Mitä tarkoittaa chip-on-board?

Mitä tarkoittaa chip-on-board?

Piirisirun asennus levyyn (COB) –tekniikka: pakkaus, prosessi ja edut

Johdanto  

Piirisirun asennus levyyn (COB) on yksi tärkeimmistä Pcb-levy pakkaaminen modernia teknologiaa nykyaikaisiin digitaalilaitteisiin, mikä johtuu siitä, että se auttaa ohjelmoijia luomaan pienempiä, nopeampia ja lämpötilaltaan luotettavampia tuotteita. COB-kehitys perustuu ytimessään siihen, että puolijohdepiirin raakasiipi kiinnitetään suoraan PCB-alustaan tai muuhun asennuspinnan tyyppiseen pinnan, eikä piiriä sijoiteta alun perin erilliseen muoviseen tai keraamiseen pakkaukseen. Tämä suora piirien kiinnitysmenetelmä tekee COB-pakkauksesta erityisen houkuttelevan kannettavissa digitaalilaitteissa, LED-valoissa, kuluttajaelektroniikkalaitteiden PCB-suunnittelussa sekä monenlaisissa korkean suorituskyvyn PCB-kokoonpanoissa . Maailmassa, jossa laitteita odotetaan ohuemmiksi, kevyemmiksi ja paljon tehokkaammiksi, COB on muodostunut arvokkaaksi menetelmäksi digitaalisessa pienentämisessä ja PCB:n suorituskyvyn optimoinnissa.

COB-tekniikkaa käytetään laajalti perustavanlaatuisesta syystä: se ratkaisee useita eri ongelmia samanaikaisesti. Ensinnäkin se pienentää kokoa poistamalla tarpeen lisäpakkausta piirisirjan ympärille. Toiseksi se parantaa signaalien vakautta, koska puolijohdepiirin ja emolevyn välinen sähköinen reitti on huomattavasti lyhyempi. Kolmanneksi se mahdollistaa tehokkaamman lämmönjakelun PCB:n tehokkuuden kannalta, koska lämpö voi siirtyä suoraan substraattiin ja kauas aktiivisista komponenteista. Neljänneksi se voi alentaa valmistuskustannuksia suurissa sarjoissa vähentämällä pakkausvaiheita ja yksinkertaistamalla komponenttien määrää. Monien insinöörien ja valmistajien mielestä tämä yhdistelmä tilasäästäviä elektroniikkaratkaisuja, signaalihäviön vähentämistä ja tehokasta lämmönpoistoa tekee COB-tekniikasta erinomaisen hyödyllisen vaihtoehdon edistyneisiin PCB-asennus- ja elektronisten tuotteiden pakkausratkaisuihin.

COB on erityisen tärkeä teollisuuden aloilla, joilla sekä rakenteen eheys että pieni koko ovat ratkaisevia tekijöitä. LED-valoissa käytetyissä piirilevyjärjestelmissä COB-LED-rakenteet tarjoavat korkean lumenitiheyden ja tehokkaan lämmönjakautumisen. Autoteollisuuden piirilevykokoonpanoissa COB voi tukea esimerkiksi anturiosia, ohjausosia ja valojärjestelmiä, jotka joutuvat kestämään värähtelyä, lämpötilan vaihteluita ja kosteuden vaikutusta. Lääketieteellisissä ja avaruusteknologian piirilevyasuunnittelussa COB:ta voidaan hyödyntää, kun suunnittelijat haluavat edistynyttä tuotepakkausta, erinomaista sähköistä suorituskykyä ja tiukempaa piirilevyn integraatiota. RF-

Piirilevysovelluksissa raakapien (bare die) suora asennus pienentää häiriövaikutuksia, mikä parantaa korkean taajuuden toimintaa. Siksi chip-on-board -pakkaus ei ole vain erikoisalaan rajoittuva menetelmä – se on merkittävä valmistusmenetelmä, jota käytetään laajalti elektroniikkateollisuuden monilla alueilla.

Mitä tarkoitetaan chip-on-board -tekniikalla (COB)?

