Какво е технологията Chip-on-Board?

Какво е технологията Chip-on-Board?

Технологията Chip-on-Board (COB): опаковка, процес и предимства

Встъпление  

Опаковката чип върху платка (COB) е една от най-важните PCB съвременни опаковъчни технологии в днешните цифрови устройства, тъй като помага на разработчиците да създават по-малки, по-бързи и по-термично стабилни продукти. В основата си технологията COB предвижда директно прикрепване на неопакован полупроводников кристал върху подложка от печатна платка или друга монтажна повърхност, вместо да се поставя чипът в отделен пластмасов или керамичен корпус предварително. Този метод за директно монтиране на чипове е причината, поради която опаковката COB е толкова привлекателна за преносими цифрови устройства, LED осветление, потребителски електронни устройства, проекти на печатни платки (PCB) и множество видове високопроизводителни Сглобки на печатни платки в свят, където се очаква нещата да стават по-тънки, по-леки и значително по-мощни, технологията COB наистина е станала ценен метод за цифрова миниатюризация и оптимизация на ефективността на печатни платки.

Причината COB да се използва толкова широко, е фундаментална: той решава множество проблеми едновременно. Първоначално той намалява размерите, като отстранява необходимостта от допълнително опаковане на чипа. Второ, подобрява стабилността на сигнала, защото електрическата верига между полупроводниковия чип и материнската платка е значително по-къса. Трето, осигурява по-добра термична регулация и ефективност на печатната платка, тъй като топлината може да се предава по-направо към подложката и по-далеч от активния компонент. Четвърто, може да намали производствените разходи при високотоменото производство чрез намаляване на операциите по опаковане и опростяване на състава на компонентите. За много инженери и производители тази комбинация от електроника, спестяваща място, намаляване на загубата на сигнал и съвременни технологии за отвеждане на топлината прави COB изключително ценна алтернатива за напреднали методи за монтаж на печатни платки и опаковане на електронни продукти.

COB е особено важно в индустрии, където имат значение как цялостността, така и малките размери. В системите за LED осветление с печатни платки (PCB) COB LED конструкции осигуряват висока луминозна плътност и ефективно отвеждане на топлина. В автомобилните PCB сглобки COB може да подпомогне сензорни компоненти, управляващи компоненти и осветителни системи, които трябва да издържат вибрации, промени в температурата и директно въздействие на влага. В медицинските и аерокосмическите PCB проекти COB може да се използва, когато проектирането изисква напреднало опаковане на продукта с изключителна електрическа ефективност и по-плътна интеграция на платката. В RF

Приложенията за PCB намаленото паразитно влияние при монтирането на голи кристали може да подобри работата на високочестотни схеми. Затова опаковането „чип върху платка“ (Chip on Board) не е просто специализирана техника — това е значим производствен подход, използван в много области на електронната индустрия.

Какво представлява опаковането „чип върху платка“ (Chip on Board, COB)?

Чипът на платката (COB) е подход за опаковане на полупроводникови компоненти, при който неопакованият кремниев чип се монтира директно върху подложката на печатна платка (PCB) или друга основна подложка. Вместо да постави чипа първо в завършена пластмасова обвивка, производителят свързва самия чип с платката, след което го фиксира чрез жична връзка, технология „флип-чип“ или други методи за монтаж на PCB. Затова COB обикновено се описва като директно монтиране на чип или поставяне на неопакован чип. Този подход премахва допълнителните слоеве опаковка, които могат да подобрят електрическата проводимост, да спестят място и да направят крайния продукт по-надежден.

Основната идея зад технологията COB е изключително полезна: разполагане на чипа възможно най-близо до веригата, която го поддържа. Колкото по-къса е тази връзка, толкова по-малка е вероятността от загуба на сигнал, паразитна капацитетност, неблагоприятна индуктивност или нежелана топлинна аккумулация. При проекти с висока скорост и висока плътност тези миниатюрни подобрения имат значително значение. COB е една от причините няколко преносими електронни устройства да могат да бъдат по-малки, без да жертват изключителната си производителност. Тя също помага на производителите да разработват решения за високоплътно опакетиране на устройства, които трябва да изпълняват повече функции в по-малко пространство.

COB се различава от традиционното опаковане на интегрални схеми, защото премахва защитната обвивка около кристала в началото на процеса на монтаж. Това означава, че кристалът е изложен по време на производството, поради което процесът изисква висококачествен контрол на печатните платки (PCB), прецизно инструменти и стриктен екологичен контрол след това. При някои варианти кристалът се предпазва чрез епоксидно покритие, силиконово инкапсулиране или конформно покритие, за да се предотврати влагата, прашинките, вибрациите и механичните повреди. Това е един от основните фактори, поради които COB обикновено се използва в продукти, които трябва да запазят компактността си при висока стабилност.

