Cos'è il chip-on-board?

Cos'è il chip-on-board?

Tecnologia Chip-on-Board (COB): imballaggio, processo e vantaggi

Introduzione  

Il chip su scheda (COB) è uno dei più importanti Circuito a circuito processi di imballaggio avanzati nei dispositivi digitali moderni, poiché consente agli sviluppatori di realizzare prodotti più compatti, più veloci e con una migliore gestione termica. Fondamentalmente, la tecnologia COB prevede il fissaggio diretto di un die semiconduttore nudo su un substrato PCB o su un’altra superficie di montaggio, anziché inserire il chip all’interno di un involucro plastico o ceramico separato. Questo metodo di montaggio diretto del chip rende l’imballaggio COB particolarmente interessante per dispositivi digitali portatili, illuminazione LED, apparecchiature elettroniche di consumo, layout PCB e numerosi tipi di assemblaggi ad alte prestazioni Assemblaggi PCB in un mondo in cui ci si aspetta che le cose siano sempre più sottili, leggere e molto più potenti, la tecnologia COB si è effettivamente affermata come un metodo prezioso per la miniaturizzazione digitale e l’ottimizzazione dell’efficienza delle schede a circuito stampato (PCB).

Il motivo per cui la tecnologia COB è così ampiamente utilizzata è fondamentale: risolve contemporaneamente una serie di problemi. In primo luogo, riduce le dimensioni eliminando la necessità di un ulteriore imballaggio del chip. In secondo luogo, migliora la stabilità del segnale poiché il percorso elettrico tra il semiconduttore e la scheda madre è molto più breve. In terzo luogo, garantisce un’efficacia termica superiore della scheda a circuito stampato (PCB), in quanto il calore può trasferirsi in modo molto più diretto nel substrato e lontano dal componente attivo. In quarto luogo, può ridurre i costi di produzione nella produzione su larga scala, diminuendo le operazioni di imballaggio e semplificando la composizione dei componenti. Per molti ingegneri e produttori, questa combinazione di elettronica compatta, riduzione delle perdite di segnale e tecnologia avanzata di dissipazione del calore rende la tecnologia COB una soluzione estremamente vantaggiosa per l’assemblaggio avanzato di PCB e le alternative di imballaggio elettronico.

Il COB è particolarmente importante in settori in cui contano sia l'integrità sia le dimensioni ridotte. Nei sistemi a circuito stampato (PCB) per lampade LED, le strutture LED COB offrono un’elevata densità di lumen e un’efficace dissipazione del calore. Negli assemblaggi PCB per autoveicoli, il COB può supportare componenti per sensori di assistenza, unità di controllo e sistemi di illuminazione che devono resistere a vibrazioni, escursioni termiche ed esposizione all’umidità. Nei progetti PCB per applicazioni mediche e aerospaziali, il COB può essere utilizzato quando i progettisti richiedono un’imballaggio avanzato del prodotto con straordinarie prestazioni elettriche e una maggiore integrazione sulla scheda. Nei circuiti stampati per applicazioni RF

Le influenze parassitarie ridotte derivanti dal posizionamento del die nudo possono migliorare le prestazioni ad alta frequenza. È per questo motivo che la tecnologia di imballaggio Chip on Board (COB) non è soltanto una tecnica di nicchia, ma rappresenta un approccio produttivo significativo ampiamente impiegato in numerosi settori del mercato della produzione di dispositivi elettronici.

Che cos’è il Chip on Board (COB)?

Il chip a bordo (COB) è un approccio per l’imballaggio di componenti semiconduttori in cui un die di silicio nudo viene installato direttamente su un substrato di scheda a circuito stampato (PCB) o su un altro supporto. Invece di inserire il chip all’interno di un involucro plastico già completato, il produttore collega direttamente il chip alla scheda e quindi lo fissa mediante wire bonding, tecnologia flip-chip o altri metodi di assemblaggio PCB. Per questo motivo il COB è comunemente definito montaggio diretto del chip o posizionamento del die nudo. Elimina ulteriori strati di imballaggio del componente, il che può migliorare la conducibilità elettrica, ridurre l’ingombro e rendere il prodotto finale più affidabile.

