Mi az a chip-on-board?

Mi az a chip-on-board?

Chip a táblán (COB) technológia: csomagolás, folyamat és előnyök

Bevezetés  

A chip a táblán (COB) egyike a legfontosabb PCB csomagolási modern technológiáknak a mai digitális eszközökben, mivel segíti a fejlesztőket kisebb, gyorsabb és jobban hővezető termékek létrehozásában. Lényegében a COB technológia azt jelenti, hogy egy nyers félvezető chipet közvetlenül a nyomtatott áramkör (PCB) alaplapjára vagy más rögzítési felületre szerelnek, nem pedig egy külön műanyag vagy kerámia tokba helyezik először. Ez a közvetlen chip-rögzítési módszer teszi a COB csomagolást annyira vonzóvá mobil digitális eszközökben, LED-fényforrásokban, fogyasztói elektronikai eszközök nyomtatott áramkör-terveiben és számos típusú nagy teljesítményű PCB-szerelvényekben egy olyan világban, ahol egyre vékonyabb, könnyebb és sokkal hatékonyabb termékek várhatók, a COB valójában értékes módszerré vált a digitális miniaturizációhoz és a nyomtatott áramkörök (PCB) hatékonyságának optimalizálásához.

A COB (Chip-on-Board) technológia olyan széles körű alkalmazásának oka alapvető: egyszerre old meg számos problémát. Először is csökkenti a méretet, mivel megszünteti az integrált áramkör köré szükséges további csomagolás szükségességét. Másodszor növeli a jelstabilitást, mert a félvezető és az alaplap közötti elektromos útvonal lényegesen rövidebb. Harmadszor jobb hőelvezetést biztosít a nyomtatott áramkörök (PCB) hatékonyságának fenntartásához, mivel a hő közvetlenebbül jut át az alapanyagra, és távolabb kerül az aktív eszköztől. Negyedszer csökkentheti a gyártási költségeket nagy tételben történő gyártás során a csomagolási folyamatok leegyszerűsítésével és az alkatrészek számának csökkentésével. Számos mérnök és gyártó számára ez a térspóroló elektronika, a jelcsillapítás csökkentése és a hatékony hőelvezetés kombinációja teszi a COB-t kiváló alternatívává a legújabb nyomtatott áramkörök összeszereléséhez és elektronikus csomagolási megoldásokhoz.

A COB különösen fontos iparágokban, ahol az integritás és a kis méret egyaránt számít. LED-fényforrások nyomtatott áramkörös (PCB) rendszereiben a COB LED-technológia nagy lumen-sűrűséget és hatékony hőelvezetést biztosít. Az autóipari PCB-összeállításokban a COB segíthet a szenzorok, vezérlőelemek és világítási rendszerek integrálásában, amelyeknek rezgésnek, hőmérséklet-ingadozásoknak és nedvességnek való kitettséget kell elviselniük. Az orvosi és űrkutatási PCB-tervekben a COB akkor alkalmazható, ha a tervezők fejlett termékcsomagolást kívánnak kiváló elektromos teljesítménnyel és szorosabb nyomtatott áramkör-integrációval. Az RF

PCB-alkalmazásokban a csupasz félvezető chip elhelyezéséből eredő csökkent parazitikus hatások javíthatják a magas frekvenciás működést. Ezért a Chip on Board (COB) csomagolási technológia nem csupán egy speciális szakterületi megoldás – hanem egy jelentős gyártási módszer, amelyet széles körben alkalmaznak a digitális eszközök gyártásának sok területén.

Mi az a Chip on Board (COB)?

A chip aboard (COB) egy félvezető alkatrész csomagolási módszere, amely során egy nyers szilíciumkristályt közvetlenül a nyomtatott áramkörös (PCB) alaplapra vagy más alapanyagra szerelnek. Ahelyett, hogy először egy kész műanyag tokba helyeznék a chipt, a gyártó közvetlenül a chipet rögzíti a lapra, majd kábelkötéssel, flip-chip technológiával vagy más nyomtatott áramkör-összeszerelési módszerekkel rögzíti. Ezért nevezik a COB-t gyakran közvetlen chip-felszerelésnek vagy nyers kristály elhelyezésének. Ez megszünteti a további csomagolási rétegeket, ami javíthatja az elektromos vezetőképességet, helyet takaríthat meg, és megbízhatóbbá teheti a végterméket.

