Què és el chip-on-board?

Què és el chip-on-board?

Tecnologia xip a la placa (COB): envasat, procés i avantatges

Introducció  

El xip a la placa (COB) és un dels més essencials PCB l'empaquetatge de tecnologies modernes en dispositius digitals actuals com a resultat del fet que ajuda els programadors a crear productes més petits, més ràpids i amb una major fiabilitat tèrmica. Al seu nucli, el desenvolupament COB consisteix a unir directament un xip semiconductor descobert sobre un substrat de PCB o una altra superfície d'instal·lació, en lloc de col·locar el xip dins d'un embalatge de plàstic o ceràmic diferent inicialment. Aquest mètode d'instal·lació directa del xip és el que fa que l'empaquetatge COB sigui tan atractiu en eines digitals portàtils, llums LED, eines electròniques de consum i dissenys de PCB, així com en molts tipus d'aparells d'alt rendiment Muntatges de PCB . En un món on se suposa que els dispositius han de ser més primers, més lleugers i molt més potents, el COB s'ha convertit en un mètode valuós per a la miniaturització digital i l'optimització de l'eficiència dels PCB.

La raó per la qual la tecnologia COB s’utilitza tan àmpliament és fonamental: resol una varietat de problemes al mateix temps. En primer lloc, redueix les dimensions en eliminar la necessitat d’embalatge addicional al voltant del xip. En segon lloc, millora l’estabilitat de la senyal, ja que el camí elèctric entre el semiconductor i la placa base és molt més curt. En tercer lloc, permet una millor gestió tèrmica de la PCB, ja que la calor es pot transferir de forma molt més directa cap al substrat i allunyada del component actiu. En quart lloc, pot reduir el cost de fabricació en produccions a gran escala, en disminuir les operacions d’embalatge i simplificar la llista de components. Per a molts enginyers i fabricants, aquesta combinació d’electrònica estalviadora d’espai, reducció de pèrdues de senyal i tecnologia eficient de dissipació tèrmica converteix la COB en una alternativa extremadament beneficiosa per a l’instal·lació avançada de PCB i les opcions d’embalatge electrònic.

El COB és especialment important en sectors on la integritat i les petites dimensions són factors clau. En els sistemes de PCB per a llums LED, les estructures LED COB proporcionen una alta densitat de lúmens i una eficient dissipació de la calor. En els muntatges de PCB per a automoció, el COB pot ajudar en components de sensors d’assistència, components de control i sistemes d’illuminació que han de suportar vibracions, variacions de temperatura i exposició directa a l’humitat. En els dissenys de PCB per a aplicacions mèdiques i aeroespacials, el COB es pot aprofitar quan els dissenyadors busquen un envasat avançat del producte amb un excel·lent rendiment elèctric i una integració més estreta de la placa. En les aplicacions RF

Per a PCB, la reducció de les influències paràsites degudes a la col·locació de xips nus pot millorar el comportament a altes freqüències. Per això, l’envasat «chip on board» no és només una tècnica especialitzada, sinó un mètode de fabricació significatiu utilitzat en molts àmbits de la indústria de fabricació d’equips electrònics.

Què és el «Chip on Board» (COB)?

El muntatge de xips a bord (COB, per les seves sigles en anglès) és un mètode d’embalatge d’elements semiconductors en què un xip de silici nu s’instal·la directament sobre un substrat de PCB o un altre suport. En lloc de col·locar el xip dins d’un embalatge de plàstic acabat primer, el fabricant connecta el xip directament a la placa i després l’hi fixa mitjançant l’enganxat de cables, la tecnologia flip-chip o altres mètodes d’assemblatge de PCB. Per això, el COB normalment es descriu com a muntatge directe de xips o col·locació de xips nus. Això elimina capes addicionals d’embalatge, cosa que pot millorar la conductivitat elèctrica, estalviar espai i fer que el producte final sigui més fiable.

