Kas ir čipa uz plates tehnoloģija?

Kas ir čipa uz plates tehnoloģija?

Cipara uz plates (COB) tehnoloģija: iepakojums, process un priekšrocības

Ievads  

Cipars uz plates (COB) ir viena no svarīgākajām PCB mūsdienu digitālo ierīču iepakojuma tehnoloģijām, jo tā palīdz programmētājiem izstrādāt mazākas, ātrākas un termiski stabiles ierīces. Būtībā COB tehnoloģija nozīmē neapstrādāta pusvadītāja kristāla tiešu piestiprināšanu pie PCB pamatnes vai citas montāžas virsmas, nevis cipara ievietošanu atsevišķā plastmasas vai keramikas korpusā. Šī tiešā cipara montāžas metode padara COB iepakojumu īpaši pievilcīgu portatīvajās digitālajās ierīcēs, LED gaismekļos, patēriņa elektronikas ierīču PCB dizainos un daudzās citās augstas veiktspējas PCB montāžās pasaulē, kur tiek paredzēts, ka lietas kļūs plānākas, vieglākas un daudz jaudīgākas, COB patiešām ir kļuvis par vērtīgu metodi digitālās miniaturizācijas un PCB efektivitātes optimizācijai.

COB izmantošanas iemesls ir pamatots: tas vienlaikus risina vairākas problēmas. Pirmkārt, tas samazina izmērus, novēršot nepieciešamību pēc papildu mikroshēmu iepakojuma. Otrkārt, tas uzlabo signāla stabilitāti, jo elektriskā ceļa garums starp pusvadītāja elementu un galveno plati ir daudz īsāks. Treškārt, tas nodrošina labāku siltuma izvietošanas efektivitāti uz PCB, jo siltums var tiešāk pāriet uz pamatni un tālāk no aktīvās ierīces. Ceturtkārt, lielapjoma ražošanā tas var samazināt ražošanas izmaksas, samazinot iepakošanas darbības un vienkāršojot komponentu skaitu. Dažiem inženieriem un ražotājiem šis kombinācijas — vietai taupīga elektronika, signāla zudumu samazināšana un efektīva siltuma izvietošana — padara COB par ļoti izdevīgu alternatīvu modernām PCB montāžas un digitālās iepakošanas risinājumiem.

COB ir īpaši svarīgs rūpniecības nozarēs, kur ir svarīgi gan integritāte, gan mazie izmēri. LED apgaismes PCB sistēmās COB LED struktūras nodrošina augstu lumenblīvumu un efektīvu siltuma izkliedi. Automobiļu PCB montāžās COB var palīdzēt atbalstīt sensoru komponentus, vadības komponentus un apgaismes sistēmas, kas jāiztur vibrācijām, temperatūras svārstībām un mitruma iedarbībai. Medicīniskajās PCB un kosmosa tehnikas PCB konstrukcijās COB var tikt izmantots, kad projektētāji vēlas sarežģītu izstrādājumu iepakojumu ar izcilu elektrisko efektivitāti un ciešāku dēļu integrāciju. RF

PCB pielietojumos neaizsargāto pusvadītāju elementu (bare die) novietošanas samazinātās parazitārās ietekmes dēļ var uzlabot augstfrekvences darbību. Tāpēc čipa uz dēļa (Chip on Board) iepakojums nav tikai īpaša niša tehnika — tas ir būtisks ražošanas process, ko izmanto daudzās elektronisko ierīču ražošanas nozarēs.

Kas ir čips uz dēļa (Chip on Board, COB)?

Čipa uz paliktna (COB) ir pusvadītāju izstrādājumu iepakojuma metode, kurā neapstrādāts silīcija čips tiek uzstādīts tieši uz PCB pamatnes vai citiem pamata produktiem. Nevis ievietojot čipu vispirms pabeigtā plastmasas korpusā, ražotājs savieno pašu čipu ar plati un pēc tam to piestiprina, izmantojot vadu savienošanu, apgrieztā čipa tehnoloģiju vai citas PCB montāžas metodes. Tāpēc COB parasti tiek dēvēta par tiešo čipa montāžu vai neapstrādātā čipa novietošanu. Tā novērš papildu iepakojuma kārtas, kas var uzlabot elektrisko vadītspēju, ietaupīt vietu un padarīt gala izstrādājumu uzticamāku.

