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1、用于COB工艺的PCB设计指导1. 目标此文给那些正试着用裸芯片来代替表贴集成电路的PCB设计者提供了指导方针。首先，这 样的转变从根本 即：用了裸芯片组装的线路板的总成本要比只用传统表贴元器件的线路 板低。用尽可能小形体尺寸加工PCB板可确保实际的高产量。线路板上的芯片管脚所占的 面积就是最小形体尺寸，因此，这里着重讲述进行COB封装时基板的布线要求。对于电连接的设计National公司要求150/150 pm的线路宽度和间距，至少2层板，过孔 的最小直径是350pm,过孔盘径要400pm。这些要求对于用传统技术制造PCB板的制造者来说是非常符合实际的。2. 方法此文以两个集成IC为例，把与
2、从SMT的PCB设计技术转换到COB的PCB设计技术相关 的问题作了基本阐述。但是，对于PCB设计者来说必须从PCB制造者和装配者处得到准 确的布线规则以确保达到令人满意的效果。3. COB芯片产品中最容易利用的形式就是裸芯片。由于这些裸芯片通过引线键合到引线框或者内部 基板上，因此他们跟那些大量用于单芯片封装的芯片是一样的。用引线键合使芯片直接粘贴到PCB板上的技术称作COB。COB 是目前市场上最成熟应用最广泛的技术，具备如下特点：裸芯片可以和其他封装过的芯片，分立器件或者无源器件一同直接粘贴到内部基板或者PCB 上。用导电或者不导电的环氧胶可使芯片固定在基板上。 通过引线键合可以使芯片与
3、基板电连接。可以用保护壳密封。对于低成本 COB 技术，基板通常采用 FR-4 材料（玻璃纤维增强的环氧树脂）。推荐使用 无电镀的镍/金进行表面金属化，因它能完全覆盖在金属焊盘的表面和四周，并且能够支持 多种如同混合SMT/COB技术的电连接方法。目前，对于裸芯片来说，最普遍的低成本COB电连接技术就是引线键合。这种技术就是利 用IC上标准焊盘金属化和表面钝化实现的。芯片的I/O端设计在器件外围。键合面的准确 位置和尺寸连同表面冶金以供应商提供的芯片产品手册为准。 COB 的键合技术包括在高温 下的热超声键合（金丝球焊）和常温下的超声波键合（铝劈刀焊接）。金丝球焊是高产量，高强度的技术，它能用
4、于精细间距焊盘的焊接。它需要高温来进行可* 地焊接。此过程必须考虑配置条件、引线直径、引线长度、冶金和表面条件等。铝劈刀键合可在室温下进行，利用成本到较低的键合强度和较低的产量。键合过程中还需要 考虑的就是引线键合的角度以及当用劈刀键合时向前当既有引线焊接连接方法又涉及利用 再流焊实现电连接的表贴技术时，考虑好装配次序是很重要的。封装时推荐的方法就是在装 配和键合COB器件之前对表贴元器件进行装配并再流焊。值得注意的是如果表贴元器件非 常*近裸芯片，那么表贴元器件的高度就会影响到引线键合的操作。通常情况下，间距应该 是高度的2倍。在封装过程中，PCB设计者可查看设计规则。4. 基板对于低成本的
5、装配板来说，基板技术所采用的材料几乎就属环氧玻璃钢板，例如FR4,就 是用于表贴 IC 以及裸芯片粘贴中可供选择的材料。依据基板材料，线路板的磨光等方面权 衡来实现COB，这些在布线之前就应该考虑清楚的事情本文也略加叙述。5. 布线用于金丝球焊接的金线直径介于20pm 33pm之间。与此相关球的直径应该是2.5到5倍的 引线直径，但是对于密间距的小球焊接来说，球体直径可以是1.5-5 倍；对于大的键合盘焊 接，可以是 3-4 倍。指状焊片的引脚被做成基板上的焊接区（指状焊片的管脚是以焊盘的形式制造在基板上的）， 恰好在芯片边缘外，并且与基板上的电路相连。如图1 所示电源环和地环也包括在管脚中。
6、图 2 表明管脚和芯片间的关系，其中包括一个地环和一个电源环。有的芯片要有几条地环 和电源环，除了个别的电源和地线焊接点以外，这些环还应覆盖阻焊剂以避免下垂的引线和 这些环相连，造成短路。Table 1: Nomenclature for figure 4.指状焊片的尺寸应该与典型的劈刀键合的焊盘尺寸或者新月形焊盘的尺寸相一致。最坏的情 况也就是算上焊接工具的精准度。典型的劈刀键合如图 5 所示。例如，如果引线的直径是 25pm,焊盘的宽度应低于62.5pm,其长度应低于125pm 。装配工厂会提出更严格的设计 规则，设计者应该事先参考这些规则。实际上，把指状焊片设计成足够几个焊盘点的长度是一
7、个很好的习惯，这样以便于在清洁的、 可焊接的表面上对这样的地点做一些返工。对于劈刀键合，焊盘的长轴应该与指定的键合线 路径一致。此贴被 yingaochina 在 2009-02-17 22:51 重新编辑描述：Figure 1: Three bond fin gers on a substrate, with图片：描述： Figure 2: Bonding wire extends from I/O pad on die to interconnecting pad on substrate. The substrate bond fingers are aligned in a one t
8、o one ratio with the signal I/O pads on the die, assuming power and ground pads are connected to the rings only. The substrate footprint pads must follow the design rules for the lines and spaces on the PCB. Power and ground rings may be added within the substrate bonding pad ring.图片：描述： Figure 3: P
