COB與SMT的製程先後關係

COB_PCB

這篇文章基本上是回覆讀者的來信。我發現還是有許多朋友對於 COB (Chip On Board) 的製程一知半解,有些朋友甚至認為 COB 是不是應該在 SMT 時就一起完成?這裡我就大致說明一下 COB 與 SMT 的製程之間的關係吧。

如果你還不瞭解何謂 COB?請先參考【何謂COB (Chip On Board) ?介紹COB的演進歷史】及【COB(Chip On Board)的製程簡單介紹】;至於 SMT(Surface Mount Technology),有空我會在撰文詳細介紹,現在就姑且當作大家都知道,但簡單的說它就是把電子零件焊接在電路板表面的一種技術及製程。







執行 COB 製程以前,必需要先完成 SMT 作業,這是因為 SMT 需要使用鋼板(stencil)來印刷錫膏,而鋼板必須平舖於空的電路板 (bare PCB)上面,可以想像成使用模板噴漆,可是噴漆變成塗漆,如果要塗漆的牆面上已經有高起來的東西,那麼模板就無法平貼於牆面,突出來的漆就無法平整;鋼板就相當於模板,如果電路板上面已經有了其他高出表面的零件,那鋼板就無法平貼於電路板,那印出來的錫膏厚度就會不平均,而錫膏厚度則會影響到後續的零件吃錫,太多的錫膏會造成零件短路(solder short),錫膏太少則會造成空焊(solder skip);再加上印刷錫膏時需要用到刮刀而且會施加壓力,如果電路板上已經有零件,還有可能被壓壞掉。

如果先把 COB 完成就,就會在電路板上面形成一個類圓形的小丘陵,這樣就無法在使用鋼板來印刷錫膏,也就無法把其他的電子零件焊接於電路板,而且印刷錫膏的電路板還得經過240~250℃的高溫迴焊爐,一般 COB 的封膠(epoxy)大多無法承受這樣的高溫而產生脆化,最後造成品質上的不穩定。

所以 COB 製程通常是擺在 SMT 以後的一道製程。再加上 COB 封膠以後一般時屬於不可逆的製程,也就是無法返工修理(repair),所以一般會擺在所有電路板組裝的最後一道,而且還要確定板子的電氣特性沒有問題了才執行 COB 的製程。

其實如果純粹以 COB 的角度來看,COB 製程應該盡早完成,因為電路板上的金層(Au) 在經過 SMT  reflow(回焊爐)之後會稍微氧化,而且回焊爐的高溫也會造成板彎板翹的現象,這些都不利 COB 的作業,但基於目前電子業製程的需求,還是得有一些取捨。


延伸閱讀:
電子製造工廠如何產出一片電路板
如何評鑑一家SMT代工廠
工廠轉廠技術移轉清單




訪客留言內容(Comments)

工作熊您好,
我看了許多您發表的文章,吸收了不少的知識,也更加熟悉了工廠的流程.最近接觸了一些工廠製程的問題,想跟您請教:
1.請問什麼是開鋼板??用途是什麼??(您在文章裡有提到,但是還是有點一知半解)另外鋼板是在SMT的製程哪一個階段會用到??
2.看過您另外一篇文章,請問現在無論是較小(電阻、電容等)與較大(connector等)的電子零件都是走SMT製程了嗎??DIP的手插件是完成在泛用型打件機的階段嗎??那大型的CPU與南橋等的晶片是在哪個階段所完成的??
3.如果電路板需要打雙面side1與side2是哪一面先打??哪面先打的取決點是什麼??
4.我常聽到工程師與工廠的製程工程師談到DFX與DFM,但是不是很懂這專有名詞的意思,您是否有空可以幫我解答我的一些疑問呢??謝謝.

1. 我最近(這禮拜)會發表另一篇關於鋼板的文章,到時候可以上來看看。簡單的說,鋼板就像在噴漆時,要準備一個罩子,才能噴出你要的圖形,這個罩子就是鋼板。鋼板是在SMT的第一個步驟就需要用到。如何將錫膏印刷於電路板(solder paste printing)
2. 現在絕大部分的電子零件幾乎都是採用SMT打件,小零件用快速機,大零件用慢速泛用機(參考一下這篇文章:電子製造工廠如何產出一片電路板 )
3. 第一面打完零件後,當第二面要打零件時,就必須翻到底下過高溫迴焊爐,如果這時候有比較種得零件在底面,過爐的時候就容易掉落下來。所以一般有較重零件面要放在第二面打。其次,有fine pitch (細腳)或是BGA的零件時,需要比較精細的對位,一般情況下,如果可以在第一面就先打件,會比放在第二面打件好,因為電路板過完一次爐之後,板子就會變形,會造成錫膏印說得偏移。這些只是原則,常常有利外。
4. DFM 是 Design For Manufacturing的意思;而DFX的X字,代表無限可能,可以是DFT (Design For Test), DFA (Design For Assembly)…當然也包括 DFM。

Hi 拜讀您的文章,我分享一下我的經驗
COB與SMT先後的問題其實在成本,製程及產品本身的特性評估下是可選擇的

目前有些鋼板廠是可以開所謂的"立體鋼板",做出類似"ㄇ"形狀搭配特殊刮刀
可以閃過Encap封膠的區域先做COB,再做SMT.當然這部分並不是無限制的,如"ㄇ"與"ㄇ"的距離就會影響錫刀的下壓力..等

如果是SMT先做,基本上會使用水洗製程(水洗錫膏),與一般常使用的免洗錫膏製程不同的是通常會搭配電漿清洗(Plasma)來避免後面COB製程區域Flux的汙染.