Chip aboard (COB) on puolijohdekomponenttien pakkausmenetelmä, jossa raakapiirisilikonin die asennetaan suoraan piirilevyn alustalle tai muulle kannattavalle tuotteelle. Sen sijaan, että piiri asennettaisiin ensin valmiiseen muovipakkaukseen, valmistaja liittää piirin suoraan levylle ja kiinnittää sen käyttäen johdinliitosta, flip-chip -tekniikkaa tai muita piirilevyjen kokoonpanomenetelmiä. Siksi COB:ta kutsutaan usein suoraksi piirin kiinnitykseksi tai raakapiirin asennukseksi. Se poistaa ylimääräiset pakkauskerrokset, mikä voi parantaa sähköistä johtavuutta, säästää tilaa ja tehdä lopputuotteen luotettavammaksi.

COB-teknologian taustalla oleva perusajatus on erinomaisen hyödyllinen: piirisiru sijoitetaan mahdollisimman lähelle sitä piiriä, joka tukee sitä. Mitä lyhyempi kytkentäpolku on, sitä vähemmän todennäköistä on signaalihäviö, haitallisesti vaikuttava kapasitanssi, epäsuotuisa induktanssi tai tarpeeton lämpötilan nousu. Korkean nopeuden ja korkean tiukkuuden suunnittelussa nämä pienet parannukset ovat erityisen tärkeitä. COB on yksi syy, miksi useat kannettavat elektroniset laitteet voivat olla pienempiä ilman, että niiden suorituskyky kärsii liiallisesti. Se auttaa myös valmistajia kehittämään korkean tiukkuuden pakkausratkaisuja laitteille, jotka täytyy saada suorittamaan enemmän paljon pienemmässä tilassa.

COB-poikkeaa perinteisistä integroiduissa piireissä käytetyistä pakkausmenetelmistä, koska se poistaa suojakoteloinnin sirun ympäriltä jo asennusprosessin alussa. Tämä tarkoittaa, että siru on altistettu koko tuotantoprosessin ajan, joten menetelmä vaatii erinomaista PCB:n laatuvarmistusta, tarkkaa työkaluvarustusta ja tiukkaa ympäristöhallintaa myöhemmin. Monissa malleissa sirua suojataan epoksiaineella, silikoni-kuorenalla tai muotoon sopivalla kerroksella kosteuden, likan, värähtelyn ja mekaanisten ongelmien estämiseksi. Tämä on yksi syy, miksi COB:ta käytetään yleensä tuotteissa, joissa vaaditaan paksuutta ja samalla vakautta.

Mitä tekee COB:sta erilaisen?

Mihin COB-teknologiaa käytetään?

COB:n nykyaikainen innovaatio käytetään, kun suunnittelijat haluavat pienempiä, tehokkaampia ja usein paremmin lämpötilaltaan säädeltyjä tapoja paketoida puolijohteita. Sitä käytetään erityisesti tuotteissa, joissa tilasäästöiset digitaaliset laitteet ja korkean suorituskyvyn piirilevyvaatimukset menevät päällekkäin. Koska piiri on kiinnitetty suoraan piirilevylle, COB voi auttaa vähentämään vaikutusta samalla kun se parantaa signaalin vakautta ja alentaa joitakin sähköisten häiriöiden muotoja. Tämä tekee siitä vahvan valinnan tuotteille, jotka vaativat sekä pienentämistä että vahvaa suorituskykyä.

Yksi parhaista syistä, miksi COB:ta käytetään niin laajasti, on sen kyky sopeutua eri markkinoille. Kuluttajaelektroniikan piirilevyjen suunnittelussa COB auttaa valmistajia tekemään puhelimista, kuljetettavista laitteista ja älylaitteista pienempiä ja keveämpiä. Teollisuuselektroniikassa se tukee ohjausmoduuleja ja anturijärjestelmiä, jotka vaativat vakautta kovissa ympäristöissä. Autoteollisuuden piirilevytuotteissa COB auttaa pienien tunnistuslaitteiden osien, valaistusjärjestelmien ja ohjauslaitteiden toteuttamisessa. RF-piirilevyjen suunnittelussa se parantaa korkean taajuuden ominaisuuksia vähentämällä häiriövaikutuksia ja johdinradan leveyttä.

