Que é o chip sobre placa?

Que é o chip sobre placa?

Tecnoloxía Chip on Board (COB): empaquetado, proceso e vantaxes

Introdución  

O chip a bordo (COB) é unha das tecnoloxías de empaquetado máis importantes PCB modernas nos dispositivos dixitais actuais, xa que axuda aos programadores a crear produtos máis pequenos, máis rápidos e con mellor rendemento térmico. Na súa esencia, o desenvolvemento COB consiste en unir directamente un chip semiconductor desnudo sobre un substrato de PCB ou outra superficie de montaxe, en vez de colocar o chip dentro dun envoltorio de plástico ou cerámica separado. Este método de montaxe directa do chip é o que fai que o empaquetado COB sexa tan atractivo en ferramentas dixitais portátiles, luces LED, ferramentas electrónicas de consumo, deseños de PCB e moitos tipos de montaxes de PCB de alto rendemento Montaxes de PCB . Nun mundo no que se espera que as cousas sexan máis finas, máis lixeiras e moito máis potentes, o COB converteuse nun método valioso para a miniaturización dixital e a optimización da eficiencia das PCB.

A razón pola que COB se usa tan amplamente é fundamental: resolve unha variedade de preocupacións ao mesmo tempo. En primeiro lugar, reduce as dimensións ao eliminar a necesidade dun embalaxe adicional ao redor do chip. En segundo lugar, mellora a estabilidade da señal porque a ruta eléctrica entre o semiconductor e a placa base é moito máis curta. En terceiro lugar, mellora significativamente a eficacia térmica da placa de circuito impreso (PCB), xa que o calor pode transferirse moito máis directamente ao substrato e afastarse máis do compoñente activo. En cuarto lugar, pode reducir o custo de fabricación na produción en volume ao diminuír as operacións de embalaxe e simplificar a lista de compoñentes. Para moitos enxeñeiros e fabricantes, esa combinación de electrónica ahorra espazo, redución das perdas de sinal e tecnoloxía avanzada de disipación térmica fai de COB unha alternativa moi vantaxosa para a montaxe moderna de PCB e as opcións de embalaxe de produtos dixitais.

COB é especialmente importante nas industrias nas que tanto a integridade como as pequenas dimensións son fundamentais. Nos sistemas de PCB para luces LED, os marcos COB ofrecen alta densidade de lúmens e unha eficaz circulación do calor. Nas montaxes de PCB para automoción, COB pode axudar a integrar compoñentes de sensores de asistencia, compoñentes de control e sistemas de iluminación que deben resistir vibracións, variacións de temperatura e exposición á humidade. Nas placas de circuito impreso (PCB) médicas e aeroespaciais, COB pode empregarse cando os deseñadores buscan un embalaxe avanzado de produtos con excelente rendemento eléctrico e maior integración na placa. Nas aplicacións de PCB de RF

A redución das influencias parásitas derivadas da colocación de chips descubertos pode mellorar o comportamento a altas frecuencias. É por iso que o embalaxe tipo Chip on Board (COB) non é só unha técnica especializada de nicho, senón un método de fabricación significativo utilizado en múltiples sectores da industria de fabricación de dispositivos electrónicos.

Que é o Chip on Board (COB)?

O empaquetado en chip a bordo (COB) é unha técnica de empaquetado de compoñentes semicondutores na que un chip de silicio sen empaquetar instálase directamente sobre un substrato de PCB ou outro material base. En vez de colocar o chip dentro dun envoltorio plástico rematado primeiro, o fabricante conecta o chip directamente á placa e despois fixao mediante soldadura por cables, tecnoloxía de flip-chip ou outros métodos de montaxe de PCB. Por iso, o COB descríbese normalmente como montaxe directa de chips ou colocación de chips sen empaquetar. Elimina capas adicionais de empaquetado, o que pode mellorar a condutividade eléctrica, aforrar espazo e facer que o produto final sexa máis fiable.

