Mis on chip-on-board?

Mis on chip-on-board?

Chip-on-Board (COB) tehnoloogia: pakendamine, protsess ja eelised

Intro  

Pakendamistehnoloogiate hulka kuulub üks olulisemaid PCB kaasaegseid pakendamistehnoloogiaid kaasaegsetes digitaalsetes seadmetes, kuna see aitab programmeerijatel luua väiksemad, kiiremad ja soojuslikult stabiilsemad tooted. COB-tehnoloogia olemus seisneb pooljuhtkiibi otse paigaldamises trükkplaadi alusmaterjalile või muule paigalduspinnale, mitte kiibi paigutamises eraldi plast- või keramiikakorpusesse. Just see otsekiibi paigaldusmeetod teeb COB-pakendamise nii atraktiivseks mobiilsetes digitaalsetes seadmetes, LED-valgustites, tarbijaelektronikaseadmete trükkplaadi konstruktsioonides ja paljudes muudes kõrgtõhusust nõudvates Trükkplaadi montaažides maailmas, kus oodatakse, et asjad muutuvad õhemaks, kergemaks ja palju võimsamaks, on COB tegelikult saanud väärtusliku meetodiks digitaalse miniaturiseerimise ja PCB tõhususe optimeerimiseks.

COB-i (chip-on-board) laialdast kasutamist põhjustab põhimõtteline asjaolu: see lahendab korraga mitmeid probleeme. Esiteks vähendab see mõõtmeid, kuna ei ole vaja lisasüsteemi kapseldust kiibi ümber. Teiseks parandab see signaalistabiilsust, kuna pooljuhi ja emaplaadi vahelise elektrilise teega seotud kaugus on palju lühem. Kolmandaks tagab see parema soojusjuhtivuse ja PCB tõhususe, kuna soe saab liikuda otsesemalt alusmaterjalisse ja eemalduda aktiivsest komponendist. Neljandaks võib see kõrgelt mahukas tootmisel vähendada tootmiskulusid, kuna väheneb kapseldusoperatsioonide arv ja lihtsustatakse komponentide arvu. Paljude inseneride ja tootjate jaoks muudab just see ruumisäästliku elektroonika, signaalikaotuste vähendamise ja soojuslahutuse kaasaegne tehnoloogia COB-i väga kasulikuks valikuks tänapäevase PCB paigaldamise ja digitaalse kapselduse lahenduste puhul.

COB on eriti oluline tööstusharudes, kus olulised on nii terviklikkus kui ka väikesed mõõtmed. LED-valgustite PCB-süsteemides pakuvad COB-LED-ide struktuurid kõrget lumeni tihedust ja tõhusat soojusringlust. Autode PCB-komplektides võib COB aidata sensorite osade, juhtimisosi ja valgussüsteemide paigaldamisel, mis peavad vastu vibratsioonile, temperatuuri kõikumistele ja niiskusele. Meditsiinilistes ja kosmosetehnika PCB-konstruktsioonides võib COB-d kasutada siis, kui disainerid soovivad keerukat toote ümbrikustamist, mis tagab erakordse elektrilise efektiivsuse ja tihedama plaadi integreerimise. RF

PCB-rakendustes võib puhtate kiipide paigaldamisega väheneda parasiitsete mõjude tõttu parandada kõrgsageduslikke omadusi. Seetõttu ei ole kiibi plaadile paigaldamine (Chip on Board) mitte ainult spetsiifiline kitsaharu tehnoloogia – see on oluline tootmistehnoloogia, mida kasutatakse laialdaselt paljudes elektroonikatootmise valdkondades.

Mis on kiip plaadil (Chip on Board, COB)?

Chip aboard (COB) on pooltjuhtivate komponentide pakendamise meetod, kus puhtat silikoonkipla paigutatakse otse põhjaplaadi (PCB) alusmaterjalile või muule alusproduktile. Selle asemel, et paigutada kiip esmalt valmis plastkorpusesse, ühendab tootja kiibi otse plaadiga ja kinnitab selle seejärel juhtmete külgepistikuga, flip-chipi tehnoloogiaga või muude PCB-montaažimeetoditega. Seetõttu nimetatakse COB-t tavaliselt otseseks kiibimonteerimiseks või puhta kiibi paigutamiseks. See eemaldab lisapakenduskihid, mis võivad parandada elektrijuhtivust, säästa ruumi ja muuta lõpptoodet usaldusväärsemaks.