COB:lla on lisäksi merkittävä tehtävä LED-valaistuksen piirilevysovelluksissa. COB-LED-rakenteet sijoittavat useita valaistuspiirejä suoraan alustalle, jolloin saavutetaan korkea lumenitiheys ja tehokas lämmönkuljetus. Siksi COB-LED-tuotteita käytetään usein kirkkaissa valaisimissa, kaupallisessa valaistuksessa, rakennusten valaistuksessa ja suuritehoisissa osissa. Nykyaikainen innovaatio mahdollistaa huomattavasti paremman lämmönhäviön kehityksen ja voi lisätä vakaita valoisuusarvoja. Yksinkertaisesti sanottuna COB ei liity pelkästään elektronisiin laitteisiin – se on myös merkittävä nykyaikaisen valaistuksen pakkausstrategia.

COB-teknologian yleisimmät käyttötavat

Asiakaselektronisten laitteiden piirilevyt

Älykäät työkalut

Käytettävät laitteet

Älykodin työkalut

IoT-piirit

LED-valaistus-PCB

Suuritehoiset valaisimet

Kaupallista valaistusta

Teollisuusvalaisimet

Autoteollisuuden PCB

Anturikomponentit

Ohjausmoduulit

LED-valaisinjärjestelmät

Lääketieteelliset piirilevyt

Diagnoselaitteet

Tiukka tutka

Ilmailuteollisuuden PCB:issä

Lentokoneelektroniikka

Korkean luotettavuuden komponentit

Rf pcb

Korkeataajuuspiirit

Signaaleihin herkät moduulit

Miksi insinöörit valitsevat COB:n

Pienempi kokoisen piirilevyn vaikutus

Paras lämmönhallinta PCB

Alhaisempi signaalihäviö

Vähemmän pakkausvaiheita joissakin asettelussa

Erinomainen, ideaali korkean tiukkuuden yhdistämispiirien tuotteisiin.

Käytännöllinen nerokkaan PCB-asennuksen tarpeisiin.

Chip on Board -ominaisuudet ja edut

Chip on Board -pakkausmuodon suurin vetovoima on se, että se yhdistää tiukkuuden, suorituskyvyn ja nopeuden edut yhteen strategiaan. Kun piirisirun die asetetaan suoraan kantaan, suunnittelu on yleensä pienempi ja sähköisesti siivimpää. Tämä voi parantaa suorituskykyä korkean nopeuden elektronisissa laitteissa, vähentää tietyntyyppistä signaalihäiriötä ja edistää lämmön jakautumista. Nämä edut tekevät COB:stä erityisen houkuttelevan kannettavien piirikorttien suunnittelussa, digitaalisten piirien pienentämisessä ja PCB:n tehokkuuden optimoinnissa.

 1. Pienentäminen

COB-tekniikkaa käytetään usein, kun kehittäjät haluavat saada entistä enemmän suorituskykyä pienempään tilaan. Ulkoisen pakkauslevyn poistamisella tuote voidaan merkittävästi pienentää. Joissakin sovelluksissa COB voi vähentää tuotteen kokoalueen jopa 30–50 % verrattuna tavallisempiin pakkausmenetelmiin. Tämä on merkittävä etu älylaitteille, mobiililaitteille ja kuljetettaville elektronisille laitteille.

2. Sähköiset ominaisuudet

Koska piiri asennetaan suoraan PCB:lle tai alustalle, sähköinen reitti on huomattavasti lyhyempi. Tämä tarkoittaa seuraavaa:

 Vähemmän resistanssia.

Paljon vähemmän induktanssia.

Vähemmän signaaliviivettä.

Parantunutta signaalinvakautta.

Vähentyneitä häiriökomponentteja.

Nämä parannukset ovat erityisen hyödyllisiä korkeataajuussovelluksissa, signaalinkäsittelypiireissä ja edistyneissä digitaalisten laitteiden pakkausratkaisuissa.