A idea central detrás da tecnoloxía COB é moi útil: colocar o chip o máis preto posible do circuíto que o soporta. Canto máis curta sexa esa ruta de conexión, menos posibilidades hai de perda de sinal, capacidade parasita, inducancia negativa ou acumulación innecesaria de calor. Nas concepcións de alta velocidade e alta densidade, esas pequenas melloras teñen unha gran importancia. COB é unha das razóns polas que varios dispositivos electrónicos portátiles poden ser máis pequenos sen renunciar a un rendemento excesivo. Tamén axuda aos fabricantes a desenvolver solucións de empaquetado de alta densidade para dispositivos que deben facer máis nun espazo moito máis reducido.

COB difire do empaquetado tradicional de produtos de circuitos incorporados porque elimina o envoltorio protector ao redor do chip no comezo do proceso de montaxe. Isto significa que o chip está exposto durante toda a produción, polo que o procedemento require unha garantía de calidade excelente da placa de circuito impreso (PCB), ferramentas precisas e unha forte xestión ambiental despois. Nun número de estilos, o chip protéxese cun revestimento de resina epóxica, encapsulación de silicona ou capa conformal para evitar a humidade, o suco, as vibracións e os problemas mecánicos. Este é un dos motivos polos que COB se emprega normalmente en produtos que mantén a grosura coa estabilidade.

Que fai diferente a COB?

¿Para que se emprega a tecnoloxía COB?

A innovación contemporánea COB úsase cando os deseñadores queren un método máis pequeno, máis eficiente e, con frecuencia, mellor regulado termicamente para empaquetar semicondutores. O seu uso é particularmente común en produtos nos que se superpoñen as necesidades de dispositivos dixitais que ahorran espazo e de PCB de alto rendemento. Dado que o chip está montado directamente na placa, a tecnoloxía COB pode axudar a reducir a influencia mentres se aumenta a estabilidade do sinal e se diminúen certos tipos de interferencias eléctricas. Iso fai dela unha opción sólida para produtos que requiren tanto miniaturización como un forte rendemento.

Entre os mellores factores polos que o COB se usa tan amplamente é que se adapta ben a diversos mercados. No deseño de PCB para dispositivos electrónicos de consumo, o COB pode axudar aos fabricantes a facer teléfonos, dispositivos vestíbeis e gadgets intelixentes máis pequenos e lixeiros. Nos dispositivos electrónicos comerciais, pode sostener módulos de control e sistemas de sensores que requiren un tratamento estable en ambientes duros. Nos produtos PCB para automoción, o COB pode axudar con compoñentes de pequenos dispositivos de detección, sistemas de iluminación e dispositivos de control. Nas configuracións de PCB de RF, pode mellorar o comportamento de alta frecuencia ao reducir os efectos parásitos e diminuír o tamaño das pistas.

COB desempeña ademais unha función significativa nas aplicacións de PCB de iluminación LED. As estruturas LED COB colocan varios chips emisores de luz directamente sobre un substrato para desenvolver unha alta densidade de lúmens e unha eficaz disipación do calor. É por iso que os produtos LED COB atópanse frecuentemente en focos, luces comerciais, iluminación de edificios e compoñentes de alta potencia. A innovación actual permite unha melloría considerable na disipación térmica e pode aumentar a luminosidade constante. En resumo, COB non se refire só a dispositivos electrónicos, senón que é tamén unha estratexia importante de envasado de produtos para a iluminación moderna.

Usos comúns da tecnoloxía COB

PCB para dispositivos electrónicos de consumo

Ferramentas intelixentes

Dispositivos vestíbeis

Ferramentas para o fogar intelixente

Placas IoT

PCB de iluminación LED

Luces de alta potencia

Iluminación comercial

Luces industriais

PCB Automotriz

Compontes de unidades sensoriais

Módulos de control

Sistemas de luces LED

PCB clínica

Dispositivos de diagnóstico

Radar compacto

PCB aeroespaciais

Electrónica aviónica

Componentes de alta fiabilidade

PCB de radiofrecuencia

Circuitos de alta frecuencia

Módulos sensibles ao sinal

Por que os enxeñeiros elixen COB

Impacto do tamaño reducido da placa

PCB con mellor xestión térmica

Menor diminución na perda de sinal

Menos pasos de empaquetado en algunhas disposicións

Excepcional, ideal para produtos de interconexión de alta densidade.