COB-tehnoloogia taga olev põhiline idee on väga kasulik: paigutada kiip võimalikult lähedale sellele toetavale ahelale. Mida lühem on see ühendustee, seda väiksem on signaalikaotuse, parasiitse mahtuvuse, ebasoovitava induktiivsuse või ebavajaliku soojuse kogunemise tõenäosus. Kõrgkiiruslikes ja kõrgtihedustes disainides on need väikesed parandused väga olulised. COB on üks põhjus, miks mitmed kaasaskantavad elektroonikaseadmed saavad väiksemaks ilma suure jõudluse kaotamiseta. See aitab ka tootjatel luua kõrgtihedusega pakenduslahendusi seadmetele, mis peavad tegema rohkem vähem ruumis.

COB erineb traditsioonilisest integraalskeemide tootepakendusest, kuna see eemaldab seadistamisprotsessi alguses kiibi ümber oleva kaitsekihi. See tähendab, et kiip on kogu tootmisprotsessi vältel avatud, mistõttu nõuab protsess kõrgelt tasemelt PCB kvaliteedikontrolli, täpset tööriistade kasutamist ja pärast seda tugevat keskkonnakontrolli. Mitmesugustes versioonides kaitstakse kiipi epoksiühenditega kattega, silikoonga kokkupakkumisega või kohanduvaga kihtiga, et takistada niiskuse, tolmu, vibratsiooni ja mehaaniliste probleemide teket. See on üks põhjus, miks COB-t tavaliselt kasutatakse toodetes, kus säilitatakse paksus stabiilsena.

Milles seisneb COB erinevus?

Milleks kasutatakse COB-tehnoloogiat?

COB kaasaegset innovatsiooni kasutatakse siis, kui disainerid soovivad väiksemat, tõhusamat ja sageli termiliselt paremini reguleeritud viisi pooljuhtide pakendamiseks. Seda kasutatakse eriti sageli toodetes, kus kokku puutuvad ruumihäälestusega digitaalsed seadmed ja kõrgtõhususega trükkplaadi (PCB) nõudmised. Kuna kiip on paigaldatud otse plaadile, aitab COB vähendada mõju, suurendada signaalistabiilsust ja vähendada mõningaid elektromagnetiliste häirete tüüpe. See teeb sellest tugeva valiku toodete jaoks, mis nõuavad nii miniaturiseerimist kui ka tugevat tõhusust.

COB-i laialdase kasutamise üheks parimaks põhjuseks on selle hea kohanduvus erinevatele turgudele. Tarbijaelektronikaseadmete trükkpindade (PCB) projekteerimisel võib COB aidata tootjatel teha telefonid, kandvad seadmed ja nutiseadmed väiksemaks ja kergemaks. Ärielektronikaseadmete puhul võib see toetada juhtimismooduleid ja sensorisüsteeme, mis vajavad stabiilset tööd keerulistes keskkondades. Autotööstuses kasutatavates PCB-toodetes võib COB aidata väikeste andurite osade, valgustussüsteemide ja juhtseadmete realiseerimisel. RF-PCB-projektide puhul võib see parandada kõrgsageduslikku käitumist parasitaarsete mõjude vähendamise ja juhtmete suuruse vähenemisega.

COB mängib lisaks olulist rolli LED-valgustuse PCB-rakendustes. COB LED-struktuurid paigutavad mitu valgusdioodikipla otse alusplaatile, et saavutada kõrge lumenite tihedus ja tõhus soojusvool. Seetõttu leidub COB LED-tooteid sageli punktvalgustites, ärivalgustuses, ehitusvalgustuses ja kõrgvõimsustega komponentides. Kaasaegne tehnoloogia tagab palju parema soojuslahutuse arengu ja võimaldab pideva heleduse suurendamist. Lihtsalt öeldes ei ole COB mitte ainult elektroonikaseadmete küsimus – see on ka tänapäevase valgustuse oluline tootepakkimise strateegia.

COB-tehnoloogia levinud kasutusalad

Klientelektroonikaseadmete PCB

Targad tööriistad

Kandvad seadmed

Tark majapidamiseseadmed

Interneti asjade (IoT) plaadid

LED-valgustuse trükistahvlid

Kõrgvõimsused valgustid

Kaubandusvalgustus

Tööstusvalgustid

Automaatika PCB

Sensorikomponendid

Juhtimismoodulid

LED-valgussüsteemid

Kliinilised PCB-d

Diagnostilised seadmed

Kompaktne radar

Aerospace PCB

Lennukite elektroonika

Kõrgelt usaldusväärsed komponendid

RF-PCB-d

Kõrgesageduslikud ahelad

Signaalitundlikud moodulid

Miks insenerid valivad COB-i

Väiksemate plaatide mõju

Parem soojusjuhtimise PCB

Madalam signaalikaotuse langus

Mõnedes paigutustes vähem pakendamisetappe

Erakordselt sobiv kõrgtihedusega ühenduste toodetele.