L'idea fondamentale alla base della tecnologia COB è molto utile: posizionare il chip il più vicino possibile al circuito che lo supporta. Più breve è questo percorso di collegamento, minore è la probabilità di perdita di segnale, di capacità parassita, di induttanza sfavorevole o di accumulo indesiderato di calore. In progetti ad alta velocità e alta densità, questi piccoli miglioramenti contano moltissimo. La tecnologia COB è uno dei motivi per cui diversi dispositivi elettronici portatili possono essere più compatti senza rinunciare a prestazioni elevate. Contribuisce inoltre ai produttori nello sviluppo di soluzioni di imballaggio ad alta densità per dispositivi che devono offrire maggiori funzionalità in spazi sempre più ridotti.

Il COB si differenzia dall’imballaggio tradizionale dei circuiti integrati perché elimina il contenitore protettivo intorno al die all’inizio del processo di assemblaggio. Ciò significa che il chip è esposto durante tutta la produzione, quindi il processo richiede un’eccellente garanzia di qualità della scheda a circuito stampato (PCB), attrezzature di precisione e una rigorosa gestione ambientale successiva. In numerosi casi, il die viene protetto con una copertura in resina epossidica, con incapsulamento in silicone o con un rivestimento conformale per prevenire umidità, sporco, vibrazioni e danni meccanici. Questo è uno dei motivi per cui il COB viene normalmente utilizzato in prodotti che devono mantenere spessore e stabilità.

Cosa rende il COB diverso?

A cosa serve la tecnologia COB?

L’innovazione contemporanea COB viene utilizzata ogni qualvolta i progettisti desiderino una soluzione più compatta, più efficiente e spesso meglio regolata termicamente per l’incapsulamento dei semiconduttori. Il suo impiego è particolarmente comune in prodotti in cui si sovrappongono le esigenze di dispositivi elettronici a risparmio di spazio e di schede a circuito stampato (PCB) ad alte prestazioni. Poiché il chip viene montato direttamente sulla scheda, la tecnologia COB può contribuire a ridurre l’impatto meccanico, aumentando nel contempo la stabilità del segnale e riducendo alcuni tipi di disturbo elettrico. Ciò ne fa una scelta affidabile per prodotti che richiedono sia miniaturizzazione sia elevate prestazioni.

Tra i principali motivi per cui il COB è così ampiamente utilizzato vi è la sua ottima adattabilità a diversi mercati. Nella progettazione di PCB per dispositivi elettronici di consumo, il COB consente ai produttori di realizzare telefoni, dispositivi indossabili e gadget intelligenti più piccoli e leggeri. Nei dispositivi elettronici professionali, supporta moduli di controllo e sistemi di sensori che richiedono un funzionamento stabile in ambienti severi. Nei prodotti PCB per l’industria automobilistica, il COB può essere impiegato in componenti di piccoli sensori, sistemi di illuminazione e dispositivi di controllo. Nelle progettazioni di PCB per applicazioni RF, migliora le prestazioni ad alta frequenza riducendo gli effetti parassiti e le dimensioni delle piste.

COB svolge inoltre una funzione significativa nelle applicazioni di illuminazione LED su schede a circuito stampato (PCB). Le strutture LED COB posizionano diversi chip emettitori di luce direttamente su un substrato per ottenere un’elevata densità luminosa e un’efficace dissipazione del calore. È per questo motivo che i prodotti LED COB sono spesso utilizzati in faretti, illuminazione commerciale, illuminazione edilizia e componenti ad alta potenza. L’innovazione contemporanea garantisce un miglioramento significativo nella dissipazione del calore e consente di aumentare la luminosità costante. In sintesi, COB non riguarda soltanto i dispositivi elettronici, ma rappresenta anche una strategia fondamentale di imballaggio dei prodotti nell’illuminazione moderna.

Applicazioni comuni della tecnologia COB

Schede a circuito stampato per dispositivi elettronici di consumo

Strumenti Intelligenti

Indossabili

Strumenti per la casa intelligente

Schede IoT

PCB per illuminazione LED

Luci ad alta potenza

Illuminazione commerciale

Luci industriali

PCB automobilistico

Componenti per sensori

Moduli di Controllo

Sistemi di illuminazione LED

Schede a circuito stampato per applicazioni cliniche

Dispositivi Diagnostici

Radar compatto

PCB aerospaziali

Elettronica per avionica

Componenti ad alta affidabilità

Rf pcb

Circuiti ad alta frequenza

Moduli sensibili al segnale

Perché gli ingegneri scelgono il COB

Impatto della riduzione delle dimensioni della scheda

Scheda a circuito stampato con migliore gestione termica

Minore attenuazione del segnale

Meno passaggi di imballaggio in alcune configurazioni

Eccezionale, ideale per prodotti ad interconnessione ad alta densità.