Práctico para montaxes intelixentes de PCB.

Características e vantaxes do Chip on Board

A maior atracción do empaquetado Chip aboard é que combina beneficios de densidade, rendemento e velocidade nunha única estratexia. Ao colocar o chip directamente na placa, o deseño adoita ser máis pequeno e electricamente máis limpo. Iso pode mellorar o rendemento en dispositivos electrónicos de alta velocidade, reducir algúns tipos de interferencia de sinal e axudar na disipación do calor. Estes beneficios fan que o COB sexa especialmente atractivo para deseños de circuítos portátiles, miniaturización de circuítos dixitais e optimización da eficiencia das PCB.

 1. Miniaturización

O COB úsase con frecuencia cando os desenvolvedores necesitan integrar máis capacidade nun espazo máis reducido. Ao eliminar o encapsulado externo, un compoñente pode reducirse substancialmente. En algunhas aplicacións, o COB pode reducir a superficie ocupada un 30–50 % en comparación con estratexias de encapsulado máis convencionais. Trátase dunha vantaxe importante para produtos como dispositivos intelixentes, ferramentas móbeis e electrónica vestible.

2. Prestacións eléctricas

Dado que o chip está montado directamente na placa de circuito impreso (PCB) ou no substrato, a traxectoria eléctrica é moito máis curta. Iso significa:

 Menos resistencia.

Moito menos indutancia.

Menor retardo do sinal.

Mellor estabilidade do sinal.

Redución dos compoñentes parásitos.

Estas melloras son especialmente útiles nas aplicacións de alta frecuencia, nos circuítos de acondicionamento de sinais e no encapsulado de dispositivos dixitais avanzados.

3. Eficiencia térmica

Cozy é un dos maiores opositores dos dispositivos dixitais. A tecnoloxía COB axuda porque pode transferir moito máis Cozy ao substrato e aos obxectos circundantes. Isto é moi importante para o embalaxe de produtos LED de alta potencia, electrónica de potencia e sistemas pequenos que funcionan de forma constante. Unha mellor transferencia de calor implica menor tensión nos compoñentes e unha fiabilidade a longo prazo moito mellor.

 4. Menor custo

COB pode reducir o custo ao eliminar moitos dos pasos asociados co embalaxe convencional. Un menor número de compoñentes no embalaxe tamén pode supor menos existencias e cadeas de suministro menos complexas. Para producións en gran volume, isto pode supor unha diferenza considerable no custo total de produción.

 5. Flexibilidade de Diseño

COB pode xestionar:

Placa de circuito impreso (PCB) de dúas caras.

Placa de circuito impreso (PCB) multicapa.

Placa de circuito impreso (PCB) flexible en sistemas específicos.

Substratos personalizados.

Deseños de alta densidade.

Esa versatilidade fai que sexa fundamental tanto para a prototipaxe de PCB como para a produción en gran volume de PCB.

Táboa de vantaxes

Estudo de caso: COB na iluminación LED

Unha lámpara LED COB podería incluír numerosos chips LED colocados moi xuntos nun só substrato. Como os chips están montados directamente, a fonte de luz resulta extremadamente densa e eficaz. Isto produce un resultado máis brillante e unha iluminación máis uniforme. Ademais, mellora a supervisión térmica, o que axuda a que a lámpada dure máis tempo.

Como se fabrican os chips sobre placa

O proceso de fabricación COB é unha serie precisa de pasos que transforma un chip semiconductor en bruto nun conxunto protexido e funcional. Ao contrario da colocación habitual de dispositivos de montaxe en superficie (SMD), o COB require un manexo coidadoso, xa que o chip está exposto e é máis fráxil durante a fabricación. O proceso inclúe normalmente a preparación do substrato, a adhesión do chip, a soldadura por alambres, a encapsulación e as probas. Cada paso afecta ao rendemento final, á fiabilidade e á aparencia do produto.

