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COB 封装的裸芯集成、工艺难点与高可靠性应用

  • 2025-09-01 14:48:00
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COB(板上芯片封装)是将裸 IC 芯片直接绑定在 PCB 上,通过引线键合或倒装连接实现电气连接,再用环氧树脂封装保护,具有体积小、成本低、集成度高的特点,广泛应用于 LED 显示、摄像头模组、医疗传感器等领域。需解决裸芯保护、工艺难点与可靠性保障问题。

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一、COB 封装的裸芯集成与结构设计

COB 封装的核心是 “裸芯直接集成”,结构设计围绕保护裸芯与优化连接展开:
  • 裸芯固定与连接方式:裸芯通过导电胶(银胶,用于功率芯片,导热与导电)或绝缘胶(用于信号芯片,仅固定)固定在 PCB 的指定区域(绑定区,面积比裸芯大 0.2-0.4mm),胶层厚度 20-50μm,确保裸芯与 PCB 紧密贴合,无气泡(气泡会导致散热不良);连接方式分为引线键合(金丝或铜线,直径 18-30μm,键合到 PCB 焊盘)与倒装连接(裸芯焊盘与 PCB 焊盘通过焊锡凸点直接连接,凸点直径 50-100μm,高度 20-30μm),倒装连接的信号路径更短(<1mm),高频性能更优(适用于≥5GHz 信号)。

  • 封装保护设计:裸芯与连接结构需用环氧树脂封装(封装厚度 0.5-1.5mm),环氧树脂需具备高透光性(LED COB,透光率≥90%)、耐高温(-40℃至 125℃)、抗紫外线(户外应用,紫外线老化测试 1000 小时无黄变)特性;封装时采用 “点胶 - 固化” 工艺,点胶压力 0.1-0.2MPa,速度 5-10mm/s,固化温度 120-150℃,时间 30-60 分钟,确保环氧树脂完全覆盖裸芯,无空隙(空隙会导致水汽进入,腐蚀裸芯)。


二、COB 封装的工艺难点与解决策略

COB 封装因涉及裸芯操作,工艺难度高于传统封装,需针对性解决难点:
  • 裸芯定位与键合难点:裸芯尺寸小(如摄像头模组裸芯尺寸 1mm×2mm),定位精度要求高(±0.01mm),传统人工定位难以满足需求,需采用 “视觉定位绑定机”(配备高清 CCD 相机,放大倍数 200-500 倍),通过识别裸芯边缘与 PCB 基准点,自动调整定位位置,定位精度达 ±0.005mm;键合时采用 “超声 - 热压复合键合”(超声频率 80-100kHz,温度 180-200℃,压力 20-40g),增强键合强度(金丝键合拉力≥2g),避免裸芯焊盘损伤(裸芯焊盘厚度仅 1-2μm,压力过大会导致焊盘脱落)。

  • 封装气泡与散热难点:环氧树脂封装易产生气泡(成因是点胶时带入空气、固化时溶剂挥发),解决策略:点胶前对环氧树脂进行 “真空脱泡”(真空度≤-0.09MPa,时间 30 分钟);点胶时采用 “螺旋式点胶”(从中心向外围点胶,排出空气);固化时采用 “阶梯升温”(80℃/30 分钟→120℃/30 分钟→150℃/20 分钟),缓慢释放溶剂,减少气泡产生;封装后通过 “超声检测”(频率 5-10MHz)排查内部气泡,气泡直径>0.1mm 时需重新封装。


  • 散热方面,高功率 COB(如 LED COB,功率>10W)需优化散热路径:PCB 绑定区采用厚铜设计(铜箔厚度 70-105μm),增强热传导;封装环氧树脂添加导热填料(如氧化铝、氮化硼,填充量 30%-50%),热导率从 0.2W/m・K 提升至 1.5-2.0W/m・K;必要时在 PCB 背面贴装金属散热片(铝或铜材质,厚度 1-2mm),通过散热膏(热导率 8-12W/m・K)贴合,热阻较无散热片设计降低 60%(从 50℃/W 降至 20℃/W)。


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三、COB 封装的高可靠性应用场景

COB 封装凭借高集成度与低成本,在对体积、可靠性要求严苛的场景中优势显著:
  • LED 显示场景:如室内 LED 显示屏、户外广告屏,采用 COB 集成封装(将多个 LED 裸芯集成在同一 PCB 绑定区),像素间距可缩小至 0.5mm 以下(P0.5),较传统 SMD 封装显示屏分辨率提升 3 倍;封装环氧树脂选用高透光、抗紫外线型号,户外应用时紫外线老化测试 1000 小时无黄变,亮度衰减率≤5%,满足户外显示屏 “长期高亮度” 需求。

  • 医疗传感器场景:如血糖传感器、心电监测模块,采用 COB 封装(裸芯直接绑定在医用级 PCB 上),体积较传统封装缩小 50%,适配微创医疗设备(如植入式传感器);封装环氧树脂选用生物相容性材料(符合 ISO 10993 标准),无细胞毒性与致敏性,在体内环境(37℃、pH 7.4)中稳定工作,寿命可达 1-3 年,满足医疗设备 “高可靠性、长寿命” 要求。


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