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最全的COB光源知识

2020-10-23 14:29:53

今天我们来了解一下最全的COB光源知识。板上芯片(Chip On Board,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。

裸芯片技术主要有两种形式:一种是COB技术,另一种是倒装片技术(Flip Chip)。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,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 。

 主要焊接方法

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: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。

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工艺流程

清洁PCB → 滴粘接胶 → 芯片粘贴 → 测试 → 封黑胶加热固化 → 测试 → 入库

1、清洁PCB

清洗后的PCB板仍有油污或氧化层等,不洁部分需擦拭干净,擦拭后的PCB板用毛刷刷干净或用气枪吹净方可流入下一工序。对于防静电严格的产品要用离子吹尘机。清洁的目的的为了把PCB板邦线焊盘上的灰尘和油污等清洁干净以提高邦定的品质。

2、滴粘接胶

滴粘接胶的目的是为了防止产品在传递和邦线过程中DIE脱落,在COB工序中通常采用针式转移和压力注射法:

①针式转移法:用针从容器里取一小滴粘剂点涂在PCB上,这是一种非常迅速的点胶方法

②压力注射法:将胶装入注射器内,施加一定的气压将胶挤出来,胶点的大小由注射器喷口口径的大小及加压时间和压力大小决定与与粘度有关。此工艺一般用在滴粘机或DIE BOND自动设备上

胶滴的尺寸与高度取决于芯片(DIE)的类型、尺寸、与PAD位的距离、重量而定。尺寸和重量大的芯片胶滴量大一些,也不宜过大以保证足够的粘度为准,同时粘接胶不能污染邦线焊盘。如要一定说是有什么标准的话,那也只能按不同的产品来定。硬把什么不能超过芯片的1/3高度不能露胶多少作为标准的话,实没有这个必要。

3、芯片粘贴

芯片粘贴也叫DIE BOND(固晶)  粘DIE  邦DIE  邦IC等各公司叫法不一。在芯片粘贴中,要求真空吸笔(吸咀)材质硬度要小(也些公司采用棉签粘贴)。吸咀直径视芯片大小而定,咀尖必须平整以免刮伤DIE表面。在粘贴时须检查DIE与PCB型号,粘贴方向是否正确,DIE巾到PCB必须做到"平稳正","平"就是指DIE与PCB平行贴紧无虚位,"稳"是批DIE与PCB在整个流程中不易脱落,"正"是指DIE与PCB预留位正贴,不可偏扭。一定要注意芯片(DIE)方向不得贴反。

 4、引线键合

引线键合Wire Bond 。

所定位置把各邦线的两个焊点连接起来,使其达到电气与机械连接。PCB做邦定拉力测试时要求其拉力符合公司所订标准(参考1.0线大于或等于3.5G   1.25线大于或等于4.5G)铝线焊点形状为椭圆形,金线焊点形状为球形。

邦定熔点的标准

铝线:

线尾大于或等于0.3倍线径小于或等于1.5倍线径

焊点的长度 大于或等于1.5倍线径 小于或等于5.0倍线径

焊点的宽度 大于或等于1.2倍线径 小于或等于3.0倍线径

线弧的高度等于圆划的抛物线高度(不宜太高 不宜太低 具体依产品而定)

金线:

焊球一般在线径的2.6-2.7倍左右

在邦线过程中应轻拿轻放,对点要准确,操任人员应用显微镜观察邦线过程,看有无断线、卷线、偏位、冷热焊、起铝等到不良现象,如有则立即通知管理工或技术人员。在正式生产之前一定得有专人首检,检查其有无邦错少邦、漏邦拉力等现象。每隔2个小时应有专人核查其正确性。

5、封胶

封胶主要是对测试好的PCB板进行点黑胶。在点胶时要注意黑胶应完全盖住PCB太阳圈及邦定芯片铝线,不可有露丝现象,黑胶也不可封出太阳圈以外的地方,如有漏胶应用布条即时擦拭掉。在整个滴胶过程中针咀或毛签都不可碰到DIE及邦定好的线。烘干后的黑胶表面不得有气孔,及黑胶未固化现象。黑胶高度不超过1.8mm为宜,特别要求的应小于1.5mm,点胶时预热板温度及烘干温度都应严格控制。封胶方法通常也采用针式转移法和压力注射法。有些公司也用滴胶机,但其成本较高效率低下。通常都采用棉签和针筒滴胶,但对操作人员要有熟练的操作能力及严格的工艺要求。如果碰坏芯片再返修就会非常困难。所以此工序管理人员和工程人员必须严格管控。

6、测试

因在邦定过程中会有一些如断线、卷线、假焊等不良现象而导致芯片故障,所以芯片级封装都要进行性能检测。

根据检测方式可分非接触式检测(检查)和接触式检测(测试)两大类,非接触式检测己从人工目测发展到自动光学图象分析(AOI)X射分析,从外观电路图形检查发展到内层焊点质量检查,并从单独的检查向质量监控和缺陷修补相结合的方向发展。

虽然邦定机装有自动焊线质量检测功能(BQM),因邦定机自动焊线质量检测主要采用设计规则检测(DRC)和图形识别两种方法。DRC是按照一些给定的规则如熔点小于线径的多少或大于多少一些设定标准来检查焊线质量。图形识别法是将储存的数字化图象与实际工作进行比较。但这都受工艺控制,工艺规程,参数更改等方面影响。具体采用哪一种方法应根据各单位生产线具体条件,以及产品而定。但无论具备什么条件,目视检验是基本检测方法,是COB工艺人员和检测人员必须掌握的内容之一。两者之间应该互补,不能相互替代.

4结论

文章所述COB的工艺参数在设计时,必须实际情况加以考虑。掌握这些基本要求,各种可变因素在控制条件下,COB具有在装载、封装、组装密度、可靠性等优点,且与标准SMT工艺相比,可减少产品的制造成本。


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