מהו 'chip-on-board'?

מהו 'chip-on-board'?

טכנולוגיית 'שבב על הלוח' (COB): אריזה, תהליך והיתרונות

מבוא  

טכנולוגיית 'שבב על הספינה' (COB) היא אחת הטכנולוגיות החשובות ביותר PCB בהארזת מכשירים דיגיטליים מודרניים, בשל העובדה שהיא עוזרת למפתחים ליצור מוצרים קטנים יותר, מהירים יותר ויציבים תרמית יותר. בלב הטכנולוגיה הזו נמצאת הפעולה של הצמדת דיאלקטרון סיליקון גולמי ישירות אל תת־הבסיס של לוח החיבור (PCB) או משטח התקנה אחר, במקום להכניס את השבב לתוך אריזה פלסטית או קרמיקה נפרדת. שיטת ההתקנה הישירה של השבב היא זו שעושה את טכנולוגיית האריזה COB כה אטרקטיבית במכשירים דיגיטליים ניידים, נורות LED, ציוד אלקטרוני לצריכה אישית, עיצובי לוחות חיבור (PCB) ורבים מסוגי הרכיבים בעלי הביצועים הגבוהים הרכבות לוח חיבור (PCB) בעולם שבו הדברים צפויים להיות דקיקים יותר, קלים יותר ורבים יותר עוצמתיים, טכנולוגיית COB הפכה לשיטה מועילה למיניאטוריזציה דיגיטלית ולשיפור יעילות לוחות ה-PCB.

הסיבה לכך ש-COB משמשת במידה כה רחבה היא יסודית: היא פותרת מגוון בעיות בו זמנית. ראשית, היא מפחיתה את הממדים על ידי הסרת הצורך בחבילה נוספת של המוצר סביב השבב. שנית, היא משפרת את יציבות האות, מאחר שהמסלול החשמלי בין מעגל השבב ללוח האם קצר בהרבה. שלישית, היא תומכת ביעילות טובה יותר של פיקוח תרמי על לוחות ה-PCB, מאחר שהחום יכול לעבור ישירות יותר לתשתית ומרחק גדול מהרכיב הפעיל. רביעית, היא יכולה להפחית את עלות הייצור בייצור בكمיות גדולות על ידי הפחתת פעולות החבילה ולשדרוג מספר הרכיבים. עבור מגוון מהנדסים ויוצרים, שילוב זה של אלקטרוניקה חסכונית במקום, הפחתת אובדן אותות והטמעת טכנולוגיה יעילה לפיזור חום הופך את COB לחלופה מאוד מועילה להתקנת לוחות PCB מתקדמים ואופציות אריזת מוצרים דיגיטליים.

COB הוא חשוב במיוחד בתעשייה שבה חשיבות מוענקת גם לאינטגריות וגם לממדים קטנים. במערכות PCB של נורות LED, מסגרות COB מספקות צפיפות לומן גבוהה ומערכת יעילה להפצת חום. במontажי PCB לרכב, COB יכול לסייע ברכיבי חיישנים, רכיבי בקרה ומערכות תאורה שחייבים לסבול מהזדעזועים, תנודות בטמפרטורה וחשיפה לחumidity. בעיצובי PCB רפואיים ובעיצובי PCB לתחום האסטרונאוטיקה, ניתן לנצל את COB כאשר המפתחים מעוניינים באחסון מתקדם של מוצרים עם יעילות חשמלית מעולה ואיחוד הדוק יותר של הלוח. ביישומי PCB ל-RF

השפעות הפרזיטיות הנמוכות יותר של הצבת שבבים עירומים עלולים לשפר את הביצועים בתדרים גבוהים. לכן, איחסון מסוג Chip on Board (COB) אינו רק טכניקת נישה ספציפית – אלא גישה משמעותית לייצור המשמשת בתחומים רבים של תעשיית ייצור הציוד האלקטרוני.

מהו איחסון מסוג Chip on Board (COB)?