La idea fonamental darrere de la tecnologia COB és molt útil: col·locar el xip tan a prop com sigui possible del circuit que el suporta. Com més curta sigui aquesta connexió, menys probabilitat hi haurà de pèrdua de senyal, capacitància paràsita, inductància desfavorable o acumulació innecessària de calor. En dissenys d’alta velocitat i alta densitat, aquestes petites millores són molt importants. La tecnologia COB és una de les raons per les quals diversos dispositius electrònics portàtils poden ser més petits sense renunciar a un rendiment excessiu. També ajuda els fabricants a desenvolupar solucions d’embalatge d’alta densitat per a dispositius que han de fer més en molt menys espai.

El COB difereix de l’embalatge tradicional de circuits integrats perquè elimina el paquet protector al voltant del xip al principi del procés de muntatge. Això significa que el xip queda exposat durant tota la producció, de manera que el procediment exigeix una excel·lent garantia de qualitat de les PCB, eines d’alta precisió i una gestió ambiental rigorosa posteriorment. En diversos dissenys, el xip es protegeix amb un recobriment d’epòxid, una encapsulació de silicona o una capa conformal per evitar la humitat, la pols, les vibracions i els problemes mecànics. Aquest és un dels motius pels quals el COB s’utilitza habitualment en productes que requereixen una gran resistència estructural sense comprometre la seva gruixor.

Què fa que el COB sigui diferent?

Per a què s’utilitza la tecnologia COB?

La innovació contemporània COB s’utilitza quan els dissenyadors necessiten un mètode més petit, més eficient i, sovint, millor regulat tèrmicament per envasar semiconductors. El seu ús és especialment habitual en productes on es superposen les necessitats d’electrònica d’estalvi d’espai i de PCB d’alt rendiment. Com que el xip es munta directament sobre la placa, la tecnologia COB pot ajudar a reduir l’influència mentre s’augmenta l’estabilitat de senyal i es redueixen certs tipus de pertorbacions elèctriques. Això la converteix en una opció robusta per a productes que requereixen tant la miniaturització com un alt rendiment.

Un dels millors factors per als quals el COB s’utilitza tan àmpliament és que s’adapta bé a diversos mercats. En el disseny de PCB per a dispositius electrònics de consum, el COB pot ajudar els fabricants a fer més petits i lleugers els telèfons, els dispositius vestibles i els aparells intel·ligents. En l’electrònica industrial, pot suportar mòduls de control i sistemes de sensors que necessiten un tractament estable en entorns exigents. En els productes PCB per a automoció, el COB pot ajudar amb components de petits dispositius de captació, sistemes d’il·luminació i dispositius de control. En els dissenys de PCB RF, pot millorar el comportament a alta freqüència reduint els efectes paràsits i minimitzant les dimensions de les pistes.

El COB juga, a més, una funció significativa en les aplicacions de PCB d’il·luminació LED. Les estructures LED COB col·loquen diversos xips emissors de llum directament sobre un substrat per obtenir una alta densitat de lúmens i una dissipació tèrmica eficient. És per això que els productes LED COB es troben sovint en focus, llums comercials, il·luminació d’edificis i components d’alta potència. La innovació contemporània permet una millora substancial de la dissipació tèrmica i pot augmentar la brillantor contínua. En resum, el COB no només fa referència a dispositius electrònics, sinó que també és una estratègia important d’embalatge de productes per a l’il·luminació moderna.

Usos habituals de la tecnologia COB

PCB per a dispositius electrònics de consum

Eines intel·ligents

Dispositius vestibles

Eines per a llars intel·ligents

Plaques IoT

PCB d'il·luminació LED

Llums d’alta potència

L’escenografia comercial

Llums industrials

PCB automotriu

Components de sensors

Mòduls de control

Sistemes d'illuminació LED

PCB clínica

Dispositius diagnòstics a bord

Radar compacte

PCB aerospacial

Electrònica avionica

Components d'alta fiabilitat

Rf pcb

Circuits d'alta freqüència

Mòduls sensibles al senyal

Per què els enginyers trien COB

Impacte de la mida reduïda de la placa

Placa de circuits amb millor gestió tèrmica

Disminució inferior de la pèrdua de senyal

Menys passos d'embalatge en alguns dissenys

Excel·lent, ideal per a productes d’interconnexió d’alta densitat.