以上是我個人淺薄的經驗,有誤請指正

仁兄的見解真的開啟了大家的另一扇窗。的確如仁兄所言確實可以先做COB再打SMT,但是其限制也非常多,比如說板端的SMT零件不能放置於錫膏刮刀括不到的地方,而且還得挑選COB的封膠為可以耐reflow的高溫(250°C),個人真的不建議走這樣的製程,除非板子真的可以這樣layout。
至於先SMT後COB的製程要水洗,個人認為也很麻煩,因為有些零件是無法經過水洗製程的,比如說蜂鳴器、振盪器…等,我的經驗是照樣使用免洗製程,如果焊線有拉力不足時,才慮局部清洗COB的焊墊。

網路搜尋到您的文章,收穫頗多,謝謝。
工作關係,有外購品上用到COB,但目前遇到問題,想請教站主幾個問題:
1. COB上的Epoxy樹脂,耐溫大約多少?
2. 如果一般電子零件焊接用的烙鐵靠上這層封膠,可能造成IC損害嗎? 或是裡面的bounding wire鋁線的脫落嗎? 需要大約多高的溫度才可能造成這樣的傷害?

在此先感謝您的回覆,謝謝。

PS. 對一般使用COB的產品多是便宜的低階產品,部分是在大陸生產,所以也就不會使用SMT,通常直接就是人工焊接。所以反而都是COB先上。以上提供參考。

Alex Jones

Alex;
COB上面的Epoxy有很多等級,需要查看貴公司所使用的Epoxy而定,最好可以看到Epoxy廠商的規格書才能決定。
你所說的會不會因為手焊零件時的高溫而造成IC損壞或是焊線脫落,也要看所選用Epoxy的耐溫而定與CTE(熱膨脹係數)。對COB來說CTE越高就越不好,也就是烙鐵的溫度越有可能拉斷焊線,當然,焊線的強度還得取決於焊接強度,所以一般我們會作拉力測試,以確定wire bond的時候良好。
另外,我們一般也會在wire bond後COB封膠前,會先對電路板作電測,確定都沒問題以後才會封膠,這樣就可以大大減低其不良。

你好,您的文章對我這個轉行的有很多的認知,可以請教一下嗎? 像一般人的認知之下,COB是否比SMT來得便宜? (指LED光源的部份) 因為市般上很多人打著,多晶單體封裝和另一種的單晶單體 這….是否指的是 COB和SMT的技術? 如果以LED燈來說的吧(小弟用一般人的思考模式來想 =.=)

1.COB的LED燈,就是已整顆封裝好的LED燈,且不需要焊錫的動作對嗎?
2.SMT的LED燈,也是封裝好的,但它有腳位需要機器或人工去做焊錫的動作?
3.COB是需SMT完成後才有動作,再進行整顆崁入PCB的無塵室作業對吧?
4.照道理來說? COB的品質相對比SMT品質更高? (製造成本也是成正比?)
5.COB廠一定會SMT的技術生產? 或者是找配合的那種?
6.COB+SMT廠 會比 COB廠找配合SMT廠 來得便宜、品質更好?
7.最後一個苯問題,還有比COB、SMT更好的嗎?

非電子;
你所問的一些問題似乎顯示你對整個COB及SMT製程還不是很了解,
建議你多了解一下何謂SMT及COB,
因為你問的這些問題,有些不是三言兩語就可以解釋,
我會試著在一個星期內找時間整理並盡可能詳細的回答你的問題。

請問板大,如果是手插件和SMD並存的時候,製成是怎麼處理呢?

jay;
如果僅是少部分的插件零件,可以考慮使用手焊或是「選擇性波鋒焊接」。
如果是大範圍的手插件及SMT零件並存,這裡有「波鋒焊的零件擺放規範」,但是這通常僅適合用在雙排的IC、電阻、電容、電感、SOT…一類不會引起陰影效應或是短路的零件。

想請教您一下
雖然我覺得這個問題很蝦
但是我的供應商說出這種問題
有關於銲錫空泡的問題
請問於QFN封裝產品在SMT後
對於QFN銲錫的空泡
是否會產生 雜散電容
並非空銲
謝謝

Louis;
我並不是電子科班出身,所以對於電子學方面稍差了一點,所以我的意件僅做參考,下面是我從維基百科查到的雜散電容的解釋,『任意兩個相鄰導體,除非長久保持很近的距離,其電容通常很微小,但仍舊可以被視為電容器。這不受歡迎的效應稱為「雜散電容」。原本各自孤立的電路,由於雜散電容的作用,可能會讓兩個電路互相干擾對方的信號,這效應稱為串擾。雜散電容是電路在短波波段正常操作的限制因子。』
除非是和錫斷裂才有機會形成電容效應,否則如果只是QFN的焊錫氣泡,應該還是有接觸到其他的線路,這樣就不會有電容的產生。

你好想請教您有關於COB 製程問題
問題是substrate在SMT完成後經過水洗機水洗,到了封裝製程金線卻打不黏,
用顯微鏡檢查substrate 表面是看不出有任何污染物
想請教是:
1. 要用何種方法或儀器可以檢測出substrate表面上是否還是殘留一些看
不出的污染物
2. 假設是 substrate 表面有一層看不見氧化物,那水洗機要如何對應

tedcen,
1. 金線打不上有時候不只氧化問題,substrate上金層的厚度也是重點。
2. 氧化,很多時候是肉眼看不出來的,要用高倍顯微鏡,至於是否有其他儀器可以測試,這個個人沒有研究,可以詢問儀器商。
3. 水洗一般要加震盪才比較有效,如果不是氧化,可能就沒用了。

1.substrate上金層的厚度要多厚才算正常
2.水洗一般要加震盪才比較有效是指有氧化狀況下嗎


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