Какво прави COB различен?

За какво се използва технологията COB?

Съвременната технология COB се използва, когато дизайнерите искат по-малък, по-ефективен и често по-добре термично регулиран начин за опаковане на полупроводникови елементи. Тя е особено разпространена в изделия, при които се препокриват изискванията за спестяване на място в електронните устройства и за високопроизводителни печатни платки (PCB). Тъй като чипът се монтира директно върху платката, технологията COB може да помогне за намаляване на въздействието, повишаване на стабилността на сигнала и намаляване на някои видове електрически смущения. Това я прави силна опция за продукти, които изискват както миниатюризация, така и висока ефективност.

Един от най-добрите фактори, поради който COB се използва толкова широко, е способността му да се адаптира добре към различни пазари. При проектирането на печатни платки (PCB) за потребителска електроника COB може да помогне на производителите да правят по-малки и по-леки телефони, носими устройства и умни гаджети. В областта на бизнес електрониката той може да поддържа модули за управление и сензорни системи, които изискват стабилна работа в тежки среди. При автомобилните PCB продукти COB може да допринесе за миниатюрни сензорни компоненти, осветителни системи и устройства за управление. При RF PCB проектирането той може да подобри високочестотното поведение чрез намаляване на паразитните ефекти и намаляване на размерите на проводниците.

COB освен това изпълнява значима функция в приложенията за PCB на LED осветление. COB LED структурите разполагат няколко светоизлъчващи чипа директно върху подложка, за да се постигне висока луминозност и ефективно топлоотделяне. Затова COB LED продуктите често се използват в прожектори, търговски осветителни тела, архитектурно осветление и високомощни компоненти. Съвременната иновация поддържа значително по-добро топлоотделяне и може да увеличи постоянната яркост. Просто казано, COB не е само свързано с електронни устройства — това е също така важна стратегия за опаковане на продукти в съвременното осветление.

Чести приложения на технологията COB

PCB за потребителски електронни устройства

Интелигентни инструменти

Носими устройства

Интелигентни домашни устройства

IoT платки

Печатна платка за LED осветление

Високомощни осветителни тела

Промишлено осветление

Промишлени осветителни тела

ПП за автомобилна индустрия

Компоненти на сензорни устройства

Контролни модули

Системи за LED осветление

Клиничен печатен плат

Диагностични устройства

Компактен радар

Аерокосмически PCB

Авионика и електроника

Компоненти с висока надеждност

Rf pcb

Високочестотни вериги

Модули, чувствителни към сигнали

Защо инженерите избират COB

Влияние на по-малкия размер на платката

Печатни платки с по-добра термична управляемост

По-ниско намаляване на сигнала

По-малко етапи на опаковане при някои конфигурации

Изключително подходящ за продукти с висока плътност на междинни връзки.

Практичен за иновативна монтажна технология на печатни платки.

Характеристики и предимства на технологията Chip on Board (COB)

Най-голямото предимство на опаковането с чип на платката (Chip on Board) е, че обединява предимствата от плътност, производителност и скорост в една стратегия. Като постави кристала директно върху платката, дизайновото решение обикновено става по-компактно и по-електрически чисто. Това може да подобри производителността на високоскоростни електронни устройства, да намали някои видове сигнален интерференция и да допринесе за по-ефективно разсейване на топлината. Тези предимства правят COB особено привлекателен за проектиране на преносими електронни схеми, миниатюризация на цифрови схеми и оптимизация на ефективността на печатни платки.

 1. Миниатюризация

COB често се използва, когато разработчиците имат нужда да вградят още повече възможности в по-малко пространство. Като се премахне външното корпусиране, продуктът може значително да се намали. В някои приложения COB може да намали заеманата площ с 30–50 % в сравнение с по-обичайните методи за корпусиране на продукти. Това е значително предимство за продукти като интелигентни устройства, мобилни инструменти и носими електронни устройства.

2. Електрически характеристики

Тъй като чипът е монтиран директно върху печатната платка (PCB) или подложката, електрическият път е много по-кратък. Това означава:

 По-малко съпротивление.

Много по-малко индуктивност.

По-малко забавяне на сигнала.

По-добра стабилност на сигнала.

Намалени паразитни компоненти.

Тези подобрения са особено полезни за високочестотни приложения, вериги за обработка на сигнали и корпусиране на напреднали цифрови устройства.

3. Топлинна ефективност

Cozy е един от най-големите противници на цифровите устройства. COB помага, защото може да прехвърли много повече топлина от Cozy към субстрата и околните компоненти. Това е изключително важно за опаковането на високомощни LED продукти, силова електроника и малки системи, които работят непрекъснато. По-доброто топлоотделяне означава по-ниско напрежение върху компонентите и значително по-висока дългосрочна надеждност.