COB tehnoloģijas pamatideja ir ļoti noderīga: čipa novietošana pēc iespējas tuvāk tam elektroniskajam shēmai, kas to atbalsta. Jo īsāks ir šis savienojuma ceļš, jo mazāka ir iespēja signāla zudumam, parazitārai kapacitātei, nevēlamai induktivitātei vai liekai siltuma uzkrāšanai. Augstas ātrums un augstas blīvuma projektēšanā šīs nelielās uzlabošanas ir ļoti būtiskas. COB ir viena no iemeslu, kādēļ vairākas portatīvās elektroniskās ierīces var būt mazākas, nepazeminot pārmērīgi veiktspēju. Tas arī palīdz ražotājiem izstrādāt augstas blīvuma iepakošanas risinājumus ierīcēm, kurām ir jāveic vairāk darbību daudz mazākā telpā.

COB atšķiras no tradicionālajiem iebūvētajiem shēmu izstrādājumu iepakojumiem, jo tā izslēdz aizsargkorpuss ap kristālu jau uzstādīšanas procesa sākumā. Tas nozīmē, ka čips ir pakļauts visā ražošanas laikā, tāpēc procedūrai nepieciešama augstas kvalitātes PCB kvalitātes nodrošināšana, precīza rīku izmantošana un stingra vides pārvaldība pēc tam. Vienā no daudzām versijām kristāls ir aizsargāts ar epoksīda produkta pārklājumu, silikona iekapsulēšanu vai konformālu slāni, lai novērstu mitrumu, netīrumus, vibrācijas un mehāniskas problēmas. Tas ir viens no iemesliem, kāpēc COB parasti izmanto produktos, kas saglabā biezumu ar stabilitāti.

Kas padara COB atšķirīgu?

Kur tiek izmantota COB tehnoloģija?

COB modernā inovācija tiek izmantota tad, kad dizaineri vēlas mazāku, efektīvāku un bieži vien labāk siltumregulētu veidu, kā iepakot pusvadītājus. Tās izmantošana ir īpaši izplatīta produktos, kur pietiekami mazu digitālo ierīču un augstas veiktspējas PCB prasības krustojas. Tā kā čips tiek uzstādīts tieši uz dēlīša, COB var palīdzēt samazināt ietekmi, palielinot signāla stabilitāti un samazinot dažu veidu elektriskās traucējumus. Tas padara to par spēcīgu izvēli produktiem, kam nepieciešama gan miniaturizācija, gan augsta efektivitāte.

Viens no svarīgākajiem iemesliem, kāpēc COB tiek tik plaši izmantots, ir tā spēja labi pielāgoties dažādām tirgus vajadzībām. Patērētāju elektronikas ierīču PCB dizainā COB var palīdzēt ražotājiem izgatavot mazākas un vieglākas mobilās telefonu, valkājamās un intelektuālās ierīces. Biznesa elektronikas ierīcēs tas var nodrošināt vadības moduļus un sensoru sistēmas, kurām nepieciešama stabila darbība grūtās vides apstākļos. Automobiļu PCB produktos COB var palīdzēt ar nelieliem uztvērējelementiem, apgaismojuma sistēmām un vadības ierīcēm. RF PCB dizainos tas var uzlabot augstas frekvences raksturu, samazinot parazītiskās ietekmes un reducējot vadiņu izmērus.

COB turklāt spēlē būtisku lomu LED apgaismojuma PCB lietojumos. COB LED struktūras novieto vairākus gaismas izstarošanas čipus tieši uz pamatnes, lai izveidotu augstu lumen blīvumu un efektīvu siltuma izkliedi. Tāpēc COB LED izstrādājumus bieži izmanto reflektoru lampās, komerciālajā apgaismojumā, ēku apgaismojumā un augstas jaudas daļās. Mūsdienu inovācija nodrošina daudz labāku siltuma izkliedes uzlabojumu un var palielināt ilgstošu spilgtumu. Vienkārši sakot, COB nav tikai elektronisko ierīču jautājums — tas ir arī būtisks mūsdienu apgaismojuma izstrādājumu iepakošanas paņēmiens.

COB tehnoloģijas biežākie lietojumi

Patēriņa elektronikas PCB

Intelektuālie rīki

Valkājamie ierīču izstrādājumi

Gudro māju ierīces

IoT plāksnes

LED apgaismojuma PCB

Augstas jaudas lampas

Komerciāla gaismāšana

Rūpnieciskās lampas

Automobiļu PCB

Sensoru komponenti

Vadības moduļiem

LED gaismas sistēmas

Klīniskās PCB

Diagnostikas ierīces

Kompaktais radars

Kosmosa PCB

Aviācijas elektronika

Augstas uzticamības komponenti

RF PCB

Augstas frekvences shēmas

Signālu jutīgi moduļi

Kāpēc inženieri izvēlas COB

Mazāka izmēra plates ietekme

Labāka siltuma pārvaldības PCB

Zemāks signāla zuduma samazinājums

Dažos izkārtojumos mazāk iepakojuma soļu

Izcilas īpašības — ideālas augstas blīvuma savienojumu produktiem.

