Co je technologie Chip-on-Board?

Co je technologie Chip-on-Board?

Technologie Chip-on-Board (COB): balení, proces a výhody

Úvod  

Balení čipu na desku (COB) patří mezi jednu z nejdůležitějších PCB moderních balicích technologií používaných v současných digitálních zařízeních, protože umožňuje vývojářům vytvářet menší, rychlejší a tepelně stabilnější výrobky. V jádru technologie COB spočívá přímé upevnění nepouzdaného polovodičového čipu přímo na substrát tištěné spojovací desky (PCB) nebo jiný montážní povrch, nikoli umístění čipu do samostatného plastového nebo keramického pouzdra. Právě tato metoda přímé montáže čipu činí balení COB tak atraktivním pro mobilní digitální zařízení, LED osvětlení, spotřební elektroniku, návrhy tištěných spojovacích desek (PCB) a mnoho dalších typů výkonnostních Tištěných spojovacích desek ve světě, kde se očekává, že budou věci tenčí, lehčí a mnohem výkonnější, se technologie COB stala cenným způsobem miniaturizace digitálních zařízení a optimalizace účinnosti tištěných spojovacích desek (PCB).

Důvod, proč je technologie COB tak široce využívána, je zásadní: zároveň řeší celou řadu problémů. Za prvé snižuje rozměry tím, že eliminuje potřebu dalšího obalování čipu. Za druhé zvyšuje stabilitu signálu, protože elektrická cesta mezi polovodičovým čipem a základní deskou je mnohem kratší. Za třetí umožňuje lepší tepelné řízení a efektivitu desky plošných spojů (PCB), neboť teplo může přímo a efektivněji přecházet do podkladové vrstvy a od aktivních součástek. Za čtvrté může snížit výrobní náklady při výrobě vysokých objemů tím, že redukuje kroky obalování a zjednodušuje počet součástí. Pro mnoho inženýrů a výrobců představuje tato kombinace prostorově úsporné elektroniky, snížení ztrát signálu a moderních technologií odvádění tepla velmi výhodnou alternativu pro pokročilé montážní řešení desek plošných spojů a digitálního balení.

COB je zvláště důležitý v odvětvích, kde zároveň záleží na integritě i malých rozměrech. V systémech LED osvětlení s tištěnými spojovacími deskami (PCB) poskytují COB LED konstrukce vysokou hustotu světelného toku a účinnou tepelnou dissipaci. V automobilových sestavách PCB může technologie COB podporovat senzorové prvky, řídicí prvky a osvětlovací systémy, které musí odolávat vibracím, kolísání teploty a přímému působení vlhkosti. V lékařských a leteckovým kosmických návrzích PCB se technologie COB může uplatnit tehdy, když si konstruktéři přejí pokročilé balení výrobků s vynikající elektrickou účinností a těsnější integrací desek. V aplikacích RF

V PCB může snížení parazitních vlivů umístění čipů bez pouzdra zlepšit chování na vysokých frekvencích. Proto je technologie balení čipu přímo na desce (Chip on Board) nejen specializovanou metodou – je to významný výrobní postup používaný v mnoha oblastech průmyslu výroby elektronických zařízení.

Co je technologie Chip on Board (COB)?

Čip na desce (COB) je přístup k balení polovodičových součástek, při kterém je čistý křemíkový čip instalován přímo na substrát tištěného spojovacího obvodu (PCB) nebo jiný základní materiál. Místo toho, aby výrobce nejprve umístil čip do dokončené plastové obalu, připojí čip přímo k desce a poté jej upevní pomocí drátového připojení, technologie flip-chip nebo jiných metod montáže PCB. Proto se COB obvykle označuje jako přímé montování čipu nebo umísťování čistého čipu. Tento postup eliminuje navíc vrstvy obalování součástek, což může zlepšit elektrickou vodivost, ušetřit místo a zvýšit spolehlivost konečného výrobku.