Praktiline nutikate PCB-de monteerimiseks.

Chip on Boardi omadused ja eelised

Chip on Boardi (COB) pakendamise suurim eelis on see, et see ühendab ühes strateegias tiheduse, tooruse ja kiiruse eelised. Kiibi otsese paigaldamisega plaadile muutub disain tavaliselt väiksemaks ja elektriliselt puhtamaks. See võib suurendada toorust kõrgkiirusel elektroonikaseadmetes, vähendada teatud tüüpi signaalihäireid ning aidata soojuse ringluses. Need eelised muudavad COB eriti atraktiivseks kaasaskantavate elektriskeemade konstrueerimiseks, digitaalsete skeemide miniaturiseerimiseks ja PCB-de efektiivsuse optimeerimiseks.

 1. Miniaturiseerimine

COB-i kasutatakse sageli siis, kui arendajad soovivad suuremat võimsust tihedamalt ruumi. Välist korpust eemaldades saab seade oluliselt väiksemaks muuta. Mõnes rakenduses võib COB vähendada seadme pindala 30–50% võrreldes tavapärasemate seadmete pakendusmeetoditega. See on oluline pluss näiteks nutiseadmete, mobiilsete seadmete ja kandvate elektroonikaseadmete puhul.

2. Elektriline jõudlus

Kuna kiip on paigaldatud otse PCB-le või alusmaterjalile, on elektriline teekond palju lühem. See tähendab:

 Väiksem takistus.

Palju väiksem induktiivsus.

Väiksem signaalide viivitus.

Parlam signaalide stabiilsus.

Väiksemad parasiitkomponendid.

Need parandused on eriti kasulikud kõrgsageduslikkusega rakenduste, signaalitöötlemise ahelate ja tänapäevaste digitaalsete seadmete pakendamise puhul.

3. Soojuslik efektiivsus

Cozy on üks suurimaid digitaalsete seadmete vastaseid. COB-i abil saab koostada palju rohkem cozyd alusmaterjalisse ja ümbritsevatesse esemetesse. See on väga oluline kõrgvõimsuse LED-toodete pakendamise, võimsuselektronika ja pidevalt töötavate väikeste süsteemide puhul. Parem soojusvool tähendab madalamat komponentide pinget ja palju paremat pikaajalist usaldusväärsust.

 4. Madalam hind

COB võib vähendada hinda, kuna see võimaldab ära hüpata paljude tavapärase pakendamisega seotud etappide. Vähem pakendikomponente võib samuti tähendada vähemat laovaru ja lihtsamaid tarnekette. Suurte koguste tootmisel võib see märkimisväärselt vähendada kogu tootmiskulusid.

 5. Disaini paindlikkus

COB sobib kasutamiseks:

Kahepoolse PCB-ga.

Mitmekihilise PCB-ga.

Eri süsteemides paindliku PCB-ga.

Kohandatud alusmaterjalidega.

Kõrgkujundusega paigutustega.

See mugavus muudab selle oluliseks nii PCB-protootipide valmistamisel kui ka suurte koguste PCB-tootmisel.

Eelised tabelis

Juhtumiuuring: COB LED-valgustuses

COB LED-lamp võib sisaldada mitmeid LED-i kiipe, mis on paigutatud tihedalt ühel alusplaatjal. Kuna kiibid on otseselt paigaldatud, muutub valgusallikas äärmiselt tihedaks ja tõhusaks. See toob kaasa heledama valgustuse ja ühtlasema valgustuse. Samuti paraneb soojusjuhtimine, mis aitab lampidel palju pikemalt kesta.

Kuidas Chip-on-Board (COB) seadiseid toodetakse

COB-tootmisprotsess on täpne tegevuste jada, mis muudab puhta pooljuhi ülesehituse kaitstud ja praktiliseks konstruktsiooniks. Erinevalt tavalisest SMD-paigaldamisest nõuab COB teadlikku käsitsemist, kuna kiip on paigaldamise ajal avatud ja kergemini kahjustatav. Protsess koosneb tavaliselt alusplaatide ettevalmistamisest, kiipide kinnitamisest, juhtmete ühendamisest, kapseldamisest ja testimisest. Iga samm mõjutab lõppprodukti toimivust, usaldusväärsust ja välimust.