 4. По-ниска цена

COB може да намали цената, като елиминира множество от стъпките, свързани с обичайното опаковане. По-малко компоненти в опаковката също могат да означават по-малки запаси и по-малко сложни вериги за доставки. При производството в големи обеми това може да направи значителна разлика в общата производствена цена.

 5. Гъвкавост в дизайна

COB може да обработва:

Двустранна печатна платка (PCB).

Многослойна печатна платка (PCB).

Гъвкава печатна платка (PCB) в специализирани системи.

Персонализирани субстрати.

Високоплътни конструкции.

Тази гъвкавост прави COB важен както за прототипиране на печатни платки (PCB), така и за масово производство на печатни платки (PCB).

Таблица с предимства

Случайно проучване: COB в LED осветлението

COB LED лампа може да включва множество LED чипове, разположени плътно един до друг върху един и същ субстрат. Поради факта, че чиповете са директно монтирани, източникът на светлина става изключително плътен и ефективен. Това води до по-ярък резултат и по-равномерно осветление. Също така подобрява термичния контрол, което допринася за по-дълъг срок на служба на осветителното устройство.

Как се произвеждат чиповете върху платки

Процесът на производство на COB е точна последователност от стъпки, която превръща гол полупроводников чип в защитена и функционална сглобка. За разлика от обичайното SMD-монтиране, COB изисква внимателно обращение, тъй като чипът е оголен и по-крехък по време на монтажа. Процесът обикновено включва подготовката на субстрата, прикрепянето на чипа, свързването с жици, инкапсулирането и тестването. Всяка стъпка влияе върху крайната производителност, надеждност и външен вид на продукта.

1. Подготовка на основата

Процесът започва с подготовката на подложката на печатната платка (PCB) или основния продукт. Повърхността трябва да е чиста, равна и подготвена за свързване. В зависимост от типа производителят може да нанесе проводим епоксиден лепил или друго лепило, за да създаде основата за монтиране на чипа. Изборът на подложката се прави въз основа на термичните, електрическите и механичните изисквания.

2. Монтиране на кристала

След това голият кристал се поставя върху подложката чрез машина за пик-енд-плейс или прецизни устройства за свързване на кристали. Този етап се нарича монтиране на кристала или директно монтиране на кристала. Поставянето трябва да е изключително точно, тъй като дори минимално несъвпадение може да повлияе върху електрическото свързване или качеството на свързването.

3. Свързване чрез жица

След като кристалът е монтиран, електрическите връзки се извършват чрез свързване чрез жица. Тънки жици — обикновено от злато, мед или лек алуминий — свързват контактните площадки на чипа със следите на печатната платка или с контактните площадки за свързване. Два разпространени метода са:

Свързване чрез клин.

Свързване чрез топка.

Свързването с жица е един от най-важните етапи при изграждането на COB, тъй като създава електрическия мост между полупроводниковия чип и платката.

4. Капсулиране

Прилепеният чип и жичната структура обикновено се защитават с покритие от епоксиден материал, силикон или продукт тип „glob-top“. Този процес се нарича капсулиране. Той защитава монтажа от:

 Влажност.

Прах.

Механично напрежение и вибрации.

Вибрация.

Предотвратяване на повреди.

5. Изпитания и контрол на качеството

Когато монтажът е завършен, той подлага на оценка и изпитания. Обичайните методи включват:

Електрически изпитания.

Инспекция с автоматизирана оптична система (AOI).

Изпитания под натоварване (burn-in testing).

Визуална оценка.

Практическо тестване на платката.

 Тези действия помагат да се установят проблеми с кабелите, разстояния, неправилно поставяне на лепило или електрически грешки преди изпращането на продукта.

Таблица на процеса COB

Проблеми в процеса

Производството на COB изисква:

 Чисти атмосфери.

Точна позиция.

Точен термичен контрол.

Квалифицирано обращение.

Надежден контрол на качеството.

COB срещу други технологии за опаковане

COB е само един от няколкото вида полупроводникови стратегии и е полезно да се сравни с обичайните алтернативи като BGA, SMD, PoP и DIP. Всеки тип опаковка има своите предимства, но решава различни проблеми. COB е най-подходящ, когато компактните размери, термичният контрол и директната интеграция са от особено значение. Други типове опаковки може да са по-подходящи, когато ремонтопригодността, стандартизацията или удобството при монтаж са по-важни.