Pratico per l’assemblaggio ingegnoso di schede a circuito stampato (PCB).

Caratteristiche e vantaggi della tecnologia Chip on Board (COB)

Il principale vantaggio dell’impacchettamento Chip on Board risiede nella sua capacità di combinare, in un’unica soluzione, i benefici legati alla densità, alle prestazioni e ai costi. Posizionando direttamente il die sulla scheda, il design diventa tipicamente più compatto e presenta una maggiore pulizia dal punto di vista elettrico. Ciò può migliorare le prestazioni nei dispositivi elettronici ad alta velocità, ridurre alcuni tipi di interferenza sui segnali e favorire la dissipazione del calore. Questi vantaggi rendono la tecnologia COB particolarmente interessante per la progettazione di circuiti portatili, per la miniaturizzazione di circuiti digitali e per l’ottimizzazione dell’efficienza delle PCB.

 1. Miniaturizzazione

Il COB viene spesso utilizzato quando gli sviluppatori devono integrare ulteriore potenza in uno spazio ridotto. Eliminando l’involucro esterno, un componente può ridurre notevolmente le proprie dimensioni. In alcune applicazioni, il COB può ridurre l’ingombro del 30–50% rispetto a tecniche di imballaggio più comuni. Si tratta di un vantaggio significativo per prodotti come dispositivi intelligenti, strumenti mobili ed elettronica indossabile.

2. Caratteristiche Elettriche

Poiché il chip è montato direttamente sulla scheda a circuito stampato (PCB) o sul substrato, il percorso elettrico risulta molto più breve. Ciò comporta:

 Meno resistenza.

Molto meno induttanza.

Minore ritardo del segnale.

Maggiore stabilità del segnale.

Riduzione dei componenti parassiti.

Questi miglioramenti sono particolarmente utili nelle applicazioni ad alta frequenza, nei circuiti di condizionamento del segnale e nell’imballaggio di dispositivi digitali avanzati.

3. Efficienza termica

Cozy è uno dei principali avversari dei dispositivi digitali. Il COB aiuta perché consente di trasferire una quantità molto maggiore di calore da Cozy al substrato e agli oggetti circostanti. Questo è particolarmente cruciale per l’imballaggio di prodotti LED ad alta potenza, per l’elettronica di potenza e per i sistemi miniaturizzati che funzionano ininterrottamente. Un flusso termico migliore comporta una minore sollecitazione dei componenti e una maggiore affidabilità nel tempo.

 4. Costo ridotto

Il COB può ridurre i costi eliminando numerosi passaggi associati all’imballaggio tradizionale. Un numero inferiore di componenti d’imballaggio può inoltre comportare scorte più contenute e catene di approvvigionamento meno complesse. Per produzioni su larga scala, ciò può determinare una differenza significativa sul costo complessivo di produzione.

 5. Flessibilità di Design

Il COB può gestire:

PCB a doppia faccia.

PCB multistrato.

PCB flessibili nei sistemi specifici.

Substrati personalizzati.

Layout ad alta densità.

Questa versatilità lo rende fondamentale sia per la prototipazione di PCB che per la produzione su larga scala di PCB.

Tabella dei vantaggi

Studio di caso: COB nell'illuminazione a LED

Una lampada LED COB potrebbe includere numerosi chip LED posizionati molto vicini tra loro su un unico substrato. Poiché i chip sono montati direttamente, la sorgente luminosa risulta estremamente densa ed efficiente. Ciò produce un'emissione luminosa più intensa e una distribuzione della luce più uniforme. Inoltre, migliora il controllo termico, contribuendo a prolungare la durata della lampada.

Come vengono realizzati i Chip-on-Board

Il processo produttivo COB è una sequenza precisa di operazioni che trasforma un die semiconduttore grezzo in un'unità protetta e funzionale. A differenza del posizionamento comune dei componenti SMD, la tecnologia COB richiede una manipolazione accurata, poiché il die è esposto e più fragile durante le fasi di assemblaggio. Il processo comprende generalmente la preparazione del substrato, il fissaggio del die, il wire bonding, l'incapsulamento e i test. Ogni fase influisce sulle prestazioni finali, sull'affidabilità e sull'aspetto del prodotto.