Pràctic per a l’ensamblatge enginyós de PCB.

Característiques i avantatges del Chip on Board

L’atractiu principal de l’embalatge Chip on Board és que combina beneficis de densitat, rendiment i velocitat en una única estratègia. En col·locar directament el xip sobre la placa, el disseny sol ser més petit i elèctricament més net. Això pot millorar el rendiment en dispositius electrònics d’alta velocitat, reduir cert tipus d’interferències de senyal i ajudar a la dissipació tèrmica. Aquests beneficis fan que el COB sigui especialment atractiu per a dissenys de circuits portàtils, miniaturització de circuits digitals i optimització de l’eficiència de PCB.

 1. Miniaturització

El COB s'utilitza sovint quan els desenvolupadors necessiten integrar encara més potència en menys espai. En eliminar l'embalatge extern, un dispositiu pot reduir significativament la seva grandària. En algunes aplicacions, el COB pot reduir l'empremta fins a un 30–50 % comparat amb tècniques d’embalatge de dispositius més habituals. Això representa una important millora per a productes com ara dispositius intel·ligents, eines mòbils i electrònica vestible.

2. Rendiment elèctric

Com que el xip s’instal·la directament sobre la placa de circuit imprès (PCB) o el substrat, el camí elèctric és molt més curt. Això implica:

 Menys resistència.

Molt menys inductància.

Menys retard del senyal.

Millor estabilitat del senyal.

Components paràsits reduïts.

Aquestes millores són especialment útils per a aplicacions de freqüència elevada, circuits de condicionament de senyals i embalatges d’eines digitals avançades.

3. Eficiència tèrmica

Cozy és un dels principals oponents dels dispositius digitals. La tecnologia COB ajuda perquè pot transferir una quantitat molt més gran de Cozy al substrat i als elements circumdants. Això és molt important per a l’embalatge de productes LED d’alta potència, l’electrònica de potència i els sistemes petits que funcionen contínuament. Un millor flux tèrmic implica menys tensió als components i una fiabilitat a llarg termini molt millor.

 4. Cost reduït

La tecnologia COB pot reduir el cost eliminant molts dels passos associats amb l’embalatge habitual. Una menor quantitat de components d’embalatge també pot suposar menys estoc i cadenes d’aprovisionament menys complexes. En produccions de gran volum, això pot fer una diferència considerable en el cost total de producció.

 5. Flexibilitat de disseny

La tecnologia COB pot gestionar:

Placa de circuits impresos (PCB) de doble cara.

Placa de circuits impresos (PCB) multicapa.

Placa de circuits impresos (PCB) flexible en sistemes especialitzats.

Substrats personalitzats.

Dissenyos d’alta densitat.

Aquesta versatilitat la fa essencial tant per a la prototipació de PCB com per a la producció massiva de PCB.

Taula d'avantatges

Estudi de cas: COB en l'illuminació LED

Una llum LED COB podria incloure nombrosos xips LED col·locats molt junts sobre un mateix substrat. Com que els xips es munten directament, la font de llum resulta extremadament densa i eficient. Això produeix un resultat més brillant i una il·luminació més uniforme. Això també millora la gestió tèrmica, cosa que ajuda la llum a durar més temps.

Com es fabriquen els xips sobre placa

El procés de fabricació COB és una sèrie precisa d'etapes que converteix un xip semiconductor nu en un muntatge protegit i funcional. A diferència de la col·locació habitual de components SMD, el COB requereix una manipulació cuidadosa, ja que el xip queda exposat i és més fràgil durant el muntatge. El procés sol incloure la preparació del substrat, l'afixació del xip, la connexió amb filferro, l'encapsulació i les proves. Cada etapa afecta el rendiment final, la fiabilitat i l'aspecte del producte.