Základní myšlenka technologie COB je velmi užitečná: umístit čip co nejblíže obvodu, který jej podporuje. Čím je tento spoj kratší, tím je menší pravděpodobnost ztráty signálu, parazitní kapacity, nepříznivé indukčnosti nebo nadměrného hromadění tepla. U návrhů s vysokou rychlostí a vysokou hustotou mají tyto drobné vylepšení značný význam. Technologie COB je jedním z důvodů, proč lze některá přenosná elektronická zařízení zmenšit, aniž by došlo k výraznému snížení výkonu. Pomáhá také výrobcům vyvíjet řešení pro vysokohustotní zabalení zařízení, která musí zvládnout více funkcí v mnohem menším prostoru.

COB se liší od tradičního zabalení integrovaných obvodů tím, že v první fázi montážního procesu odstraňuje ochranný obal kolem čipu. To znamená, že čip je během výroby vystaven prostředí, a proto tento proces vyžaduje vynikající kontrolu kvality tištěných spojovacích desek (PCB), přesné nástroje a důkladnou správu environmentálních podmínek v následujících fázích. V řadě provedení je čip chráněn povlakem z epoxidové pryskyřice, silikonovým zalitím nebo konformní vrstvou, které brání pronikání vlhkosti, prachu, vibrací a mechanickému poškození. To je jeden z důvodů, proč se COB běžně používá v zařízeních, kde je nutné zachovat tenký profil při zároveň vysoké stabilitě.

Co činí COB odlišným?

K čemu se technologie COB používá?

Současná inovace COB se používá v případech, kdy konstruktéři potřebují menší, účinnější a často lépe tepelně regulovaný způsob zabalení polovodičů. Její použití je zvláště běžné u výrobků, u nichž se překrývají požadavky na elektronická zařízení šetřící prostor a vysoký výkon desek plošných spojů (PCB). Protože čip je montován přímo na desku, technologie COB může pomoci snížit vliv rušení a zároveň zvýšit stabilitu signálu a snížit některé typy elektrického rušení. To ji činí silnou volbou pro výrobky, které vyžadují jak miniaturizaci, tak vysokou účinnost.

Mezi nejlepší faktory, proč je COB tak široce používán, patří jeho dobrá přizpůsobitelnost různým trhům. V návrhu tištěných spojovacích desek (PCB) pro spotřební elektroniku může COB výrobcům pomoci zmenšit a zlehčit telefony, nositelná zařízení a chytré elektronické přístroje. V průmyslové elektronice může podporovat řídicí moduly a senzorové systémy, které vyžadují spolehlivý provoz v náročných prostředích. V automobilových PCB produktech může COB pomoci u malých snímacích prvků, osvětlovacích systémů a řídicích zařízení. V návrzích RF PCB může zlepšit chování na vysokých frekvencích snížením parazitních účinků a zmenšením rozměrů vodivých stop.

COB dále plní významnou funkci v aplikacích PCB pro LED osvětlení. COB LED konstrukce umisťují několik světelných čipů přímo na podložku, čímž vytvářejí vysokou světelnou hustotu a účinný odvod tepla. Proto se COB LED výrobky často používají v reflektorech, komerčním osvětlení, architektonickém osvětlení a vysokovýkonových součástech. Moderní technologie umožňuje výrazně lepší odvod tepla a zvyšuje tak stálou jasnost. Jednoduše řečeno, COB není jen o elektronických zařízeních – je to také významná strategie balení součástek pro moderní osvětlení.

Běžné aplikace technologie COB

PCB pro spotřební elektroniku

Chytré Nástroje

Nositelné přístroje

Chytré domácí zařízení

IoT desky

DPS pro LED osvětlení

Vysokovýkonové světelníky

Obchodní osvětlení

Průmyslové osvětlení

Automobilní desky plošných spojů

Senzorové komponenty

Řídicí moduly

LED osvětlovací systémy

Lékařské PCB

Diagnostická zařízení

Kompaktní radar

Desky plošných spojů pro letecký průmysl

Avionická elektronika

Součástky s vysokou spolehlivostí

Rf pcb

Vysokofrekvenční obvody

Moduly citlivé na signál

Proč inženýři vybírají technologii COB

Vliv menších rozměrů desky

Lepší řízení tepelného odvodů na desce plošných spojů

Nižší úbytek signálu

Méně kroků zabalení u některých uspořádání

Vynikající, ideální pro výrobky s vysokou hustotou propojení.