1. Preparazione del supporto

Il processo inizia con la preparazione del substrato della scheda a circuito stampato (PCB) o del prodotto di base. L'area superficiale deve essere pulita, livellata e pronta per l'adesione. A seconda dello stile, il produttore potrebbe applicare una resina conduttiva o un altro adesivo per creare la base per il fissaggio del chip. Il substrato viene scelto in base alle esigenze termiche, elettriche e meccaniche.

2. Fissaggio del die

Successivamente, il die nudo viene posizionato sul substrato mediante una macchina pick-and-place o dispositivi di bondaggio del die di precisione. Questo passaggio è denominato fissaggio del die o bondaggio diretto del die. Il posizionamento deve essere estremamente preciso, poiché anche un minimo disallineamento può influenzare il collegamento elettrico o la qualità del bond.

3. Bondaggio con filo

Dopo che il die è stato fissato, i collegamenti elettrici vengono realizzati mediante il bondaggio con filo. Sottili fili — generalmente in oro, rame o alluminio leggero — collegano i pad del chip alle piste della PCB o ai pad di bondaggio. I due metodi più comuni sono:

Bondaggio a cuneo.

Bondaggio a sfera.

Il bonding dei cavi è una delle parti più essenziali dell’assemblaggio COB, poiché crea il collegamento elettrico tra il die semiconduttore e la scheda.

4. Incapsulamento

Il chip incollato e la struttura dei cavi vengono normalmente protetti con un rivestimento in resina epossidica, silicone o un materiale di tipo glob-top. Questo processo è chiamato incapsulamento. Esso protegge l’assemblaggio da:

 Umidità.

Polvere.

Stress meccanici e sollecitazioni.

Vibrazione.

Danni fisici.

5. Test e controllo qualità

Una volta completato l’assemblaggio, quest’ultimo viene sottoposto a valutazione e test. I metodi più comuni includono:

Test elettrici.

Ispezione AOI.

Test di burn-in.

Valutazione visiva.

Test pratico della scheda.

 Queste azioni aiutano a identificare problemi relativi ai cavi, interruzioni, posizionamento scorretto dell'adesivo o errori elettrici prima della spedizione del prodotto.

Tavolo per il processo COB

Sfide del processo

La produzione COB richiede:

 Atmosfere pulite.

Posizionamento preciso.

Controllo termico preciso.

Manipolazione qualificata.

Controllo qualità rigoroso.

Chip on Board rispetto ad altre tecnologie di imballaggio

COB è solo uno dei numerosi tipi di strategie per semiconduttori e va confrontato con alternative comuni come BGA, SMD, PoP e DIP. Ogni tipo di imballaggio presenta i propri punti di forza, ma risolve problemi diversi. COB risulta particolarmente vantaggioso quando sono fondamentali ridotte dimensioni, controllo termico e integrazione diretta. Altri tipi di imballaggio possono risultare più adatti quando assumono maggiore importanza la riparabilità, la standardizzazione o la facilità di gestione.

COB rispetto a BGA

Un imballaggio BGA utilizza sfere saldanti per collegare un chip già imballato alla scheda. Offre un’eccellente densità di contatti e protezione ed è prevalente nei processori (CPU), nelle unità di elaborazione grafica (GPU) e nei circuiti integrati avanzati. COB, invece, monta direttamente il die nudo sulla scheda.

COB vs. SMD

La tecnologia moderna SMD indica il montaggio superficiale dei componenti, in cui i componenti imballati vengono posizionati sulla scheda. Il COB può essere considerato una forma più diretta di integrazione.

COB vs. PoP

I pacchetti su strategia (PoP) impilano verticalmente chip già confezionati. Questo approccio è adatto a dispositivi multifunzione come gli smartphone, ma differisce dalla tecnologia COB in quanto quest’ultima si concentra sul posizionamento diretto del chip a livello di scheda.

COB vs. DIP

Le tecnologie DIP sono più vecchie, più ingombranti e più semplici da modellare. Sono adatte per applicazioni standard, ma non supportano la compattezza o l’efficienza della tecnologia COB.