9、hoto showing chip (on left) and wires connecting to bond fingers on substrate (right side of picture.)图片：描述： Figure 4: Bond Finger Design rule layout showing critical dimensions. Typical bondfinger length is0.6 - 0.8 mm图片：Band曲司A5c-luPr b!fciskCownecRec ionunoerST.FPeiiiiLAcross section ot Dondfinge
10、r描述：Drawing source: Infineon.图片：设计特点A持狀埠片闻取B卅狀却升空1C卅壮坷片宽度D持状却片的阻蚪闵更E卅状埠片号纽跻的域小間岳F延伸到过乱业的诫小肌炸G呦却的掠小宜滩描述： Figure 5: Outline view of an aluminum wedge bond showing allowable dimensions of the wedge. These dimensions provide a “rule of thumb” for the minimum size of the bonding pad for ultrasonic bondin
11、g of aluminum wire on the PCB. Note, however, that advances in ultrasonic systems have made it possible to produce a high-strength wedge bond that is only 2-3 m wider than the wire diameter, resulting in finer pitch capabilities.图片：描述：Figure 6: Drawing showing wedge bonding operation on the second b
12、ond, at the substrate bond finger.图片：描述： Figure 7: Tail or crescent bond is the shape of the thermosonic bond on the substrate （ball bond is on dimensions are shown in the box to the right of the figure. Again, these the die side）. The allowable dimensions provide a guideline for the minimum size of
13、 the bonding pad for thermosonic bonding of gold wire on the PCB. 月牙形焊接（热超声焊的末端）的尺寸和形状直接与引线直径和毛细管的几何形状有关。 由于硅的收缩和更密集的引线键合间距（对焊接工具来说，这就要求越来越小的毛细管），在刀口和焊接 工具的毛细管之间要有足够的平面尺寸来保证高可*性的键合。焊接工具的外观如图所示描述： Figure 8: Drawing showing one complete thermosonic bond. The wire is threaded through the capillary with
14、in the bonding tool and the tool tip from the capillary to the outer edge is applied to make the tail (or crescent) bond (see figure 5).Ball Bond f IC Pad图片:Thermosonic :bonding tool匸/ B tondtinger描述： 7. 指状焊片间距 指状焊片间的间距应该足够大以避免相邻的两条引线相连而短路。引线的长度应 该小于 5mm 来避免过分的下垂和“摆动”。在实际操作中，最大值为 100D（ D 是引线直径）的纵横比可
15、 以获得较高的产出。键合线的长度在芯片和基板之间的间距转换中是一个限制因素。图 9 表明了不同引线长度下芯片尺寸和官脚尺寸的关系。Figure 9: Wirebond footprint area is a function of bond wire length. Themaximum length of the wire is limited by the sag and “sweep” of the wire. These are a function of the length and diameter of the bonding wire.图片：刊呵50ZWirebonci FootprintrirticnnI 2rnni- 3 rnm斗nm5 urnZECIW吕ifl描述：为了获得高产量的PCB板，指状焊片的尺寸和间距应该符合PCB制造商的标准设计要求。如果管芯 之间的间距比PCB设计规则中规定的小，指状焊片可以成放射状排列在基板上，这样，PCB上的间距就会 从各端的中心向外散开。为了增加管脚面积对芯片面积比率，折衷的办法就是键合线长度对装配PCB效率 的影响。如图10所示。参看附录A键合线长度的计算。Figure 10: Drawi ng of 150 pm pitch die