Praktické pro důvtipnou montáž tištěných spojovacích desek (PCB).

Vlastnosti a výhody technologie Chip on Board (COB)

Největší výhodou balení typu Chip on Board je kombinace výhod z hlediska hustoty, výkonu a rychlosti v jediné strategii. Umístění čipu přímo na desku obvykle vede ke zmenšení celkových rozměrů návrhu a k lepší elektrické čistotě. To může zvýšit výkon vysokorychlostních elektronických zařízení, snížit určité typy rušení signálů a zlepšit odvod tepla. Tyto výhody činí technologii COB zvláště vhodnou pro návrh přenosných obvodů, miniaturizaci digitálních obvodů a optimalizaci účinnosti tištěných spojovacích desek (PCB).

 1. Miniaturizace

COB se často používá, pokud vývojáři potřebují vložit ještě více výkonu do menšího prostoru. Odstraněním vnějšího pouzdra lze zařízení výrazně zmenšit. V některých aplikacích může COB snížit plošné rozměry o 30–50 % ve srovnání s běžnějšími metodami balení zařízení. To je významný přínos pro chytré zařízení, mobilní nástroje a nositelnou elektroniku.

2. Elektrické vlastnosti

Protože čip je přímo namontován na tištěný spojovací obvod (PCB) nebo podklad, je elektrická dráha výrazně kratší. To znamená:

 Nižší odpor.

Výrazně nižší indukčnost.

Menší zpoždění signálu.

Lepší stabilita signálu.

Snížené parazitní složky.

Tyto vylepšení jsou zvláště užitečná pro aplikace vyšších frekvencí, obvody úpravy signálu a pokročilé balení digitálních zařízení.

3. Tepelná účinnost

Cozy je jedním z největších odpůrců digitálních zařízení. Technologie COB pomáhá, protože umožňuje přenést mnohem více tepla z Cozy do podkladu a okolních komponent. To je velmi důležité pro balení výkonových LED produktů, výkonovou elektroniku a malé systémy, které běží nepřetržitě. Lepší odvod tepla znamená nižší tepelné zatížení komponent a výrazně vyšší dlouhodobou spolehlivost.

 4. Nižší náklady

COB může snížit náklady tím, že eliminuje mnoho kroků spojených s běžným balením. Menší počet prvků obalu může navíc vést ke snížení zásob a jednodušším dodavatelským řetězcům. U výroby ve velkém měřítku to může výrazně ovlivnit celkové výrobní náklady.

 5. Designová flexibilita

COB je schopna zpracovat:

Dvoustranné tištěné spoje.

Vícevrstvé tištěné spoje.

Flexibilní tištěné spoje v detailních systémech.

Přizpůsobené podklady.

Vysokohustotní uspořádání.

Tato flexibilita činí technologii COB důležitou jak pro prototypování tištěných spojů, tak pro jejich výrobu ve velkém měřítku.

Tabulka výhod

Případová studie: COB v LED osvětlení

COB LED lampa může obsahovat mnoho LED čipů umístěných velmi blízko u sebe na jednom podloží. Díky tomu, že jsou čipy přímo montovány, zdroj světla je extrémně hustý a účinný. To vede k jasnějšímu výsledku a rovnoměrnějšímu osvětlení. Současně také zlepšuje tepelný dohled, což pomáhá prodloužit životnost světla.

Jak se vyrábějí čipy na desce (Chip-on-Board)

Výrobní proces COB je přesná řada kroků, která přeměňuje nezabudovaný polovodičový čip („die“) na chráněnou a funkční sestavu. Na rozdíl od běžného montážního procesu SMD vyžaduje technologie COB pečlivé zacházení, protože čip je během montáže vystaven a zranitelnější. Proces obvykle zahrnuje přípravu podloží, připevnění čipu (die attach), drátové propojení (wire bonding), zalévání (encapsulation) a testování. Každý krok ovlivňuje koneční výkon, spolehlivost a vzhled výrobku.