1. Preparación do substrato

O proceso comeza coa preparación do substrato ou produto base do PCB. A superficie debe estar limpa, nivelada e preparada para a unión. Dependendo do tipo, o fabricante pode aplicar epoxi condutor ou outro adhesivo para crear a base para a unión do chip. O elemento substrato escóllese segundo as necesidades térmicas, eléctricas e mecánicas.

2. Unión do chip

A continuación, o chip descuberto colócase sobre o substrato mediante unha máquina de selección e colocación ou dispositivos de unión de chips de precisión. Este paso denomínase unión do chip ou unión directa do chip. A colocación debe ser moi precisa, xa que incluso un pequeno desalinhamento pode afectar á conexión eléctrica ou á calidade da unión.

3. Unión por fío

Despois de unir o chip, establécese a conexión eléctrica mediante a unión por fío. Fíos finos —normalmente de ouro, cobre ou aluminio lixeiro— conectan as patillas do chip coas pistas do PCB ou coas patillas de unión. Hai dous métodos comúns:

Unión en cunca.

Unión en bóla.

A soldadura de cordas é unha das partes máis esenciais do establecemento COB debido ao feito de que crea a ponte eléctrica entre o chip semicondutor e a placa.

4. Encapsulación

O chip aderido e a estrutura de cordas normalmente protéxense cun revestimento de resina epóxica, silicona ou un produto tipo glob-top. Este proceso denomínase encapsulación. Protexe o montaxe contra:

 Humidade.

Poeira.

Tensión mecánica e ansiedade.

Vibración.

Danos físicos.

5. Probas e control de calidade

Cando o montaxe está completo, sométense a avaliación e probas. Os métodos habituais inclúen:

Probas eléctricas.

Inspección AOI.

Probas de envelecemento.

Avaliación visual.

Probas prácticas na placa.

 Estas accións axudan a determinar problemas co cable, fendas, mala colocación do adhesivo ou erros eléctricos antes do envío do produto.

Táboa do proceso COB

Desafíos do proceso

A produción de COB require:

 Ambientes limpos.

Colocación específica.

Control térmico preciso.

Manuseo cualificado.

Control de calidade sólido.

Chip on Board frente a outras tecnoloxías de envasado

COB é só unha das diversas estratexias para semicondutores, e sirve para comparalo coas alternativas habituais como BGA, SMD, PoP e DIP. Cada tipo de envasado ten as súas vantaxes, pero resolven problemas distintos. COB é o mellor cando son moi importantes as dimensións portátiles, o control térmico e a integración directa. Outros tipos de envasado poden ser máis adecuados cando resultan máis cruciais a reparabilidade, a normalización ou a facilidade de manipulación.

COB fronte a BGA

Un envasado BGA emprega esferas de solda para conectar un chip envasado á placa. Ofrece unha densidade de contactos e proteción excelentes, e é o estándar nos procesadores centrais (CPU), nas unidades de procesamento gráfico (GPU) e nos circuitos integrados avanzados. COB, por outra parte, monta o chip desnudo directamente na placa.

COB vs. SMD

A tecnoloxía moderna SMD explica a colocación de dispositivos de montaxe en superficie, onde os compoñentes embalados colócanse na placa. COB pode considerarse un tipo de integración máis directo.

COB vs. PoP

O empaquetado na estratexia (PoP) amontoa chips empaquetados cara arriba e cara abaixo. Funciona para dispositivos multifunción como os teléfonos intelixentes, pero é distinto de COB debido ao feito de que COB se centra na colocación directa do chip ao nivel da placa.

COB vs. DIP

As estratexias DIP son máis antigas, máis grandes e moito máis fáciles de modelar. Son útiles para tarefas estándar, pero non ofrecen a compactidade nin a eficiencia de COB.