1. Aluspind valmistamine

Protsess algab PCB-alusplaatide või alustoote ettevalmistamisega. Pind peab olema puhas, tasane ja sobiv kinnitamiseks. Sõltuvalt konstruktsioonist võib tootja rakendada juhtivat epoksiühendit või muud liimi, et luua kiipide kinnitamise alus. Alusplaat valitakse lähtuvalt soovitud soojus-, elektro- ja mehaanilistest nõuetest.

2. Kiipide kinnitamine

Järgmisena paigutatakse puhas kiip alusmaterjalile kas pick-and-place-töötlusseadme või täpsuskinnituse seadmete abil. Seda etappi nimetatakse kiibi kinnitamiseks või otseseks kiibi kinnitamiseks. Paigutus peab olema väga täpne, sest isegi väike joondumisviga võib mõjutada elektrilist ühendust või kinnituse kvaliteeti.

3. Juhtmete ühendamine

Pärast kiibi kinnitamist luuakse elektrilised ühendused juhtmete abil. Õhukesed juhtmed – tavaliselt kuld, vask või kergealumiinium – ühendavad kiibi kontaktplatvormid printplaatide (PCB) juhtmete või kinnituspindadega. Kasutatakse kahte levinumat meetodit:

Terasnurga ühendamine.

Pallikinnituse meetod.

Juhtmete ühendamine on COB (Chip-on-Board) tootmisprotsessi üks olulisemaid etappe, sest see loob elektrilise ühenduse pooljuhtkiibi ja plaadi vahel.

4. Kapseldamine

Kinnitatud kiip ja juhtmete konstruktsioon kaitstakse tavaliselt eepoksiühenduse kihiga, silikoongumiga või glob-top-materjaliga. Sedasorti töötlust nimetatakse kapseldamiseks. See kaitseb montaadit järgmistelt:

 Niiskus.

Põletik.

Mehaaniline koormus ja stress.

Vibratsioon.

Kahjude haldamine.

5. Testimine ja kvaliteedikontroll

Kui paigaldus on täielik, viiakse see läbi hindamise ja testimise. Tavalised meetodid hõlmavad:

Elektriline testimeetod.

AOI-inspektsioon.

Pikaajaline katsetus.

Visuaalne hindamine.

Praktiline plaadi testimine.

 Need tegevused aitavad tuvastada kaabli probleeme, tühimikke, vale kleepiva materjali paigutust või elektrilisi vigu enne toote saadetist.

COB protsessitable

Protsessi väljakutsed

COB tootmine nõuab:

 Korralikud atmosfäärid.

Täpselt määratud paigutus.

Täpne soojusreguleerimine.

Kvalifitseeritud käsitlus.

Kindel kvaliteedikontroll.

Chip on Board (COB) vs. teised pakendustehnoloogiad

COB on üks paljudest pooljuhtstrategiatest ja seda võrreldakse tavaliselt alternatiividega nagu BGA, SMD, PoP ja DIP. Igal pakendil on oma tugevused, kuid need lahendavad erinevaid probleeme. COB sobib kõige paremini siis, kui olulised on kompaktne suurus, soojusreguleerimine ja otsene integreerimine. Teised pakendid võivad olla paremad siis, kui prioriteediks on parandatavus, standardiseerimine või töötlemise mugavus.

COB vs. BGA

BGA-pakend kasutab kiibit laualt ühendamiseks solderkeraid. See tagab erinumse pin-tiheduse ja kaitse ning domineerib CPU-de, GPU-de ja täiustatud integraalskeemide puhul. COB paigutab vastupidi puhta kiibi otse plaadile.

COB vs. SMD

SMD kaasaegne tehnoloogia selgitab pinnamontaažiseadmete paigaldamist, kus pakendatud komponendid paigaldatakse plaadile. COB võib pidada palju otsemaks segamisviisiks.

COB vs. PoP

Strateegia põhinev pakend (PoP) paigutab pakendatud mikrokiibid üksteise peale. See sobib multifunktsionaalsetele seadmetele, näiteks nututelefonidele, kuid erineb COB-ist selle poolest, et COB keskendub otse plaat-tasandil kiipide paigutamisele.

COB vs. DIP

DIP-tehnoloogiad on vanemad, suuremad ja lihtsamad mudelitööd teha. Nad toetavad standardülesandeid, kuid ei toeta COB-i kompaktset või tõhusat lahendust.