התקנת שבב על הלוח (COB) היא שיטה לאריזת רכיבים חצי מוליכים שבה שבב סיליקון גולמי מותקן ישירות על תת-הבסיס של לוח מעגלים מדפסת (PCB) או בסיס אחר. במקום להכניס את השבב לתוך אריזה פלסטית מוגמרת תחילה, היצרן מחבר את השבב עצמו ללוח ולאחר מכן מאחד אותו באמצעות שיטת חיבור כבלים, טכנולוגיית Flip-Chip או שיטות אחרות להרכבת לוחות מעגלים מדפסת. מסיבה זו, COB נקראת בדרך כלל 'התקנת שבב ישירה' או 'הצבת שבב גולמי'. שיטה זו מבטלת שכבות אריזה נוספות, מה שיכול לשפר את ההולכה החשמלית, לחסוך מקום ולשפר את האמינות של המוצר הסופי.

הרעיון המרכזי שעומד מאחורי טכנולוגיית COB הוא מאוד שימושי: מיקום המיקרו-מעגל קרוב ככל האפשר למעגל שמשמיש אותו. ככל שהנתיב החיבור הזה קצר יותר, כך הסיכוי לאובדן אות, לקיבוליות פרזיטית, להשראות שלילית או ליצירת חום מיותר קטן יותר. בעיצובים מהירים וצפופים, שיפורים קטנים אלו חשובים מאוד. COB היא אחת הסיבות לכך שמספר מכשירים אלקטרוניים ניידים יכולים להיות קטנים יותר מבלי לוותר על ביצועים גבוהים מדי. זה גם עוזר לייצרנים לפתח פתרונות אריזה צפופים עבור מכשירים שצריכים לבצע יותר בתוך פחות מקום.

COB שונה מאריזת המוצרים הרגילה של מעגלים משולבים מכיוון שהיא מבטלת את החבילה הגנתית סביב הדיאי בתחילת תהליך ההתקנה. זה אומר שהשבב חשוף לאורך כל התהליך הייצור, ולכן התהליך דורש בקרת איכות מעולה של לוחות הPCB, עיבוד מדויק של הכלים, וניהול סביבתי חזק לאחר מכן. במספר עיצובים, הדיאי מוגן על ידי כיסוי אפוקסי, קפסולציה מסיליקון או שכבת עטיפה מתאימה כדי למנוע חדירת לחות, אבק, רעידות ובעיות מכניות. זהו אחד הגורמים שבגינם COB משמש בדרך כלל במוצרים שמאפשרים שימור עובי עם יציבות.

מה הופך את COB לשונה?

למה משמשת טכנולוגיית COB?

טכנולוגיית COB המודרנית משמשת כאשר מעצבים רוצים דרך ארבעה-קטנה, יעילה יותר ולעיתים קרובות מוסדרת תרמית טוב יותר לאריזת סמיiconductorים. השימוש בה נפוץ במיוחד במוצרים שבהם יש חפיפה בין דרישות של התקנים דיגיטליים שמקטינים מקום וקרטי מעגל מודפסים (PCB) בעלי ביצועים גבוהים. מאחר שהשבב מותקן ישירות על הלוח, טכנולוגיית COB עוזרת להפחית השפעה תוך כדי הגברת יציבות האות והורדת סוגים מסוימים של הפרעות חשמליות. זה הופך אותה לבחירה חזקה למוצרים הדורשים גם מיניאטוריזציה וגם ביצועים חזקים.

אחת מהסיבות הטובות ביותר שבשלהן טכנולוגיית COB משמשת באופן כל כך רגיל היא היכולת שלה להתאים עצמה בקלות לשווקים מגוונים. בעיצוב פקקי מעגלים מודפסים (PCB) למכשירי אלקטרוניקה ידנית, COB עוזרת לייצרנים לייצר טלפונים, מכשירים לבישים ומכשירים חכמים שקטנים יותר וקלים יותר. במכשירי אלקטרוניקה לעסקים, היא יכולה לתמוך במודולי בקרה ובמערכות חיישנים הדורשים טיפול יציב בסביבות קשות. במוצרי PCB לרכב, COB עוזרת ברכיבי חיישנים קטנים, במערכות תאורה ובמערכות בקרה. בעיצובי PCB לתחנות רדיו (RF), היא יכולה לשפר את התנהגות התדרים הגבוהים על ידי הפחתת האפקטים הפרזיטיים והקטנת גודל המסלולים.