COB срещу BGA

Опаковката BGA използва оловни сфери за свързване на опакования чип с платката. Тя осигурява изключителна плътност на контактите и защита и доминира в централните процесори (CPU), графичните процесори (GPU) и напредналите интегрални схеми (IC). COB, в сравнение, монтира голия чип директно върху платката.

COB срещу SMD

Съвременната технология SMD обяснява монтирането на повърхността, при която опакованите компоненти се поставят върху платката. COB може да се счита за по-непосредствен вид интеграция.

COB срещу PoP

Опаковки по стратегия (PoP) натрупват опаковани чипове едни върху други. Това работи за мултифункционални устройства като смартфоните, но се различава от COB, тъй като COB се фокусира върху директно монтиране на чипове на ниво печатна платка.

COB срещу DIP

DIP технологиите са по-стари, по-големи и по-лесни за моделиране. Те поддържат стандартни задачи, но не осигуряват компактността или ефективността на COB.

 Таблица за сравнение

Предимствата на използването на COB

Най-важният фактор, който дизайнерите вземат предвид при избора на COB PCB конфигурация, е, че тя позволява създаването на по-малък, по-чист и по-интегриран продукт. Но предимствата не се ограничават само до размера. COB може да подобри цялостността на PCB, да осигури по-добра топлинна управляемост на PCB и да намали броя на стъпките за опаковане на продукта в веригата за доставки. При оптимално приложение тя също може да намали цената и да подобри общата производителност на продукта.

 ГЛАВНИ ПРЕИМУЩЕСТВА

Пространство-спестяващи електронни устройства.

По-добра електрическа производителност.

Подобрена устойчивост на термичен стрес и напрежение.

По-ниско разположение на компонентите.

Намалени паразитни ефекти.

Идеално подходяща за високоплътно опаковане на продукти.

Отлично подходяща за цифрови устройства с висока надеждност.

Производствени превъзходства

По-малко елементи в опаковката при някои модели.

Възможно намаляване на общата цена на опаковката.

По-добра интеграция с производството на PCB.

Подходящ за автоматизирани и високопроизводителни процеси.

Много по-лесно се адаптира към продуктоспецифичните изисквания.

Преимущества на производствената производителност

COB може да подпомогне:

Подобрява скоростта на сигнала.

Намалява загубата на сигнал.

Поддържа по-плътни разположения на компонентите върху платката.

Увеличава яркостта на LED-устройствата.

Подобрява топлопреминаването в системи, чувствителни към мощност.

Бизнес предимства

За доставчиците COB може да осигури:

По-малки размери на продуктните пространства.

По-ниски разходи за продукта.

Значително по-икономичен дизайн на продукта.

По-добро разположение на монтажната плоча.

По-силна диференциация на малките пазари.

Обобщение

Чип върху платка (COB) е директен метод за монтиране и опаковане, при който непакетиран полупроводников чип се поставя направо върху подложка от печатна платка (PCB) или друг основен материал. Той се използва широко, тъй като помага продуктите да станат по-малки, по-бързи и значително по-термично стабилни. Чрез намаляване на дължината на сигнальните пътища и намаляване на разходите за опаковане COB подпомага целостта на сигнала, термичното управление и компактния дизайн на PCB. Затова се използва в LED-елементи с технология COB, потребителска електроника, автомобилни системи, научни уреди, аерокосмически оборудване и ВЧ-вериги.

COB е особено полезен, когато продуктът изисква високоплътно опаковане на компонентите и надеждна интеграция на ниво печатна платка. Едновременно с това изисква внимателно производство, защита и тестване. Процесът включва подготовката на подложката, монтирането на чиповете, свързването с проводници, инкапсулирането и контрола на качеството. Той е по-специализиран от базовото SMD монтиране, но при подходящия продукт възвръщаемостта е значителна.

Често задавани въпроси

Какви са основните предимства на COB пред традиционното опаковане?

Основните предимства са по-малки размери, по-добро топлинно поведение, по-кратки сигнали и намалена сложност на опаковането на продукта при някои варианти.

Защо термичният контрол е важен при COB конструкции?

 Тъй като неопакованият чип се монтира директно върху подложката, топлината трябва да се управлява внимателно, за да се предотврати механично напрежение и стрес в устройството, отказ или загуба на производителност.

Могат ли COB сборките да бъдат поправяни?

 Често, но поправката е трудна, тъй като матрицата е поставена директно върху платката и обикновено се покрива след свързването.

Кои продукти най-добре отговарят на съвременната технология COB?

COB е най-подходяща за преносими устройства, LED осветление, RF вериги, компоненти за автомобили, професионална електроника и други високоплътни системи.

Дали COB е същото като COB LED?

Не. COB LED е специфично приложение на технологията COB в областта на осветлението. Самата съвременна технология COB се използва много по-широко в електронното опаковане.