 Võrdlusetabel

COB-de kasutamise eelised

Suurim tegur, mille pärast disainerid valivad COB-põhise PCB paigalduse, on see, et see võimaldab luua väiksema, puhtama ja palju tihedamalt integreeritud toote. Kuid eelised ei piirdu suurusega. COB võib parandada PCB terviklikkust, tagada parema soojusjuhtivuse ja soojusmanagementi ning vähendada tootepakendite arvu tarneahelas. Parimas rakenduses võib see samuti vähendada kogukulusi ja parandada üldist tootejõudlust.

 Peamised eelised

Ruumisäästva elektronikaga.

Parandatud elektrilise jõudluse täiustus.

Parandatud soojuspinge ja stressi vastupidavus.

Madalam komponendi kõrgus.

Vähendatud parasitaarsed efektid.

Tugev sobivus kõrgtihedusega tootepakenditele.

Sobib eriti kõrga usaldusväärsusega digitaalsetele seadmetele.

Tootmise eelised

Mõnes konstruktsioonis vähem pakendikomponente.

Võimalikult vähendatud kogupakendihind.

Parem integreerumine trükkplaadi tootmisega.

Sobib automaatsetele ja suurte kogustega tootmisprotsessidele.

Palju lihtsam kohandada tooteeripäraseid nõudeid.

Toote jõudluse eelised

COB võib aidata:

Parandada signaalikiirust.

Vähendada signaalikaotusi.

Toetada tihedamaid plaadikomponendid.

Suurendada valgustugevust LED-seadmetes.

Parandada soojusülekannet energiatundlikes süsteemides.

Äri eelised

Tarnijate jaoks võib COB säilitada:

Väiksemad toote ruumid.

Madalamad toote kulud.

Palju odavam toote disain.

Parem kasutuslaual asukoht.

Tugevam eristus väikestes turgudes.

Kokkuvõte

Chip on Board (COB) on otsene paigaldus- ja komponentide pakendamismeetod, mille puhul paigutatakse puhas pooljuhtiv kiip otse PCB-alusmaterjalile või teisele alusmaterjalile. Seda kasutatakse sageli, kuna see aitab toodetele väheneda suurust, kiirendada tööd ja parandada soojusjuhtivust. Lühemate signaaliteedega ja madalamate pakenduskuludega toetab COB signaali usaldusväärsust, soojusjuhtlust ja kompaktsete PCB-de disaini. Seepärast kasutatakse seda COB LED-idel, tarbeelektroonikas, autotööstuses, teaduslikus seadmes, kosmosetehnoloogias ja RF-ahelates.

COB on eriti kasulik, kui toode nõuab kõrgtihedusega elemendipakkimist ja usaldusväärset tahvli taseme integreerimist. Samal ajal nõuab see hoolastlikku tootmist, kaitset ja testimist. Protsess koosneb alusmaterjali ettevalmistamisest, kiibi paigaldamisest, juhtmete ühendamisest, kapseldamisest ja kvaliteedikontrollist. See on spetsialiseeritum kui lihtne SMD-paigaldus, kuid sobivas tootes on tagasimakse kindel.

Tavaliselt esinevad küsimused

Mis on COB peamised eelised traditsioonilise pakkimise ees?

Olulisemad eelised on väiksem mõõt, palju parem soojusjuhtivus, lühemad signaaliteed ja mõnede mudelite puhul vähenenud pakkimiskomplekssus.

Miks on soojusjuhtimine COB-mudelites oluline?

 Kuna kiibid paigaldatakse otse alusmaterjalile, tuleb soojus hoolikalt juhtida, et vältida seadme pinget, stressi, rikeid või toimivuse langust.

Kas COB-komplektid on parandatavad?

 Sageli on siiski remont keeruline, kuna takistus asub otse plaadil ja tavaliselt kaetakse see pärast ühendamist.

Millised tooted sobivad kõige paremini COB kaasaegse innovatsiooniga?

COB sobib kõige paremini mobiilsete seadmete, LED-valgustuse, RF-ahelate, autokomponentide, professionaalsete elektroonikaseadmete ja mitmesuguste muude kõrgtihedusega süsteemide jaoks.

Kas COB on sama mis COB LED?

Ei. COB LED on COB-tehnoloogia konkreetne rakendus valgustustehnikas. COB kaasaegset tehnoloogiat kasutatakse elektroonikatoodete pakendamisel palju laiemalt.