Praktiskas inovatīvai PCB montāžai.

Chip on Board (COB) priekšrocības un īpašības

Lielākais Chip on Board (COB) iepakošanas pievilcīgums ir tas, ka tā apvieno blīvumu, veiktspēju un ātruma priekšrocības vienā risinājumā. Ievietojot čipa kristālu tieši uz plates, dizains parasti kļūst kompaktāks un elektriski tīrāks. Tas var uzlabot veiktspēju augstas ātruma elektroniskajos ierīcēs, samazināt dažu veidu signālu traucējumus un veicināt siltuma izvietojumu. Šīs priekšrocības padara COB īpaši pievilcīgu portatīvo shēmu izstrādei, digitālo shēmu miniaturizācijai un PCB efektivitātes optimizācijai.

 1. Miniaturizācija

COB bieži tiek izmantots, kad izstrādātājiem ir nepieciešams iepakot vēl vairāk jaudas mazākā vietā. Eliminējot ārējo korpusu, produkts var būt ievērojami kompaktāks. Dažos pielietojumos COB var samazināt produkta izmērus par 30–50 % salīdzinājumā ar parastākām iepakojuma metodēm. Tas ir būtisks priekšrocības faktors tādiem produktiem kā inteligenti ierīces, mobilās ierīces un valkājamā elektronika.

2. Elektriskie parametri

Tā kā čips tiek uzstādīts tieši uz PCB vai pamatnes, elektriskais ceļš ir daudz īsāks. Tas nozīmē:

 Mazāka pretestība.

Daudozīgi mazāka induktivitāte.

Mazāks signāla kavēšanās laiks.

Labāka signāla stabilitāte.

Samazināti parazitārie komponenti.

Šie uzlabojumi ir īpaši noderīgi augstas frekvences pielietojumiem, signālu apstrādes shēmām un modernām digitālo ierīču iepakojuma risinājumiem.

3. Siltumvadītspēja

Cozy ir viens no lielākajiem digitālo ierīču pretiniekiem. COB palīdz, jo tas var pārnest vairāk Cozy uz pamatnes un apkārtējiem priekšmetiem. Tas ir ļoti svarīgi augstas jaudas LED izstrādājumu iepakojumam, enerģētikas elektronikai un nelielām sistēmām, kas darbojas nepārtraukti. Labāka siltuma plūsma nozīmē mazāku komponentu slodzi un daudz labāku ilgstošu uzticamību.

 4. Zemākas izmaksas

COB var samazināt izmaksas, novēršot vairākus parastā iepakojuma procesā saistītos soļus. Mazāks iepakojuma komponentu skaits var arī nozīmēt mazāku krājumu un vienkāršāku piegādes ķēdi. Lielām sērijām tas var būt ievērojams faktors kopējās ražošanas izmaksās.

 5. Projektēšanas elastība

COB var apstrādāt:

Divpusēju PCB.

Vielu PCB.

Elastīgu PCB konkrētās sistēmās.

Pielāgotas pamatnes.

Augstas blīvuma izkārtojumus.

Šī elastība padara to vienlīdz svarīgu gan PCB prototipēšanai, gan lielapjoma PCB ražošanai.

Priekšumu tabula

Gadījuma izpēte: COB LED apgaismojumā

COB LED lampa var ietvert daudzus LED čipus, kas cieši novietoti vienā pamatnē. Tā kā čipi ir tieši uzmontēti, gaismas avots kļūst ārkārtīgi blīvs un efektīvs. Tas rada spilgtāku rezultātu un vienmērīgāku apgaismojumu. Tas līdzīgi uzlabo siltuma regulēšanu, kas palīdz lampai ilgāk saglabāt darbības spēju.

Kā tiek ražoti čipi uz plates

COB ražošanas process ir precīzu darbību secība, kas pārvērš neaizsargātu pusvadītāja čipu aizsargātā un funkcionālā montāžā. Atšķirībā no parastās SMD (virsmas montāžas) tehnoloģijas COB ražošanā nepieciešama rūpīga apstrāde, jo čips ir atklāts un vairāk bojājams montāžas laikā. Procesā parasti ietilpst pamatnes sagatavošana, čipa piestiprināšana, vadu savienošana, iepakošana un testēšana. Katra darbība ietekmē gala produkta veiktspēju, uzticamību un izskatu.