COB ממלא גם תפקיד חשוב ביישומי PCB של תאורת LED. מבנים של LED מסוג COB ממקמים מספר שבבים פולטי אור ישירות על תת-הבסיס כדי ליצור צפיפות לוקס גבוהה וזרימת חום יעילה. מסיבה זו, מוצרים של LED מסוג COB נמצאים לעיתים קרובות באורות נקודתיים, תאורה מסחרית, תאורת בניינים וחלקים בעלי תפוקה גבוהה. החדשנות המודרנית תומכת בהתקדמות טובה יותר בפיזור החום ויכולה להגביר את הבהירות הקבועה. במילים פשוטות, COB אינו רק עניין של מכשירים אלקטרוניים — אלא גם אסטרטגיה משמעותית לאריזת מוצרים בתאורה מודרנית.

יישומים נפוצים של טכנולוגיית COB

PCB להתקנים אלקטרוניים לצרכן

כלים חכמים

התקנים נטענים

כלים לבית חכם

לוחות IoT

לוחות מעגלים לדiode פולט אור (LED)

אורות בעלי תפוקה גבוהה

תאורה מסחרית

אורות תעשייתיים

פ.ס.ב. לרכב

רכיבי יחידת חיישנים

מודולי בקרה

מערכות תאורת LED

PCB קליני

מכשירי אבחון

רדאר קומפקטי

פ.ס.ב. תעשיית חלל

אלקטרוניקה לאביווניקה

רכיבים בעלי אמינות גבוהה

לוח מודפס לתחנות רדיו (RF)

מעגלים בתדר גבוה

מודולים רגישים לסיגנלים

למה מהנדסים בוחרים COB

השפעת גודל לוח קטן יותר

לוחות מצע לניהול חום טובים יותר

ירידה נמוכה יותר באובדן סיגנל

שלבים פחות של אריזה בכמה תצורות

מצוין, אידיאלי למוצרים של חיבורים צפופים.

מעשי לMontaż מבריק של לוחות печת (PCB).

מאפיינים והיתרונות של טכנולוגיית Chip on Board (COB)

המפתח הגדול ביותר של אריזת Chip on Board (COB) הוא שהיא שולבת במשימה אחת את היתרונות של צפיפות, ביצועים ויעילות. על ידי הצבת המיקרוצקיל ישירות על הלוח, העיצוב נהיה בדרך כלל קטן יותר וטהור יותר מבחינה חשמלית. זה יכול לשפר את הביצועים במכשירים אלקטרוניים מהירים, לצמצם סוגים מסוימים של הפרעות אותות ולסייע בהפצת החום. היתרונות הללו עושים את טכנולוגיית COB למשיכה במיוחד לעיצוב מעגלים ניידים, לקטנת מעגלים דיגיטליים ולאופטימיזציה של יעילות לוחות ה-PCB.

 1. קטנה

COB משמש לעיתים קרובות כאשר מפתחים זקוקים להכניס עוד יותר יכולת לתוך פחות מקום. על ידי הסרת החומר המניע החיצוני, ניתן לצמצם את הגודל של המוצר באופן משמעותי. בחלק מהיישומים, COB יכול לצמצם את שטח הקרקע (footprint) ב-30–50% בהשוואה לשיטות אריזה רגילות יותר של מוצרים. זהו יתרון משמעותי למוצרים כמו מכשירים חכמים, ציוד נייד וציוד אלקטרוני לביש.

2. Elektrische prestaties

מכיוון שהשבב מותקן ישירות על לוח המעגלים הדrukטים (PCB) או על תת-הבסיס, מסלול החשמל קצר יותר. כלומר:

 התנגדות נמוכה יותר.

השראות נמוכה בהרבה.

עיכוב אות קטן יותר.

יציבות אות טובה יותר.

רכיבים פרזיטיים מצומצמים.