1. Příprava podkladu

Proces začíná přípravou substrátu tištěného spojovacího obvodu (PCB) nebo základního výrobku. Povrchová plocha musí být čistá, rovná a připravená na lepení. V závislosti na typu může výrobce nanést vodivou epoxidovou lepidlovou hmotu nebo jiné lepidlo, aby vytvořil základ pro připevnění čipu. Substrát je vybírán na základě tepelných, elektrických a mechanických požadavků.

2. Připojení křemíkového čipu

Poté je neobalený čip umístěn na substrát pomocí zařízení pro automatické uchopení a umístění (pick-and-place) nebo přesných zařízení pro přilepení čipů. Tento krok se nazývá připojení čipu nebo přímé připojení čipu. Umístění musí být velmi přesné, protože i malé nesrovnání mohou ovlivnit elektrické spojení nebo kvalitu lepení.

3. Drátové propojení

Po připojení čipu jsou elektrické spoje vytvořeny metodou drátového propojení. Tenké dráty – obvykle zlato, měď nebo lehký hliník – spojují kontaktové plošky čipu s trasami tištěného spojovacího obvodu (PCB) nebo s připojovacími ploškami. Dvě běžné metody jsou:

Wedge bonding (příčné propojení).

Ball bonding (kulové propojení).

Spojování vodičů je jednou z nejdůležitějších částí výroby COB, protože vytváří elektrické spojení mezi polovodičovým čipem a deskou.

4. Potahování

Přilepený čip a vodičový rámec jsou obvykle chráněny povlakem z epoxidové pryskyřice, silikonu nebo glob-top materiálu. Tento proces se nazývá potahování. Chrání sestavu před:

 Vlhkost.

Prach.

Mechanickým napětím a namáháním.

Vibrací.

Poškozením.

5. Zkoušky a kontrola kvality

Po dokončení sestavy probíhá její vyhodnocení a testování. Běžné metody zahrnují:

Elektrické testování.

AOI kontrolu.

Testování za zatížení (burn-in).

Vizuální kontrolu.

Praktické testování desky.

 Tyto akce pomáhají určit problémy s kabely, mezery, nesprávné umístění lepidla nebo elektrické chyby ještě před odesláním výrobku.

Procesní tabulka COB

Procesní výzvy

Výroba COB vyžaduje:

 Čisté prostředí.

Přesné umístění.

Přesnou tepelnou regulaci.

Zručnou manipulaci.

Spolehlivou kontrolu kvality.

Chip on Board vs. jiné technologie balení

COB je jen jedním z několika druhů polovodičových strategií; pro srovnání se běžnými alternativami, jako jsou BGA, SMD, PoP a DIP, je třeba uvést, že každý typ balení má své výhody, avšak řeší různé problémy. COB je nejvhodnější tehdy, když je zásadní malá velikost, tepelná regulace a přímá integrace. Jiné typy balení mohou být vhodnější, pokud jsou důležitější opravitelnost, standardizace nebo snadná údržba.

COB vs. BGA

BGA balení využívá pájecí kuličky ke spojení zabaleného čipu s deskou. Nabízí vynikající hustotu vývodů a ochranu a dominuje u CPU, GPU a pokročilých integrovaných obvodů. COB naopak montuje čip bez pouzdra přímo na desku.

COB vs. SMD

Moderní technologie SMD vysvětluje montáž povrchových součástek, při které jsou zabalené součástky umisťovány přímo na desku plošného spoje. COB lze považovat za mnohem přímější formu integrace.

COB vs. PoP

Balíčkování podle strategie (PoP) překrývá balené čipy svisle. Tato metoda je vhodná pro multifunkční zařízení, jako jsou chytré telefony, avšak liší se od COB tím, že COB se zaměřuje přímo na umísťování čipů na úrovni desky plošných spojů.

COB vs. DIP

Techniky DIP jsou starší, větší a mnohem snadněji modelovatelné. Jsou vhodné pro standardní úkoly, avšak nepodporují kompaktnost ani účinnost techniky COB.