 Táboa de comparación

As vantaxes de usar COB

O factor máis importante que os deseñadores consideran ao escoller COB para as placas de circuito impreso (PCB) é a súa capacidade de crear un produto máis pequeno, máis limpo e máis integrado. Pero as vantaxes van máis aló do tamaño. O COB pode mellorar a integridade da PCB, mellorar a xestión térmica da PCB e reducir o número de etapas de empaquetado no cadea de suministro. Na mellor aplicación, tamén pode reducir o custo e mellorar o rendemento global do produto.

 PRINCIPAIS VANTAXES

Electrónica aforradora de espazo.

Mellora significativa do rendemento eléctrico.

Mellor resistencia á tensión térmica e á ansiedade.

Elevación inferior do elemento.

Efectos parasitarios minimizados.

Axuste sólido para o embalaxe de produtos de alta densidade.

Ideal para ferramentas dixitais de alta fiabilidade.

Vantaxes de fabricación

Menos elementos no conxunto en algúns estilos.

Posiblemente taxa de embalaxe completa minimizada.

Mellor asimilación coa fabricación de PCB.

Adecuado para procesos automatizados e de alto volume.

Muito máis sinxelo adaptar ás demandas específicas do produto.

Vantaxes no rendemento do produto

COB pode axudar:

Melorar a velocidade da señal.

Reducir a perda de sinal.

Apoiar disposicións máis compactas nas placas.

Aumentar o brillo nos dispositivos LED.

Melorar a transferencia térmica en sistemas sensibles á potencia.

Vantaxes comerciais

Para os fornecedores, COB pode manter:

Espazos de produto máis pequenos.

Menores custos do produto.

Un deseño de produto moito máis económico.

Ubicación da placa de uso moi mellorada.

Distinción máis potente en mercados pequenos.

Resumo

Chip on Board (COB) é un método directo de colocación e envasado de compoñentes que coloca unha pastilla semicondutora desnuda directamente sobre un substrato de PCB ou outro material base. Empregase habitualmente porque axuda a que os produtos sexan máis pequenos, máis rápidos e moito máis fiables termicamente. Ao reducir as vías de sinal e os custos de envasado, o COB apoia a integridade do sinal, a xestión térmica e o deseño de PCBs pequenos. Por iso atópase en LEDs COB, electrónica de consumo, sistemas automotrices, dispositivos científicos, ferramentas aeroespaciais e circuitos de radiofrecuencia.

COB é especialmente útil cando un produto require un embalaxe de elementos de alta densidade e unha integración fiable a nivel de placa. Ao mesmo tempo, necesita unha produción, protección e probas cuidadosas. O procedemento consta de preparación do substrato, adición do chip, soldadura de cables, encapsulamento e control de calidade. É máis especializado que o montaxe SMD básico, pero no produto adecuado, o retorno é sólido.

Preguntas frecuentes

¿Cais son as principais vantaxes de COB fronte ao embalaxe tradicional?

As vantaxes significativas son as dimensións máis pequenas, un mellor comportamento térmico, programas de sinal máis curtos e unha complexidade reducida no embalaxe de produtos en algúns estilos.

¿Por que é importante a supervisión térmica nos estilos COB?

 Dado que o chip desnudo está instalado directamente no substrato, o calor debe xestionarse minuciosamente para evitar tensións no dispositivo, ansiedade, fallos ou perda de rendemento.

¿Poden repararse os conxuntos COB?

 Con frecuencia, pero reparar o servizo é difícil xa que o chip está colocado directamente na placa e normalmente envolto despois da unión.

¿Que elementos son os máis adecuados para a innovación moderna COB?

COB é o mellor para dispositivos portátiles, iluminación LED, circuitos RF, compoñentes para camións, electrónica profesional e outros sistemas de alta densidade.

¿É COB o mesmo que COB LED?

Non. COB LED é unha aplicación específica da innovación COB na iluminación. A propia tecnoloxía moderna COB úsase moito máis amplamente no empacado de produtos electrónicos.