שיפורים אלו הם מועילים במיוחד ביישומים בתדר גבוה, מעגלי עיבוד אותות ואריזת ציוד דיגיטלי מתקדם.

3. יעילות תרמית

Cozy היא אחת היריבות הגדולות של ציוד דיגיטלי. טכנולוגיית COB עוזרת כי היא יכולה להעביר את Cozy בכמות גדולה בהרבה לתוך הסובסטרט והפריטים הסמוכים. זה חשוב במיוחד באבזור מוצרי LED בעלי הספק גבוה, אלקטרוניקה חזקה ומערכות קטנות שפועלות באופן קבוע. זרימת חום טובה יותר משמעה עומס נמוך יותר על רכיבים ואמינות ארוכת טווח טובה בהרבה.

 4. ירידה במחיר

COB יכולה לפגוע במחיר על ידי הסרת מספר מהשלבים הקשורים לאבזור רגיל. פחות רכיבי אבזור עלולים גם להוביל למזון קטן יותר ולשרשראות אספקה פחות מורכבות. בבניית כמויות גדולות, זה יכול ליצור הבדל משמעותי בעלויות הייצור הכוללות.

 5. גמישות בעיצוב

COB יכולה להתמודד עם:

לוח פלטינה דו-צדדי.

לוח פלטינה רב-שכבתי.

לוח פלטינה גמיש במערכות ספציפיות.

סובסטרטים מותאמים אישית.

עיצובים בצפיפות גבוהה.

הנוחות הזו הופכת אותה חיונית הן לפרוטוטיפינג של לוחות פלטינה והן לייצור לוחות פלטינה בכמויות גדולות.

טבלת היתרונות

מקרה לדוגמה: COB באור נורה LED

נורת LED מסוג COB עשויה לכלול מספר רב של שבבים של LED הממוקמים צמוד זה לזה על תת-שכבה אחת. בשל העובדה ששני השבבים מותקנים ישירות, מקור האור הופך צפוף ויעיל ביותר. דבר זה יוצר תוצאה מאירה חזקה יותר והארה אחידה יותר. כמו כן, זה משפר את פיקוח החום, מה שמאפשר לנורה לפעול זמן ממושך יותר.

איך מייצרים שבב-על-לוח (Chip-on-Board)

תהליך ייצור ה-COB הוא סדרה מדויקת של פעולות הממירה שבב חצי מוליך עירום למבנה محمן ומעשי. בניגוד להצבת SMD רגילה, תהליך ה-COB דורש טיפול מודע, מאחר שהשבב חשוף ופגיע יותר במהלך ההתקנה. התהליך כולל בדרך כלל הכנת תת-הבסיס, התקנת השבב, חיבור החוטות, אינקפסולציה ובקרת איכות. כל שלב משפיע על הביצועים הסופיים, האמינות והמראה החיצוני של המוצר.

1. הכנת תת-שכבת הרצפה

התהליך מתחיל בהכנה של תת-הבסיס של PCB או המוצר הבסיסי. שטח הפנים חייב להיות נקי, שטוח ומוכן לקישור. בהתאם לסוג, היצרן עלול ליישם אפוקסי מוליך או דבק נוסף כדי ליצור את הבסיס להדבקת השבב. בחירת תת-הבסיס מתבצעת בהתאם לצרכים התרמיים, החשמליים והמכניים.

2. התקנת השבב

לאחר מכן, השרשרא הגלומה מוצבת על הסובסטרט באמצעות יצרן איסוף והצבה או ציוד מדוייק להדבקת שרשראות. שלב זה נקרא הדבקת שרשרא גלומה או הדבקת שרשרא ישירה. ההצבה חייבת להיות מדויקת ביותר, מאחר ש даже סטייה קטנה יכולה להשפיע על הקשר החשמלי או על איכות ההדבקה.

3. קשירת חוטים

לאחר שהשרשרא מחוברת, הקישורים החשמליים נוצרים באמצעות קשירת חוטים. חוטים דקיקים — בדרך כלל זהב, נחושת או אלומיניום קל — מחברים את פסי השבב לפסי הלוח או לפדי ההדבקה. שתי שיטות נפוצות הן:

קשירת משולש.