 Srovnávací tabulka

Výhody používání COB

Největším faktorem, který konstruktéři při volbě nastavení COB na desce plošných spojů (PCB) berou v úvahu, je možnost vytvořit menší, čistější a více integrovaný výrobek. Výhody však sahají dál než jen velikost. COB může zlepšit integritu desky plošných spojů, podporovat lepší tepelné řízení na desce plošných spojů a snížit počet kroků při balení výrobků v dodavatelském řetězci. V optimálním případě může také snížit náklady a zlepšit celkový výkon výrobku.

 Hlavní výhody

Prostoroesnadnou elektroniku.

Výrazné zlepšení elektrického výkonu.

Zlepšená odolnost vůči tepelnému napětí, napětí a úzkosti.

Nižší výška prvku.

Minimalizované parazitní účinky.

Vynikající vhodnost pro balení produktů s vysokou hustotou.

Vhodné pro digitální nástroje vyžadující vysokou spolehlivost.

Výhody výroby

V některých provedeních méně prvků svazku.

Možná snížená celková míra zabalení.

Lepší kompatibilita s výrobou tištěných spojovacích desek (PCB).

Vhodné pro automatizované a hromadné výrobní procesy.

Mnohem snazší přizpůsobení konkrétním požadavkům daného produktu.

Výhody výkonnosti produktu

COB může pomoci:

Zvýšit rychlost signálu.

Snížit ztrátu signálu.

Podporovat kompaktnější uspořádání desek.

Zvýšit jas LED zařízení.

Zlepšit odvod tepla v systémech citlivých na výkon.

Obchodní výhody

Dodavatelům umožňuje COB udržet:

Menší rozměry prostoru pro výrobky.

Nižší náklady na výrobky.

Mnohem cenově výhodnější návrh výrobků.

Mnohem lepší umístění řídicí desky.

Výraznější odlišení na malých trzích.

Shrnutí

Chip on Board (COB) je přímá metoda umístění a balení součástek, při které se neobalený polovodičový čip umisťuje přímo na substrát tištěného spoje (PCB) nebo jiný základní materiál. Tato metoda se běžně používá, protože umožňuje výrobkům být menší, rychlejší a mnohem tepelně stabilnější. Zkrácením signálových tras a snížením nákladů na balení podporuje COB integritu signálu, tepelné řízení a kompaktní návrh tištěných spojů. Proto se nachází v LED diodách typu COB, spotřební elektronice, automobilových systémech, vědeckých zařízeních, leteckotechnických nástrojích a RF obvodech.

COB je zvláště užitečné, pokud výrobek vyžaduje kompaktní balení součástek a spolehlivou integraci na úrovni desky. Zároveň však vyžaduje pečlivou výrobu, ochranu a testování. Postup zahrnuje přípravu podkladu, montáž čipu, drátové připojení, uzavření do obalu a kontrolu kvality. Je to specializovanější než základní montáž SMD, avšak u vhodného výrobku je návratnost investice výrazná.

Nejčastější dotazy

Jaké jsou hlavní výhody COB oproti tradičnímu balení?

Významné výhody zahrnují menší rozměry, lepší tepelné chování, kratší signální dráhy a sníženou složitost balení v některých konfiguracích.

Proč je tepelný monitoring důležitý u konstrukcí COB?

 Protože čip je přímo namontován na podklad, musí být teplo pečlivě řízeno, aby nedošlo k mechanickému napětí zařízení, jeho poškození nebo ztrátě výkonu.

Lze sestavy COB opravit?

 Často se však oprava obtížně provádí, protože kovová matrice je umístěna přímo na desce a obvykle je po navázání uzavřena.

Které položky jsou nejlépe vhodné pro moderní technologii COB?

COB je nejvhodnější pro přenosné zařízení, LED osvětlení, RF obvody, součásti vozidel, profesionální elektroniku a další systémy s vysokou hustotou.

Je COB to stejné jako COB LED?

Ne. COB LED je konkrétní aplikací technologie COB v oblasti osvětlení. Samotná moderní technologie COB se používá mnohem širší škálou v balení elektronických výrobků.