A COB-technológia mögött álló alapvető ötlet nagyon hasznos: a chipet minél közelebb helyezzük el a támogató áramkörhöz. Minél rövidebb ez az összekötési útvonal, annál kisebb az esély a jelveszteségre, parazita kapacitásra, kedvezőtlen induktivitásra vagy felesleges hőfelhalmozódásra. Nagysebességű és nagy sűrűségű terveknél ezek a csekély javulások nagy jelentőséggel bírnak. A COB-technológia egyik oka annak, hogy számos hordozható elektronikus eszköz kisebb méretű lehet anélkül, hogy jelentősen csökkenne a teljesítménye. Emellett segít a gyártóknak nagy sűrűségű csomagolási megoldásokat kialakítani olyan eszközök számára, amelyeknek többet kell elvégezniük kevesebb helyen.

A COB eltér a hagyományos beépített áramkörök csomagolásától, mert a gyártási folyamat kezdetén eltávolítja a féligvezető lapka körül található védőburkolatot. Ez azt jelenti, hogy a lapka az egész gyártási folyamat során kitett állapotban van, ezért a folyamat kiváló nyomtatott áramkör (PCB) minőségellenőrzést, pontos szerszámozást és erős környezeti vezetést igényel a későbbi szakaszokban. Számos kialakításban a lapkát epoxidos termékkel, szilikon bevonattal vagy konform réteggel védik a nedvesség, a szennyeződés, a rezgés és a mechanikai problémák ellen. Ez egyik oka annak, hogy a COB-t gyakran olyan termékekben használják, amelyek vastagságukat és stabilitásukat megőrzik.

Mi teszi különlegessé a COB-t?

Mire használják a COB technológiát?

A COB (Chip-on-Board) modern innováció akkor kerül alkalmazásra, amikor a tervezők kisebb, hatékonyabb és gyakran jobban hőszabályozott módszert kívánnak a félvezetők csomagolására. Használata különösen gyakori olyan termékekben, ahol a helyspóroló digitális eszközök és a nagy teljesítményű nyomtatott áramkörök (PCB) követelményei átfednek egymással. Mivel a chipet közvetlenül a nyomtatott áramkörre szerelik, a COB technológia segíthet csökkenteni a hatásokat, növelni a jelstabilitást és csökkenteni bizonyos típusú elektromos zavarokat. Ezért erős választás olyan termékek számára, amelyeknél egyaránt szükség van a miniaturizációra és a magas teljesítményre.

A COB széles körű alkalmazásának egyik legfontosabb oka az, hogy jól alkalmazkodik különböző piacokhoz. A fogyasztói elektronikai eszközök nyomtatott áramkörös (PCB) tervezésében a COB segíthet a gyártóknak kisebb és könnyebb mobiltelefonok, hordható eszközök és okos készülékek gyártásában. A vállalati elektronikai eszközök területén megbízhatóan működő vezérlőmodulokat és érzékelőrendszereket támogat, amelyek stabil működést igényelnek nehéz környezeti feltételek mellett. Az autóipari PCB-termékek területén a COB segíthet kis méretű érzékelőelemek, világítási rendszerek és vezérlőberendezések integrálásában. Az RF-PCB tervezésben pedig javíthatja a magasfrekvenciás viselkedést a parazitikus hatások csökkentésével és a vezetéknyomok méretének csökkentésével.