קשירת כדור.

קשירת חוטים היא אחת המרכיבים החשובים ביותר בתהליך ייצור COB, מאחר שהיא יוצרת את הגשר החשמלי בין השרשרא האלקטרונית ללוח.

4. אינקפסולציה

השרשרא המחוברת ומבנה החוטים מוגנים בדרך כלל על ידי שכבת אפוקסי, סיליקון או חומר מסוג 'גLOB-TOP'. תהליך זה נקרא אינקפסולציה. הוא מגן על הרכיב מפני:

 ורטיבות.

אבק.

חרדה מכנית וחרדה.

רעד.

ניהול נזקים.

5. בדיקות ובקרת איכות

כאשר ההקמה היא כללית, היא עוברת הערכה ובידוק. שיטות רגילות כוללות:

בדיקת חשמל.

בדיקה באמצעות AOI.

בדיקת שריפה-ב (Burn-in).

הערכה חזותית.

בדיקת לוח פונקציונלית.

 פעולות אלו עוזרות לזהות בעיות בחוטים, פערים, מיקום לקוי של דבק או טעויות חשמליות לפני המשלוח של המוצר.

שולחן תהליך COB

אתגרי התהליך

תהליך ייצור COB דורש:

 סביבה נקייה.

מיקום מדויק.

בקרת חום מדויקת.

הандלת מקצועית.

שליטה באיכות איתנה.

Chip on Board לעומת טכנולוגיות אריזה אחרות

COB הוא רק אחד מסוגי האסטרטגיות במערכות המוליכים למחצה, והוא משמש להשוואה עם אלטרנטיבות נפוצות כגון BGA, SMD, PoP ו-DIP. לכל אריזה יש את היתרונות שלה, אך כל אחת פותרת בעיות שונות. COB הוא הבחירה הטובה ביותר כאשר גודל קטן, בקרת חום ואינטגרציה ישירה הם קריטיים במיוחד. אריזות אחרות עשויות להיות עדיפות כאשר תיקון, סטנדרטיזציה או נוחות בטיפול הם חשובים יותר.

COB לעומת BGA

אריזת BGA משתמשת בכדורים של אבזם כדי לחבר שבב ארוז ללוח. היא מספקת צפיפות מחברים גבוהה במיוחד הגנה מעולה, והיא שולטת בתחום ה-CPU, ה-GPU וה-IC המתקדמים. לעומת זאת, COB מצמיד את השבב הגלוי ישירות ללוח.

COB לעומת SMD

טכנולוגיית SMD המודרנית מתארת את שיטת ההתקנה על פני השטח, שבה רכיבים מארוזים מוצבים על הלוח. COB ניתן לראות כסוג ישר יותר של אינטגרציה.

COB לעומת PoP

אריזת על-אשכול (PoP) מארגנת שבבים ארוזים אחד מעל השני. שיטה זו מתאימה להתקנים רב-תפקודיים כמו טלפונים חכמים, אך היא שונה מ-COB בשל העובדה ש-COB מתמקדת בהצבת שבבים ישירות ברמת הלוח.

COB לעומת DIP

שיטות DIP הן ישנות יותר, גדולות יותר וקלות יותר לדגמם. הן תומכות בתפקידים סטנדרטיים, אך אינן תומכות בצפיפות או ביעילות של COB.

 טבלה השוואתית

היתרונות בשימוש ב-COB

הגורם הגדול ביותר שמעצבים בוחרים בו בעת הגדרת PCB של COB הוא היכולת לייצר מוצר קטן יותר, נקי יותר ומורכב יותר. עם זאת, היתרונות אינם מוגבלים לגודל בלבד. COB יכול לשפר את שלמות ה-PCB, לתמוך בניהול חום יעיל יותר על ה-PCB, ולצמצם את מספר צעדי האריזה במוצר לאורך שרשרת האספקה. ביישום האופטימלי, זה גם יכול לרדת את המחיר ולשפר את הביצועים הכוללים של המוצר.

 יתרונות עיקריים

אלקטרוניקה חוסכת מקום.

שיפור משמעותי בביצועים החשמליים.