1. Preparació del substrat

El procés comença amb la preparació del substrat de la PCB o producte base. La superfície ha d’estar neta, plana i preparada per a l’unió. Segons l’estil, el fabricant pot aplicar epòxid conductor o un altre adhesiu per crear la base per a la fixació del xip. L’element del substrat es selecciona segons les necessitats tèrmiques, elèctriques i mecàniques.

2. Fixació del xip

A continuació, el xip nu es col·loca sobre el substrat mitjançant una màquina de recollida i col·locació o dispositius de fixació de xips de precisió. Aquest pas s’anomena fixació del xip o fixació directa del xip. La col·locació ha de ser molt precisa, ja que fins i tot una petita desalineació pot afectar la connexió elèctrica o la qualitat de l’unió.

3. Unió per filferro

Un cop el xip està fixat, les connexions elèctriques es realitzen mitjançant l’unió per filferro. Fils fins —normalment d’or, coure o alumini lleuger— connecten les pads del xip amb les pistes de la PCB o les pads d’unió. Hi ha dos mètodes habituals:

Unió per cuny.

Unió per bola.

L'enganxament de fil és una de les parts més essencials de l'establiment COB, ja que crea el pont elèctric entre el xip semiconductor i la placa.

4. Encapsulació

El xip enganxat i l'estructura de fils normalment es protegeixen amb un recobriment de resina epòxica, silicona o un producte glob-top. Aquest procés s'anomena encapsulació. Protegeix l'establiment contra:

 Humitat.

Pols.

Tensió mecànica i esforç.

Vibració.

Danys físics.

5. Proves i control de qualitat

Un cop finalitzat l'establiment, es sotmet a avaluació i proves. Els mètodes habituals inclouen:

Proves elèctriques.

Inspecció AOI.

Prova de càrrega.

Avaluació visual.

Prova pràctica de la placa.

 Aquestes accions ajuden a determinar problemes amb els cables, espais buits, col·locació incorrecta de l’adhesiu o errors elèctrics abans de l’enviamient del producte.

Taula del procés COB

Desafiaments del procés

La producció de COB requereix:

 Atmosferes neta.

Col·locació específica.

Control tèrmic precís.

Manipulació experimentada.

Control de qualitat sòlid.

Chip on Board respecte d'altres tecnologies d'embalatge

El COB és només un dels diversos tipus d'estratègies per a semiconductors, i serveix per comparar-lo amb alternatives habituals com ara BGA, SMD, PoP i DIP. Cada tipus d'embalatge té les seves avantatges, però resolen problemes diferents. El COB és el més adequat quan la mesura portàtil, el control tèrmic i la integració directa són molt importants. Altres tipus d'embalatges poden ser millors quan la reparabilitat, l'estandardització o la facilitat de manipulació són més crucials.

COB respecte de BGA

Un embalatge BGA utilitza esferes de solda per connectar un xip embalat a la placa. Ofereix una densitat de contactes excel·lent i protecció, i predomina en CPU, GPU i IC avançats. En comparació, el COB munta el xip nu directament sobre la placa.

COB vs. SMD

La tecnologia moderna SMD explica el muntatge de dispositius de superfície, on els components envasats es col·loquen sobre la placa. El COB es pot considerar una forma molt més directa d’integració.

COB vs. PoP

L’empaquetat segons estratègia (PoP) apila xips empaquetats verticalment. Això funciona per a dispositius multifunció com els telèfons intel·ligents, però difereix del COB perquè el COB es centra directament en la col·locació de xips al nivell de la placa.

COB vs. DIP

Les estratègies DIP són més antigues, més grans i molt més fàcils de modelar. Serveixen per a tasques estàndard, però no permeten la compactació ni l’eficiència del COB.

