COB封装技术首次调查报告
--现有正装、倒装COB制造技术调研
一、 COB概述（次要部分）
COB LED定义
COB LED即chip On board，就是将裸芯片用导电或非导电胶粘附在互连基板上，然后进行引线键合实现其电连接，COB LED又叫COB LED source,COB LED module。

COB LED主要的焊接方法
正装部分：
(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。

倒装部分：
共晶焊：
共晶是指在相对较低的温度下共晶焊料发生共晶物熔合的现象，共晶合金直接从固态变到液态，而不经过塑性阶段，是一个液态同时生成两个固态的平衡反应。

其熔化温度称共晶温度。

共晶合金的基本特性是：两种不同的金属可在远低于各自的熔点温度下按一定重量比例形成合金。

共晶焊接技术最关键是共晶材料的选择及焊接温度的控制。

GaN基LED，如采用共晶焊接，晶粒底部可以采用纯锡（Sn）或金锡（Au-Sn）合金作接触面镀层，晶粒可焊接于镀有金或银的基板上。

当基板被加热至适合的共晶温度时，金或银元素渗透到金锡合金层，合金层成份的改变提高溶点，令共晶层固化并将LED紧固的焊于热沉或基板上。

一般正装COB LED封装流程
第一步：扩晶。

采用扩张机将整张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。

第二步：支架点胶。

第三步：Die bond。

将芯片固定在支架上。

第四步：烘烤。

使芯片与支架结合紧密
第五步：bonding(打线)。

使芯片电极与支架上的电源接口连接。

第六步：灌胶。

灌入荧光粉及最外层的硅胶或环氧树脂。

第七步：固化。

将封好胶的基板板放入烘箱中恒温静置，根据要求可设定不同的烘干时间。

第八步：后测。

二、以图片解说常见的正装COB封装及支架的形式（主要部分）
1、封装灌胶形式：多数为直接灌胶，基板四周有阻挡胶水外溢的
阻挡围栏；少部分为每个芯片的固晶位置单独点胶，每个芯片的固晶位置留有点胶的凹痕。

在陶瓷COB基板上常用直接贴胶的形式。

直接整面灌胶：
逐个芯片灌胶：
2、支架布线形式：支架为多层结构，多数是表层走线，然后在导线上覆盖绝缘层；也有少部分是底层走线，层与层之间绝缘，通过
导线连接指定位置。

下图为表层走线，使用绝缘物质覆盖，表层可见走线纹理：下面图片为内部走线，表层无走线纹理：
3、两款正装COB灯珠厂内拆解分析：
上图中，左侧为一般国产的正装铝基COB灯珠，右侧为常见的进口陶瓷基COB灯珠。

铝基灯珠使用液态灌胶，四周有凸起的护栏防止液体四溢；陶瓷基灯珠使用贴片式贴胶，四周没有凸起的护栏。

上图为铝基COB去除表层胶之后的芯片情况，其固晶、焊线与普通单灯完全一致。

COB基板表层有电路连接线。

上图为陶瓷基COB灯珠去除表层胶后的外观。

可见其导线是直接贴在陶瓷表层的，芯片也直接贴在陶瓷基板上。

焊线与普通单灯一致。

三、正装COB封装的几项核心技术（主要部分）
1、COB使用个性化设计，生产者可以自行设计基板电路；目前较常见的COB基板设计基本是单纯的串联或并联，在电路上没有设计难度。

如果采用倒装Led芯片，使用倒装共晶焊接，会提升基板制造难度（此类基板市面上可以直接买到）。

2、散热设计对COB基板的设计至关重要，其中包括基板的选材。

散热问题是COB目前面对的最大的瓶颈，COB的光效及寿命不够理想都是因散热问题导致。

3、基板材料选择：
COB基板材料发展历史：
(1)早期：铜。

现在基本不再使用。

(2)中期普及：铝。

价格便宜，设计简单，散热稍差，会导电。

目前应用最广泛
(3)较高的技术水平为：陶瓷（Al2O3）。

价格较高、生产难度较高，散热较好，不导电。

目前高端COB产品大多使用陶瓷。

(4)台湾最新应用：硅，产出良率低，生产难度高，散热较好，半导体，具备一定绝缘能力。

目前市面上不常见。

4、COB基板的封装与应用一体化，将封装与应用集中在一起可产生较高的效益。

综合来看，正装COB在设计和生产环节上并无太多难度，如果我司想生产陶瓷基的COB灯珠，可以采购现有规格的陶瓷COB基板，根据灯珠的设计功率选择芯片（例如1130或0815都可以使用），再进行固晶和焊线即可。

四、倒装COB封装的几项核心技术（主要部分）
根据目前形式，倒装COB技术的优势越来越明显。

其具备较好的散热能力，同时将固晶、焊线两步整合为一步。

倒装COB具备更可靠、成本更低、光效更高等优点，同时因其制造工艺复杂，其利润也较高。

倒装COB主要有以下几项技术重点：
1、芯片制造：
倒装芯片的制造与一般芯片略有差异，倒装芯片的整个P-GaN 面全部被反光的金属电极覆盖，一般使用银（Ag）作为主要反光材料，使用镍（Ni）作为粘和材料。

N-GaN面同样覆相同材料，但是在P层和N层间的金属需要做绝缘隔离。

2、共晶焊接
倒装芯片与基板之间的结合使用共晶焊接，一般是先在芯片的表面溅射金锡合金Au-Sn（共晶温度278℃，常见浓度为30%Sn）。

然后可直接购买已经电镀好金锡合金镀层的基板，使用共晶焊接的方式将芯片与基板焊接在一起。

3、背出光效率
倒装芯片使用正面反光，反面出光。

光从量子井发出后要经过N型氮化镓、蓝宝石后才能到空气中。

氮化镓折射率约为2.4，蓝宝石折射率约为1.8，荧光粉折射率为1.7，硅胶折射率通常为1.4-1.5，空气为1。

光从高折射率物质向低折射率物质运动时，在穿过物质结合面时会发生全反射，导致光在物质内部被消耗掉，使出光量降低。

因此在设计倒装LED芯片时一定要对出光路径进行设计，以便光可以更容易到达空气中。

目前可以想到的主要办法是通过PSS图形的变化和蓝宝石衬底最下层的表面形貌改善来实现。

总结：整体来看正装COB在制造上没有难度，使用的芯片与我司现有芯片一致；倒装COB具备一定制造难度，也是性能较优秀的一种新产品。

后续我司可根据倒装COB 芯片的几项技术重点展开研发工作。