A COB továbbá jelentős szerepet játszik az LED-ekkel történő világítás nyomtatott áramkörös (PCB) alkalmazásaiban. A COB LED szerkezetek több fénykibocsátó chipet helyeznek közvetlenül egy alapanyagra, hogy nagy fényerő-sűrűséget és hatékony hőelvezetést érjenek el. Ezért a COB LED termékek gyakran előfordulnak reflektorokban, kereskedelmi világításban, épületvilágításban és nagy teljesítményű alkalmazásokban. A modern technológia sokkal jobb hőelvezetési fejlesztést tesz lehetővé, és növelheti a folyamatos fényerőt. Egyszerűen fogalmazva, a COB nem csupán elektronikai eszközök kérdése – hanem egy fontos csomagolási stratégia is a modern világítástechnikában.

A COB technológia gyakori alkalmazásai

Fogyasztói elektronikai eszközök nyomtatott áramkörös (PCB) lapjai

Okos Eszközök

Hordható eszközök

Okos otthoni eszközök

IoT nyomtatott áramkörös (PCB) lapok

LED világítási PCB

Nagy teljesítményű világítás

Kereskedelmi világítás

Ipari világítás

Autóipari PCB

Érzékelő egységek

Vezérlőmodulok

LED világítási rendszerek

Orvosi nyomtatott áramkörös (PCB) lapok

Diagnosztikai eszközök

Kompakt radar

Repülőgépipari NYÁK

Repülőgép-elektronika

Magas megbízhatóságú alkatrészek

RF nyomtatott áramkör

Magasfrekvenciás áramkörök

Jelérzékeny modulok

Miért választják a mérnökök a COB-technológiát

Kisebb méretű nyomtatott áramkörök hatása

Jobb hőkezelési nyomtatott áramkör

Alacsonyabb jelveszteség csökkenése

Kevesebb csomagolási lépés egyes elrendezésekben

Kiemelkedő, ideális nagy sűrűségű kapcsolódási termékekhez.

Gyakorlatias az ötletes nyomtatott áramkör-összeszereléshez.

Chip on Board (COB) jellemzői és előnyei

A Chip on Board (COB) csomagolás legnagyobb vonzereje az, hogy egyetlen stratégia keretében egyesíti a sűrűség, a teljesítmény és a sebesség előnyeit. A féligvezető chip közvetlen elhelyezése a nyomtatott áramkörön általában kisebb méretű és elektromosan tisztább tervezést eredményez. Ez javíthatja a nagysebességű elektronikus eszközök teljesítményét, csökkentheti bizonyos típusú jelek zavarását, és hozzájárulhat a hőeloszláshoz. Ezek az előnyök teszik a COB technológiát különösen vonzóvá a hordozható áramkörök tervezéséhez, a digitális áramkörök miniaturizációjához és a nyomtatott áramkörök (PCB) hatékonyságának optimalizálásához.

 1. Miniaturizáció

A COB-t gyakran alkalmazzák, amikor a fejlesztők több teljesítményt kívánnak elérni kisebb helyen. Az külső tok eltávolításával egy termék jelentősen kisebb méretűvé válik. Egyes alkalmazásokban a COB akár 30–50%-kal csökkentheti a termék alapterületét az általánosabb csomagolási módszerekhez képest. Ez jelentős előnyt jelent intelligens eszközök, mobil eszközök és hordozható elektronikai termékek esetében.

2. Villamos tulajdonságok

Mivel a chip közvetlenül a nyomtatott áramkörre (PCB) vagy alapanyagra kerül felszerelésre, az elektromos útvonal lényegesen rövidebb. Ez azt jelenti:

 Kisebb ellenállás.

Sokkal kisebb induktivitás.

Kisebb jelkésleltetés.

Jobb jelstabilitás.

Csökkent parazita összetevők.

Ezek a javulások különösen hasznosak magasfrekvenciás alkalmazásokhoz, jelek kondicionálására szolgáló áramkörökhöz és fejlett digitális eszközök csomagolásához.

3. Hőhatékonyság

A Cozy az egyik legnagyobb ellenfelévé vált a digitális eszközöknek. A COB technológia segít, mert sokkal hatékonyabban tudja a Cozy anyagot a hordozóra és a környező elemekre juttatni. Ez különösen fontos a nagy teljesítményű LED-termékek csomagolásában, a teljesítményelektronikában és az állandóan működő kisméretű rendszerekben. A jobb hővezetés alacsonyabb komponensfeszültséget és jelentősen javított hosszú távú megbízhatóságot eredményez.