 Tabella di confronto

I vantaggi dell’utilizzo dei COB

Il fattore principale che spinge i progettisti a scegliere l’impostazione COB per le schede PCB è la possibilità di realizzare un prodotto più compatto, più pulito e maggiormente integrato. Tuttavia, i vantaggi vanno oltre le dimensioni: i COB possono migliorare l’integrità della scheda PCB, supportare una migliore gestione termica della PCB e ridurre il numero di fasi di imballaggio del prodotto nella catena di approvvigionamento. Nell’applicazione ottimale, possono inoltre ridurre i costi e migliorare le prestazioni complessive del prodotto.

 Principali vantaggi

Elettronica risparmiatrice di spazio.

Miglioramento delle prestazioni elettriche.

Migliorata resistenza allo stress termico e allo stress e all'ansia.

Minore sollevamento degli elementi.

Effetti parassiti ridotti al minimo.

Adattamento ottimale per l'imballaggio di prodotti ad alta densità.

Ideale per strumenti digitali ad alta affidabilità.

Vantaggi di Produzione

Numero inferiore di elementi nel fascio in alcuni modelli.

Possibile riduzione del tasso complessivo di imballaggio.

Migliore integrazione con la produzione di PCB.

Adatto ai processi automatizzati e ad alto volume.

Molto più facile da personalizzare in base alle esigenze specifiche del prodotto.

Vantaggi delle Prestazioni del Prodotto

COB può assistere:

Migliorare la velocità del segnale.

Ridurre la perdita di segnale.

Supportare layout della scheda più compatti.

Aumentare la luminosità nei dispositivi LED.

Migliorare il trasferimento termico nei sistemi sensibili alla potenza.

Vantaggi aziendali

Per i fornitori, COB può garantire:

Spazi prodotto più ridotti.

Costi prodotto inferiori.

Una progettazione del prodotto decisamente più economica.

Posizione della scheda di utilizzo molto migliore.

Distinzione più potente nei mercati minori.

Sintesi

Chip on Board (COB) è un metodo diretto di posizionamento e confezionamento di componenti che prevede il posizionamento diretto di un semiconduttore nudo su un substrato in PCB o su altro materiale di base. Viene comunemente utilizzato perché consente di realizzare prodotti più piccoli, più veloci e molto più affidabili dal punto di vista termico. Riducendo i percorsi del segnale e i costi di confezionamento, la tecnologia COB garantisce l’integrità del segnale, la gestione termica e la progettazione di PCB compatti. Per questo motivo è impiegata nei LED COB, nell’elettronica di consumo, nei sistemi automobilistici, negli strumenti scientifici, nelle apparecchiature aerospaziali e nei circuiti RF.

Il COB è particolarmente utile quando un prodotto richiede un imballaggio ad alta densità e un'integrazione affidabile a livello di scheda. Allo stesso tempo, necessita di una produzione, di una protezione e di prove accurate. Il processo comprende la preparazione del substrato, l'aggiunta del die, il bonding dei cavi, l'incapsulamento e il controllo qualità. È più specializzato rispetto al montaggio SMD standard, ma, nel prodotto appropriato, il ritorno sull'investimento è solido.

Domande frequenti

Quali sono i principali vantaggi del COB rispetto all'imballaggio tradizionale?

I vantaggi significativi sono dimensioni ridotte, comportamento termico migliore, percorsi di segnale più brevi e complessità di imballaggio inferiore in alcuni casi.

Perché il monitoraggio termico è importante nelle configurazioni COB?

 Poiché il die nudo viene installato direttamente sul substrato, il calore deve essere gestito con grande attenzione per evitare sollecitazioni e stress del dispositivo, guasti o perdita di prestazioni.

È possibile riparare gli assemblaggi COB?

 Spesso, tuttavia, la manutenzione è difficile poiché il die è posizionato direttamente sulla scheda e normalmente viene ricoperto dopo il bonding.

Quali articoli sono più adatti all'innovazione moderna COB?

COB è ideale per dispositivi portatili, illuminazione a LED, circuiti RF, componenti per veicoli, elettronica professionale e altri sistemi ad alta densità.

COB è la stessa cosa di COB LED?

No. COB LED è una particolare applicazione dell'innovazione COB nell'illuminazione. La tecnologia moderna COB in sé viene utilizzata molto più comunemente nell'impacchettamento di prodotti elettronici.