1. Pamata sagatavošana

Processa sākums ir PCB pamatnes vai bāzes produkta sagatavošana. Virsmas laukumam jābūt tīram, līdzenu un sagatavotam saistīšanai. Atkarībā no izpildes veida ražotājs var uzklāt vadītspējīgu epoksīdu vai citu līmi, lai izveidotu čipa piestiprināšanas pamatu. Pamatnes elements tiek izvēlēts, pamatojoties uz termiskajām, elektriskajām un mehāniskajām prasībām.

2. Kristāla piestiprināšana

Tālāk neapstrādātais kristāls tiek novietots uz pamatnes, izmantojot pievilkšanas un novietošanas iekārtu vai precīzus kristālu saistīšanas ierīces. Šo soli sauc par kristāla piestiprināšanu vai tiešo kristāla piestiprināšanu. Novietošanai jābūt ļoti precīzai, jo pat neliela novirze var ietekmēt elektrisko savienojumu vai saistīšanas kvalitāti.

3. Vadiņu saistīšana

Pēc kristāla piestiprināšanas elektriskie savienojumi tiek izveidoti, izmantojot vadiņu saistīšanu. Tievi vadi — parasti no zelta, vara vai vieglās alumīnija — savieno čipa kontaktligzdas ar PCB vadītājiem vai saistīšanas kontaktligzdām. Divas izplatītas metodes ir:

Vadu spiediena saistīšana.

Lodēšanas lodītes saistīšana.

Vadu pieslēgšana ir viena no būtiskākajām COB izveides daļām, jo tā veido elektrisko savienojumu starp pusvadītāja kristālu un plati.

4. Iepakošana

Piesaistītais čips un vada struktūra parasti tiek aizsargāta ar epoksīda materiāla pārklājumu, silikona vai globālās virsmas (glob-top) produktu. Šo procesu sauc par iepakošanu. Tas aizsargā montāžu no:

 Mitruma.

Dzīslas.

Mehāniskās slodzes un spriedzes.

Vibrācijas.

Mehāniskiem bojājumiem.

5. Testēšana un kvalitātes kontrole

Kad montāža ir pabeigta, tai tiek veikta novērtēšana un testēšana. Parastās metodes ietver:

Elektrisko testēšanu.

AOI pārbaude.

Iekaršanas testēšana.

Vizuālā novērtēšana.

Praktiskā dēļa testēšana.

 Šīs darbības palīdz noteikt kabeļu problēmas, spraugas, nepareizu līmēšanas vietas vai elektriskas kļūdas pirms izstrādājuma nosūtīšanas.

COB procesa tabula

Procesa izšķērības

COB ražošanai nepieciešams:

 Kārtīgas vides.

Precīza novietošana.

Precīza temperatūras kontrole.

Iemaņu prasīga apstrāde.

Uzticama kvalitātes kontrole.

Chip on Board pretī citām iepakojuma tehnoloģijām

COB ir tikai viena no vairākām pusvadītāju stratēģiju veidām, un tā nolūks ir salīdzināt to ar parastajām alternatīvām, piemēram, BGA, SMD, PoP un DIP. Katram iepakojumam ir savas stiprās puses, tomēr tie risina dažādas problēmas. COB ir visefektīvākais tad, kad ļoti svarīgi ir kompakts izmērs, termiskā kontrole un tieša integrācija. Citus iepakojumus var izvēlēties tad, kad svarīgāka ir remontspēja, standartizācija vai apkalpojamība.

COB pretī BGA

BGA iepakojums izmanto lodēšanas lodes, lai savienotu iepakoto čipu ar plati. Tas nodrošina lielisku kontaktu blīvumu un aizsardzību un dominē CPU, GPU un sarežģītākos IC. COB, salīdzinājumā ar to, uzstāda neiepakoto čipu tieši uz plates.

COB pret SMD

SMD modernā tehnoloģija apraksta virsmas montāžas ierīču uzstādīšanu, kur iepakotās sastāvdaļas tiek novietotas uz plates. COB var uzskatīt par daudz vienkāršāku jauktās shēmas veidu.

COB pret PoP

Stratēģijas iepakojums (PoP) pārklāj iepakotus čipus vertikāli. Tas darbojas daudzfunkcionāliem ierīču veidiem, piemēram, viedtālruņiem, taču atšķiras no COB, jo COB koncentrējas tieši uz čipu novietošanu uz dēļa līmeņa.

