TAB）プロセスは、チップを基板に配置するために使用されます。これは基本的に、半導体チップとそのワイヤボンド上に滴下され、機械的サポートを提供する特別に配合されたエポキシまたは樹脂です。
3. チップオンボード製造プロセスの7つの主要ステップ：
ここではプロセスを詳細に説明します。全部で7つのステップがあります。
1. 基板準備： PCB基板は、基板表面の洗浄と、チップが接着される導電材料の接着層の塗布によって準備されます。
2. ダイアタッチ： ベアチップが取得され、基板の接着剤が塗布された領域に配置されます。このプロセスには、ピックアンドプレースマシンまたは専用の機器が使用されます。
3. ボンディング： チップが配置されると、導電性はんだバンプを使用して基板に接合されます。このボンディングプロセスにより、チップのコンタクトパッドと基板の導電トレース間の信頼性の高い接続が確保されます。
4. ワイヤボンディング： 状況によっては、細いワイヤを使用してボンディングパッドと基板トレースを接続するワイヤボンディングが行われます。このプロセスは、電気信号がチップと基板間で伝送されるのを助けます。
5. 封止： チップとワイヤボンドを外部要素から保護するためです。封止材がアセンブリ全体に使用されることがあります。この材料は、透明なエポキシコーティングも含みます。
6. テスト： COBアセンブリでは、適切な信頼性と機能性を確保するために様々なテスト方法が使用されます。例えば、温度サイクル試験、電気的試験、目視検査などが、COBの機能を検証するために実施されます。
7. 最終組み立て： チップオンボードアセンブリがすべてのテストに合格すると、LEDライト、電話、またはその他のプロジェクトなどの最終的な電子機器に統合する準備が整います。
4. チップオンボードの特徴と利点：
⦁ 高圧・低圧設計
⦁ カスタムコーティング
⦁ 多層、両面
⦁ 機能基板テスト
⦁ 多量または少量生産
⦁ 広い温度範囲
⦁ コスト競争力のあるソリューション
⦁ ターンキーアプリケーション
5. COBボンディングに適した接着剤の選び方：
チップがPCBに取り付けられた後、通常は熱硬化またはUV硬化エポキシ材料またはコンフォーマルコーティングで封止され、チップとワイヤボンディングされたパッドを損傷から保護します。ウェハー（またはダイ）用の接着剤を選択する場合、その選択は、ウェハーの接地または放熱要件に依存します。使用される2種類の接着剤は以下の通りです。
銀ペースト： 高温硬化が必要で、120°Cで2時間、または150°Cで1時間硬化できます。
嫌気性接着剤： 導電性や熱伝導性が不要な場合に使用されます。このタイプの接着剤は、空気との接触を遮断することで、高温にさらすことなく自然に硬化します。
結論：
チップオンボード（COB）技術は、電子の世界に革命をもたらし、従来のパッケージング技術とは異なる多くの利点を提供します。ベアチップを基板に直接接合することで、チップオンボードは小型、軽量、そしてより効率的な電子機器を実現しました。かさばるパッケージの排除と短い電気経路は、優れた電気的性能、信号損失の低減、そして優れた熱管理を提供します。この技術は、電子部品の小型化にも重要であり、様々な産業における最先端でコンパクトな技術への道を切り開きました。もしあなた自身の設計でCOBを試す準備ができたら、JLCPCBがあなたの革新をサポートする手頃でプロフェッショナルなPCB製造を提供します。
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