 4. Alacsonyabb költség

A COB technológia csökkentheti a költségeket, mivel kiküszöböli számos, a szokásos csomagolással járó lépést. Kevesebb csomagolóelem továbbá kevesebb készletet és egyszerűbb ellátási láncot is jelenthet. Nagy tömegű gyártás esetén ez jelentős mértékben csökkentheti az összes gyártási költséget.

 5. Tervezési rugalmasság

A COB kezelni tudja:

Kétoldalas nyomtatott áramkörlemezt (PCB).

Többrétegű nyomtatott áramkörlemezt (PCB).

Rugalmas nyomtatott áramkörlemezt (PCB) speciális rendszerekben.

Egyedi hordozóanyagokat.

Nagy sűrűségű elrendezéseket.

Ez a rugalmasság miatt egyaránt fontos a nyomtatott áramkörlemezek (PCB) prototípus-gyártásában és nagy tömegű gyártásában.

Előnyök táblázata

Esettanulmány: COB az LED-fényforrásokban

Egy COB LED-lámpa számos LED-chipet tartalmazhat, amelyeket erősen egymás mellé helyeznek egyetlen alaplemezre. Mivel a chipek közvetlenül az alaplemezre vannak szerelve, a fényforrás rendkívül sűrű és hatékony lesz. Ez fényesebb eredményt és egyenletesebb megvilágítást eredményez. Emellett javítja a hőkezelést is, ami hosszabb élettartamot biztosít a lámpának.

A chip-alaplemezen (COB) készült eszközök gyártása

A COB-gyártási folyamat egy pontos lépéssorozat, amely egy nyers félvezető chipet megbízható és működőképes egységgé alakít át. Ellentétben a szokásos SMD-elhelyezéssel, a COB-gyártásnál gondos kezelés szükséges, mivel a chip a folyamat során nyitott és törékenyebb állapotban van. A folyamat általában az alaplemez előkészítését, a chip rögzítését, a vezeték-kötést, az öntési (kapszulázási) lépést és a tesztelést foglalja magában. Mindegyik lépés befolyásolja a termék végső teljesítményét, megbízhatóságát és megjelenését.

1. Alapfelület-előkészítés

A folyamat a nyomtatott áramkör (PCB) alapanyagának vagy alaptermékének előkészítésével kezdődik. A felületnek tisztának, síknak és ragasztáshoz előkészítettnek kell lennie. A gyártó típusától függően vezetőképes epoxigyantát vagy más ragasztót alkalmazhat a chip rögzítésének alapjának kialakításához. Az alapanyagot a hőmérsékleti, elektromos és mechanikai követelmények alapján választják ki.

2. Chip-rögzítés

Ezután a nyers chipet (die) egy pick-and-place gép vagy precíziós chip-ragasztó eszköz segítségével helyezik el az alapanyagon. Ezt a lépést chip-rögzítésnek vagy közvetlen chip-rögzítésnek nevezik. A helyezés rendkívül pontosnak kell lennie, mivel akár kis mértékű eltolódás is befolyásolhatja az elektromos kapcsolatot vagy a ragasztás minőségét.

3. Drótkötés

Miután a chipet rögzítették, az elektromos kapcsolatokat drótkötéssel hozzák létre. Vékony drótok – általában aranyból, rézből vagy könnyű alumíniumból – kötik össze a chip padjait a PCB nyomtatott vezetékeivel vagy a ragasztópadokkal. Két gyakori módszer:

Ék-kötés.

Golyókötés.

A vezetékragasztás az egyik legfontosabb része a COB (chip-on-board) gyártásnak, mivel elektromos hidat hoz létre a félvezető lapka és a nyomtatott áramkör között.