 Taula de comparació

Els avantatges de fer servir COB

El factor més important que els dissenyadors tenen en compte quan trien la configuració de PCB amb COB és que permet desenvolupar un producte més petit, més net i molt més integrat. No obstant això, els avantatges van més enllà de la mida. El COB pot millorar la integritat de la PCB, millorar la gestió tèrmica de la PCB i reduir el nombre d'etapes d'embalatge del producte a la cadena d'aprovisionament. En l'aplicació òptima, també pot reduir el cost i millorar el rendiment general del producte.

 PRINCIPALS VANTATGES

Electrònica estalviant espai.

Millora molt millor del rendiment elèctric.

Resistència millorada a l'estrès tèrmic i a l'estrès i l'ansietat.

Elevació inferior de l'element.

Efectes paràsits minimitzats.

Ajust excel·lent per a l'embalatge de productes d'alta densitat.

Ideal per a eines digitals d'alta fiabilitat.

Avantatges de fabricació

Menys elements de paquet en alguns estils.

Possiblement taxa de paquet complet minimitzada.

Millor assimilació amb la fabricació de PCB.

Apropiat per a processos automàtics i d'alta volum.

Molt més fàcil d’adaptar a les necessitats específiques del producte.

Avantatges de rendiment del producte

El COB pot ajudar:

Millorar la velocitat de senyal.

Reduir la pèrdua de senyal.

Donar suport a dissenys de placa més compactes.

Augmentar la lluminositat en dispositius LED.

Millorar la transferència tèrmica en sistemes sensibles a la potència.

Avantatges empresarials

Per als proveïdors, el COB pot mantenir:

Espais de producte de mida més petita.

Despeses de producte més baixes.

Un disseny de producte molt més econòmic.

Ubicació millorada de la placa d'ús.

Una diferenciació més forta en mercats petits.

Resum

Chip on Board (COB) és un mètode directe de col·locació i envasat de components que col·loca un xip semiconductor nu directament sobre un substrat de PCB o un altre material base. S'utilitza habitualment perquè ajuda els productes a ser més petits, més ràpids i molt més fiables tèrmicament. Mitjançant la reducció de les trajectòries de senyal i dels costos d'envasat, el COB millora la integritat del senyal, la gestió tèrmica i el disseny compacte de PCB. Per això es troba en LEDs COB, electrònica de consum, sistemes automotius, dispositius científics, equips aerospacials i circuits RF.

La tecnologia COB és especialment útil quan un producte requereix envasat d’elements d’alta densitat i una integració fiable al nivell de la placa. Al mateix temps, necessita una producció, protecció i proves cuidadoses. El procés consta de la preparació del substrat, l’addició del xip (die), la connexió per cablejat, l’encapsulament i el control de qualitat. És més especialitzada que l’instal·lació bàsica SMD, però, en el producte adequat, el rendiment és sòlid.

Preguntes freqüents

Quins són els principals avantatges de la tecnologia COB respecte a l’envasat tradicional?

Els avantatges significatius són les dimensions més reduïdes, un comportament tèrmic millor, programes de senyal més curts i una complexitat d’envasat inferior en alguns tipus.

Per què és important la gestió tèrmica en les configuracions COB?

 Com que el xip nu s’instal·la directament sobre el substrat, la calor ha de gestionar-se amb molta cura per evitar tensions i ansietat en el dispositiu, fallades o pèrdua de rendiment.

Es poden reparar les muntatges COB?

 Sovent, però la reparació del servei és difícil, ja que la pastilla es col·loca directament sobre la placa i normalment queda embolicada després de l'enganxament.

Quins elements són els més adequats per a la moderna innovació COB?

La tecnologia COB és òptima per a dispositius portàtils, il·luminació LED, circuits RF, components per a vehicles, electrònica professional i altres sistemes d’alta densitat.

És el COB el mateix que el COB LED?

No. El COB LED és una aplicació específica de la innovació COB en l’àmbit de l’il·luminació. La tecnologia moderna COB en si mateixa s’utilitza molt més àmpliament en l’embalatge de productes electrònics.