שיפור בהתנגדות למתח תרמי ולמתח.

העלאה של האלמנט התחתון.

השפעות פאראזיטיות מינימליות.

התאמה חזקה לאחסון מוצרים בצפיפות גבוהה.

מתאים מאוד לכלי עבודה דיגיטליים בעלי אמינות גבוהה.

יתרונות ייצור

מספר קטן יותר של אלמנטים באגודות בחלק מהסגנונות.

אחוז החבילה המלאה עלול להיות מינימלי.

השתלבות טובה יותר בתהליך ייצור לוחות חיבור (PCB).

מתאים לתהליכים אוטומטיים ובתפוקה גבוהה.

קל בהרבה להתאים לצרכים ספציפיים של המוצר.

יתרונות ביצועי מוצר

COB יכול לסייע:

שפר את קצב האות.

פחית את אובדן האות.

תמוך בהרכבות לוח צפופות יותר.

הגבר את הבהירות ברכיבי LED.

הגבר את העברת החום במערכות רגישות לכוח.

הטבות עסקיות

לספקים, טכנולוגיית COB יכולה לשמור על:

ממדים קטנים יותר של מרחבי המוצרים.

עלות נמוכה יותר של המוצרים.

עיצוב מוצר זול בהרבה.

מיקום לוח השימוש טוב בהרבה.

הבחנה חזקה יותר בשווקים קטנים.

סיכום

שבב על הלוח (COB) הוא שיטה ישירה להצבת ואריזת רכיבים הממקמת שבב סמי-מוליך עירום ישירות על תת-הבסיס של לוח הPCB או חומר בסיס אחר. היא משמשת לעיתים קרובות, כיוון שהיא עוזרת לייצר מוצרים קטנים יותר, מהירים יותר ויציבים תרמית יותר. על ידי קיצור מסלולי אותות ופחת בעלויות האריזה, COB תומך באמינות האות, בניהול החום ובעיצוב לוח PCB קטן. לכן ניתן למצוא אותו ב-LED מסוג COB, אלקטרוניקה יוצאת דופן, מערכות רכב, ציוד מדעי, ציוד אסטרונאוטי ומעגלי RF.

COB שימושי במיוחד כאשר מוצר דורש אריזת פריטים בצפיפות גבוהה ואינטגרציה אמינה ברמת הלוח. במקביל, יש צורך בייצור, הגנה ובדיקה זהירים. התהליך כולל הכנת תת-הבסיס, הוספת הדיא, חיבור כבלים, עטיפה ובקרת איכות. זהו תהליך מומחה יותר מאשר הקמה בסיסית של SMD, אך במוצר המתאים, התועלת היא משמעותית.

שאלות נפוצות

מה היתרונות העיקריים של COB על פני אריזה מסורתית?

היתרונות המשמעותיים הם ממדים קטנים יותר, התנהגות תרמית טובה בהרבה, תוכניות אות קצרות יותר, וקושי אריזה נמוך יותר בחלק מהמוצרים.

למה חשוב לשלוט בחום בעיצובי COB?

 מכיוון שהדיא הלא מוגן מותקן ישירות על תת-הבסיס, יש לנהל את החום בזהירות רבה כדי למנוע מתח מכני ברכיב, כישלון או ירידה בביצועים.

האם ניתן לתקן רכיבי COB?

 לעיתים קרובות, אך תיקון השירות קשה מכיוון שהדיאה מוצבת ישירות על הלוח ובסדרתיות נצמדת לאחר החיבור.

אילו פריטים מתאימים ביותר לחדשנות המודרנית של COB?

COB הוא האופציה הטובה ביותר להתקנים ניידים, תאורת LED, מעגלים תדר רדיו (RF), רכיבי רכב, אלקטרוניקה מקצועית, וכן מערכות צפיפות גבוהה אחרות.

האם COB זהה ל- COB LED?

לא. COB LED הוא יישום ספציפי של טכנולוגיית COB בתחום התאורה. טכנולוגיית COB המודרנית עצמה משמשת באופן רחב בהרבה באבזור מוצרים אלקטרוניים.