4. Bezárás

A ragasztott lapka és vezetékrendszer általában epoxigyantával, szilikonnal vagy glob-top anyaggal kerül védelemre. Ezt az eljárást bezárásnak nevezik. Ez védi a szerelést a következőktől:

 Párától.

Por.

Mechanikai feszültségtől és terheléstől.

Rezgés.

Károsodásoktól.

5. Tesztelés és minőségellenőrzés

Amikor a szerelés kész, értékelésen és tesztelésen megy keresztül. Gyakori módszerek:

Elektromos vizsgálat.

AOI (automatikus optikai ellenőrzés).

Burn-in tesztelés.

Vizuális értékelés.

Gyakorlati táblatesztelés.

 Ezek a lépések segítenek azonosítani a vezetékek problémáit, hézagokat, rossz ragasztófelvitelt vagy elektromos hibákat a termék szállítása előtt.

COB-folyamat táblázat

Folyamatban fellépő kihívások

A COB-gyártás a következőket igényli:

 Tisztaság.

Pontos elhelyezés.

Pontos hőmérséklet-szabályozás.

Szakértő kezelés.

Megbízható minőségellenőrzés.

Chip on Board (COB) és egyéb csomagolási technológiák összehasonlítása

A COB csak egy a félvezetők különböző csomagolási technológiái közül, és érdemes összehasonlítani a gyakori alternatívák – például a BGA, az SMD, a PoP és a DIP – módszereivel. Mindegyik csomagolási forma saját erősségekkel rendelkezik, de eltérő problémák megoldására szolgál. A COB akkor a legalkalmasabb, ha a kis méret, a hővezetés hatékony kezelése és a közvetlen integráció különösen fontos. Más csomagolási formák előnyösebbek lehetnek, ha a javíthatóság, az egységesítés vagy a gyártási kényelem áll a középpontban.

COB és BGA összehasonlítása

A BGA-csomagolás forrasztógolyókat használ a csomagolt chip alaplapra történő rögzítéséhez. Kiváló kapcsolatsűrűséget és védelmet biztosít, és elsősorban CPU-k, GPU-k és fejlett integrált áramkörök esetében dominál. A COB ezzel szemben a nyers félvezető lapkát közvetlenül az alaplapra szereli.

COB vs. SMD

Az SMD modern technológia a felületre szerelhető eszközök (surface mount device) elhelyezését írja le, ahol a csomagolt alkatrészeket a nyomtatott áramkörös lapra helyezik. A COB-t egy sokkal közvetlenebb típusú integrációnak tekinthetjük.

COB vs. PoP

A stratégiai csomagolás (PoP) rétegesen helyezi el a csomagolt chipeket egymás fölé és alá. Ez megfelel többfunkciós eszközöknek, például okostelepoknak, de eltér a COB-tól, mivel a COB a közvetlen nyomtatott áramkörös lapra történő chip-elhelyezésre összpontosít.

COB vs. DIP

A DIP technikák régebbiek, nagyobbak és sokkal könnyebben modellezhetők. Alapvető feladatokhoz alkalmasak, de nem támogatják a COB kompaktságát vagy hatékonyságát.

 Összehasonlító táblázat

A COB használatának előnyei

A tervezők legfontosabb oka, ami miatt COB-alapú nyomtatott áramköröket (PCB-ket) választanak, az, hogy kisebb, tisztább és jobban integrált termékeket lehet velük létrehozni. Az előnyök azonban nem csupán a méretre korlátozódnak. A COB javíthatja a nyomtatott áramkörök mechanikai stabilitását, hatékonyabb hőkezelést tesz lehetővé, és csökkentheti a termékcsomagolási folyamatok számát a beszerzési láncban. A legjobb alkalmazásokban továbbá csökkentheti a költségeket és javíthatja a termék teljesítményét.

 FŐ ELŐNYESSELÉSEK

Területmentes elektronikát biztosítsanak.

Sokkal jobb elektromos teljesítményjavulás.

Javult hőfeszültség- és stressz-ellenállás.

Alacsonyabb elememelkedés.

Minimalizált parazitikus hatások.