3. Lämmönvaihtotehokkuus

Cozy on yksi suurimmista digitaalisten laitteiden vastustajista. COB-tekniikka tukee tätä, koska se voi siirtää cozya huomattavasti enemmän substraattiin ja ympäröiviin komponentteihin. Tämä on erityisen tärkeää korkean tehon LED-tuotteiden pakkaamisessa, tehoelektroniikassa ja pienissä järjestelmissä, jotka toimivat jatkuvasti. Parempi lämmönkulku merkitsee alhaisempaa komponenttien kuormitusta ja huomattavasti parempaa pitkäaikaista luotettavuutta.

 4. Alhaisemmat kustannukset

COB-tekniikalla voidaan vähentää kustannuksia poistamalla useita tavallisessa pakkausmenetelmässä käytettyjä vaiheita. Vähemmän pakkauskomponentteja voi lisäksi tarkoittaa vähäisempää varastoa ja yksinkertaisempaa tar supply-ketjua. Suuritehollisissa tuotantosarjoissa tämä voi merkitä huomattavaa eroa kokonaistuotantokustannuksissa.

 5. Suunnittelun joustavuus

COB-tekniikka soveltuu käytettäväksi:

Kaksipuolisissa PCB-levyissä.

Monikerroksisissa PCB-levyissä.

Joustavissa PCB-levyissä erityissovelluksissa.

Mukautettujen substraattien kanssa.

Korkean tiukkuuden piirilevyrakenteissa.

Tämä joustavuus tekee siitä tärkeän sekä PCB-prototyyppien valmistukseen että suurteholliseen PCB-tuotantoon.

Etulyöntitaulukko

Tapausanalyysi: COB-led-valaistus

COB-led-lamppu voi sisältää useita led-piirejä, jotka on sijoitettu tiukasti yhteen alustaan. Koska piirit ovat suoraan kiinnitettyjä alustaan, valonlähde muodostuu erinomaisen tiukaksi ja tehokkaaksi. Tämä tuottaa kirkkaamman tuloksen ja tasaisemman valaistuksen. Lisäksi lämmönhallinta parantuu, mikä auttaa valoa kestämisessä pidempään.

Chip-on-Board -piirien valmistus

COB-valmistusprosessi on tarkka toimintosarja, joka muuttaa raakapuolijohdepienen suojattuun ja toimivaan kokoonpanoon. Erilaisten SMD-asennusten tapaan COB vaatii huolellista käsittelyä, koska piiri on paljastunut ja hauras asennuksen aikana. Prosessi koostuu yleensä alustan valmistelusta, piirin kiinnityksestä, johdinliitännöistä, kapseloinnista ja testauksesta. Jokainen vaihe vaikuttaa lopulliseen suorituskykyyn, luotettavuuteen ja ulkoasuun.

1. Pohjan valmistelu

Prosessi alkaa PCB-alustan tai perustuotteen valmistelulla. Pintaa täytyy olla puhtaana, tasaisena ja valmisteltuna liittämistä varten. Valinta riippuu tyylistä: valmistaja voi käyttää johtavaa epoksi-liimaa tai muuta liimaa luodakseen piirin kiinnityksen perustan. Alustan komponentti valitaan lämpö-, sähkö- ja mekaanisten vaatimusten mukaan.

2. Piirin kiinnitys

Seuraavaksi raakapiiri asetetaan alustalle käyttäen käsittelylaitetta (pick-and-place) tai tarkkuuspiirin kiinnityslaitteita. Tätä vaihetta kutsutaan piirin kiinnitykseksi tai suoraksi piirin kiinnitykseksi. Asettelun täytyy olla erinomaisen tarkka, koska jopa pieni vinoutuma voi vaikuttaa sähköiseen yhteyteen tai liitoksen laatuun.

3. Johtimen liittäminen

Kun piiri on kiinnitetty, sähköiset yhteydet tehdään johtimen liittämisellä. Ohuet johdot – yleensä kultaa, kuparia tai kevyttä alumiinia – yhdistävät piirin napapinnat PCB:n johdinradoihin tai liitosnapoihin. Kaksi yleistä menetelmää ovat:

Kärkiliitos.

Palaliitos.

Johtimen kiinnitys on yksi COB-asennuksen tärkeimmistä osista, koska se muodostaa sähköisen yhteyden puolijohdekiekon ja piirilevyn välille.