Kiválóan illeszkedik a nagy sűrűségű termékcsomagoláshoz.

Kiváló a magas megbízhatóságú digitális eszközökhöz.

Gyártási előnyök

Néhány típusnál kevesebb csomagolóelem.

Lehetőleg minimalizált teljes csomagolási ráta.

Jobban illeszkedik a nyomtatott áramkörök gyártási folyamatához.

Megfelelő az automatizált és nagyüzemi folyamatokhoz.

Sokkal könnyebb testreszabni termékspecifikus igényekhez.

Termék teljesítményi előnyök

A COB segíthet:

Jelelősebb jelek átvitele.

Jelveszteség csökkentése.

Sűrűbb nyomtatott áramkörök elhelyezésének támogatása.

Fényerő növelése LED-eszközökön.

Hőátvitel javítása teljesítményérzékeny rendszerekben.

Üzleti előnyök

Szállítók számára a COB fenntartható:

Kisebb méretű termékterületek.

Alacsonyabb termékköltségek.

Sokkal költséghatékonyabb terméktervezés.

Jelentősen javított vezérlőpanel-elhelyezés.

Erősebb megkülönböztető képesség a kis piacokon.

Összefoglalás

Chip on Board (COB) egy közvetlen elhelyezési és csomagolási módszer, amelynél egy nyers félvezető chipet közvetlenül a nyomtatott áramkörös (PCB) alapanyagra vagy más alapanyagra helyeznek. Gyakran alkalmazzák, mert segít a termékek kisebb méretének, gyorsabb működésének és sokkal jobb hővezető képességének elérésében. A jelvezetékek lerövidítésével és a csomagolási költségek csökkentésével a COB technológia támogatja a jelminőséget, a hőkezelést és a kis méretű PCB-k tervezését. Ezért alkalmazzák COB LED-ekben, fogyasztói elektronikai eszközökben, autóipari rendszerekben, tudományos berendezésekben, űrkutatási eszközökben és RF-körökben.

A COB különösen hasznos, amikor egy termék nagy sűrűségű elemcsomagolást és megbízható nyomtatott áramkör-szintű integrációt igényel. Ugyanakkor gondos gyártást, védelmet és tesztelést igényel. Az eljárás a szubsztrát előkészítéséből, a félvezető chip (die) felhelyezéséből, a vezetékkötésből, az öntésből és a minőségellenőrzésből áll. Speciálisabb, mint az alapvető SMD-technológia, de megfelelő termék esetén a megtérülés jelentős.

Gyakran Ismételt Kérdések

Mik a COB technológia fő előnyei a hagyományos csomagolással szemben?

A jelentős előnyök a kisebb méret, a sokkal jobb hővezetési viselkedés, a lényegesen rövidebb jelek útvonalai, valamint egyes típusoknál a csomagolási összetettség csökkenése.

Miért fontos a hőkezelés a COB technológiában?

 Mivel a nyitott félvezető chip (die) közvetlenül a szubsztrátra kerül felszerelésre, a hőt rendkívül gondosan kell kezelni annak érdekében, hogy elkerüljük az eszköz mechanikai feszültségét, túlmelegedését, meghibásodását vagy teljesítménycsökkenését.

Javíthatók-e a COB-összeállítások?

 Gyakran előfordul, hogy a javítási szolgáltatás nehéz, mivel a die-t közvetlenül a nyomtatott áramkörre helyezik, és általában a ragasztás után beburkolják.

Mely termékek illeszkednek legjobban a COB modern technológiához?

A COB különösen alkalmas hordozható eszközökre, LED-fényforrásokra, rádiófrekvenciás (RF) áramkörökre, járműalkatrészekre, professzionális elektronikai berendezésekre és egyéb nagy sűrűségű rendszerekre.

Ugyanaz-e a COB és a COB LED?

Nem. A COB LED egy speciális alkalmazása a COB technológiának a világítástechnikában. Maga a COB modern technológia sokkal szélesebb körben használatos az elektronikai termékek csomagolásában.