4. Kapselointi

Kiinnitetty piirisiru ja johtimien rakenne suojataan yleensä epoksiaineella, sillä tai glob-top-tuotteella. Tätä käsittelyä kutsutaan kapseloinniksi. Se suojaa asennusta seuraavilta:

 Kosteudelle.

Pöly.

Mekaaniselta rasitukselta ja jännitykseltä.

Vibration.

Vaurioilta.

5. Testaus ja laadunvalvonta

Kun asennus on valmis, se altistetaan tarkastukselle ja testaukselle. Tyypillisiä menetelmiä ovat:

Sähköinen testaus.

AOI-tarkastus.

Kuumennustestaus.

Visuaalinen tarkastus.

Käytännöllinen piirilevyn testaus.

 Nämä toimet auttavat tunnistamaan johtimien ongelmia, aukkoja, huonosti sijoitettua liimaa tai sähkövirheitä ennen tuotteen lähettämistä.

COB-prosessipöytä

Prosessin haasteet

COB-tuotannon vaatimukset ovat seuraavat:

 Siistit ympäristöolosuhteet.

Tarkka sijoitus.

Tarkka lämpötilan säätö.

Ammattimainen käsittely.

Luotettava laatuvarmistus.

Chip-on-Board (COB) verrattuna muihin pakkausteknologioihin

COB on vain yksi useista puolijohdeteknologioiden strategioista, ja sen vertailu yleisiin vaihtoehtoihin, kuten BGA-, SMD-, PoP- ja DIP-pakkausteknologioihin, on tärkeää. Jokaisella pakkaustyypillä on omat vahvuutensa, mutta ne ratkaisevat erilaisia ongelmia. COB on parhaiten soveltuva, kun pieni kokonaismittojen, tehokas lämpöhallinnan ja suora integraation merkitys on erityisen suuri. Muut pakkaustyypit voivat olla parempia, kun korjattavuus, standardointi tai käsittelyn helppous ovat tärkeämpiä tekijöitä.

COB verrattuna BGA:han

BGA-pakkaus käyttää tinasulamopalloja yhdistääkseen pakattua piirisarjaa kytkentälevyyn. Se tarjoaa erinomaisen liitäntäpisteiden tiukkuuden ja suojan ja hallitsee alaa esimerkiksi keskusprosesseoreissa (CPU), grafiikkaprosessoreissa (GPU) ja edistyneissä integroiduissa piireissä (IC). COB sen sijaan kiinnittää suoraan raakapiirisarjan kytkentälevylle.

COB vs. SMD

SMD:n nykyaikainen teknologia kuvaa pinnalle asennettavien komponenttien kiinnitystä, jossa pakattuja komponentteja asetetaan piirilevylle. COB:ta voidaan pitää suorempana integrointimenetelmänä.

COB vs. PoP

Strategiaan perustuva paketointi (PoP) pinottaa paketoituja piirejä päällekkäin. Tämä toimii monitoimilaiteissa, kuten älypuhelimissa, mutta se eroaa COB:stä, koska COB keskittyy suoraan piirilevyn tasolla tapahtuvaan piirisijoittamiseen.

COB vs. DIP

DIP-menetelmät ovat vanhemmia, suurempia ja helpompia mallintaa. Ne tukevat perustehtäviä, mutta eivät tue COB:n tiukkuutta tai tehokkuutta.

 Vertailutaulukko

COB-komponenttien käytön edut

Suurin tekijä, jonka suunnittelijat ottavat huomioon COB-PCB:n asennettaessa, on sen kyky tuottaa pienempi, siistimpi ja integroitummpi tuote. Edut kuitenkin ulottuvat koon yli. COB-parannus voi parantaa PCB:n rakenteellista kokonaisuutta, tukea tehokkaampaa PCB:n lämmönhallintaa sekä vähentää tuotepakkauksen vaiheita toimitusketjussa. Parhaassa sovelluksessa se voi myös alentaa kustannuksia ja parantaa kokonaistuotteen suorituskykyä.

 PÄÄEDUT

Tilavaikutuksellisiin elektroniikkarakenteisiin.

Parantunut sähköinen suorituskyky.

Parantunut lämpöjännityksen ja stressin sekä ahdistuksen vastustuskyky.

Alhaisempi komponenttien korkeus.

Vähennetyt sivuvaikutukset.

Vahva soveltuvuus tiukkaan tuotepakkaukseen.

Erinomainen korkean luotettavuuden digitaalisten laitteiden käyttöön.

Valmistuksen edut

Joidenkin mallien tapauksessa vähemmän pakkauskomponentteja.

Mahdollisesti vähentynyt kokonaispakkauksen tiukkuusasteikko.

Parantunut yhteensopivuus PCB-valmistuksen kanssa.

Sopiva automatisoituihin ja suuritehollisiin prosesseihin.

Paljon helpompaa mukauttaa tuotespesifisiin vaatimuksiin.

Tuotteen suorituskyvyn edut

COB voi auttaa:

Parantaa signaalien siirtotarkkuutta.

Vähentää signaalihäviöitä.

Tukee tiukempia piirilevyrakenteita.

Korottaa LED-laitteiden kirkkautta.

Parantaa lämmön siirtymistä teheriippuvissa järjestelmissä.

Liiketoiminnan edut

Toimittajille COB voi varmistaa:

Pienempiä tuotetiloja.

Alhaisemmat tuotekustannukset.

Paljon edullisempi tuotesuunnittelu.

Parannettu käyttöpaneelin sijainti.

Voimakkaampi erottelukyky pienillä markkinoilla.

Yhteenveto

Chip on Board (COB) on suora asennus- ja pakkausmenetelmä, jossa raakapuolijohdepiiri asennetaan suoraan PCB-alustalle tai muulle kantamateriaalille. Sitä käytetään yleisesti, koska se auttaa tuotteita pienentymään, nopeutumaan ja parantamaan lämmönjakoa. Lyhentämällä signaalipolkuja ja vähentämällä pakkauskustannuksia COB-menetelmä edistää signaalien eheyttä, lämmönhallintaa ja pienempiä PCB-suunnitteluita. Siksi sitä käytetään COB-LED-valaistuksessa, kuluttajaelektroniikassa, autoteollisuuden järjestelmissä, tieteellisissä laitteissa, avaruustekniikan välineissä ja RF-piireissä.

COB on erityisen hyödyllinen, kun tuotteessa vaaditaan tiukkaa komponenttipakkausta ja luotettavaa piirilevyn tasoa olevaa integraatiota. Samalla sitä vaaditaan huolellista valmistusta, suojausta ja testausta. Menetelmä koostuu alustan valmistelusta, piirin kiinnittämisestä, johdinliitoksista, koteloinnista ja laadunvalvonnasta. Se on erikoistuneempaa kuin perustasoiset SMD-asennukset, mutta oikeassa tuotteessa hyöty on merkittävä.

Usein kysytyt kysymykset

Mitkä ovat COB:n tärkeimmät edut perinteisiin pakkausmenetelmiin verrattuna?

Tärkeimmät edut ovat pienempi koko, parempi lämmönjakautuminen, lyhyempi signaaliketju ja joissakin malleissa vähentyneen monimutkaisuuden pakkaus.

Miksi lämpöhallinta on tärkeää COB-malleissa?

 Koska avoin piiri asennetaan suoraan alustalle, lämpöä on hallittava huolellisesti, jotta estetään laitteen rasitus ja stressi, vikaantuminen tai suorituskyvyn heikkeneminen.

Voivatko COB-kokoonpanot korjata?

 Usein, mutta korjauspalvelu on vaikeaa, koska muotti on sijoitettu suoraan piirilevylle ja yleensä peitetään liimaamisen jälkeen.

Mitkä tuotteet sopivat parhaiten COB:n moderniin teknologiaan?

COB on parhaiten soveltuva kannettaviin laitteisiin, LED-valaistukseen, RF-piireihin, ajoneuvokomponentteihin, ammattimaiseen elektroniikkaan ja muihin tiukkatiukkoihin järjestelmiin.

Onko COB sama kuin COB-LED?

Ei. COB-LED on erityinen COB-teknologian sovellus valaistuksessa. Itse COB-teknologiaa käytetään paljon laajemmin elektroniikkatuotteiden pakkaamisessa.