COB pret DIP

DIP metodes ir vecākas, lielākas un vienkāršāk modelējamas. Tās palīdz standarta uzdevumu izpildei, tačau neatbalsta COB kompaktumu vai efektivitāti.

 Salīdzināšanas tabula

COB izmantošanas priekšrocības

Lielākais faktors, kuru projektētāji ņem vērā, izvēloties COB PCB izvietojumu, ir tas, ka tas ļauj izstrādāt mazāku, tīrāku un daudz integrētāku izstrādājumu. Tomēr priekšrocības neaprobežojas tikai ar izmēru. COB var uzlabot PCB integritāti, veicināt labāku PCB siltuma pārvaldību un samazināt iepakojuma darbību skaitu piegādes ķēdē. Optimālā lietojumprogrammā tas var arī samazināt izmaksas un uzlabot kopējo produkta veiktspēju.

 Galvenie ieguvumi

Vietaupjošai elektronikai.

Labāka elektriskā veiktspējas uzlabošana.

Uzlabota termiskā stresa un stresa pretestība.

Zemāka komponenta augstuma pakāpe.

Samazinātas parazitārās ietekmes.

Spēcīga piemērotība augstas blīvuma produktu iepakojumam.

Izcilas īpašības augstas uzticamības digitālajiem rīkiem.

Ražošanas priekšrocības

Dažos veidos mazāk saišķa elementu.

Varbūt samazināta pilnīgā iepakojuma likme.

Labāka integrācija ar PCB ražošanu.

Piemērots automatizētiem un lielapjoma procesiem.

Daudz vieglāk pielāgot produktam specifiskajām prasībām.

Produkta veiktspējas priekšrocības

COB var palīdzēt:

Uzlabot signāla ātrumu.

Samazināt signāla zudumus.

Atbalstīt ciešāku dēļa izvietojumu.

Paaugstināt spilgtumu LED ierīcēs.

Uzlabot siltuma pārnese jaudas jutīgās sistēmās.

Biznesa priekšrocības

Piegādātājiem COB var nodrošināt:

Mazākas produkta telpas.

Zemākas produkta izmaksas.

Daudz ekonomiskāku produkta dizainu.

Labāku dēļa izmantošanas izvietojumu.

Spēcīgāka atšķirība mazos tirgos.

Kopsavilkums

Chip on Board (COB) ir tieša ievietošanas un izstrādājuma iepakošanas metode, kas ievieto neaizsargātu pusvadītāju tieši uz PCB pamatnes vai citiem bāzes materiāliem. To bieži izmanto, jo tā palīdz izstrādājumiem kļūt kompaktākiem, ātrākiem un daudz termiski stabiliem. Samazinot signāla ceļus un iepakošanas izmaksas, COB nodrošina signāla integritāti, termisko regulēšanu un kompaktus PCB dizainus. Tāpēc to izmanto COB LED, patēriņa elektronikā, automašīnu sistēmās, zinātniskajās ierīcēs, kosmosa tehnoloģijās un RF shēmās.

COB ir īpaši noderīgs, kad produktam nepieciešama augstas blīvuma elementu iepakošana un uzticama dēļa līmeņa integrācija. Tajā pašā laikā tam nepieciešama rūpīga ražošana, aizsardzība un testēšana. Procesā ietilpst pamatnes sagatavošana, kristāla uzlikšana, vadu savienošana, iekapsulēšana un kvalitātes kontrole. Tas ir specializētāks nekā vienkārša SMD montāža, tačau piemērotā produktā ieguvumi ir būtiski.

Bieži uzdotie jautājumi

Kādi ir galvenie COB priekšnosti salīdzinājumā ar tradicionālo iepakošanu?

Būtiskākās priekšrocības ir mazāks izmērs, labāka siltuma pārvedība, īsāki signālu ceļi un dažos veidos samazināta iepakošanas sarežģītība.

Kāpēc siltuma regulēšana ir svarīga COB veidos?

 Tā kā neaizsargātais kristāls tiek uzstādīts tieši uz pamatnes, siltumu jāregulē rūpīgi, lai novērstu ierīces spriegumu un bailes, atteici, vai veiktspējas zudumu.

Vai COB montāžas var remontēt?

 Bieži vien remonts ir grūts, jo matrica ir novietota tieši uz plates un parasti pēc saistīšanas tiek apvilktas.

Kuri priekšmeti vislabāk piemēroti COB modernajai tehnoloģijai?

COB ir vispiemērotākā portatīvajām ierīcēm, LED apgaismojumam, RF shēmām, automašīnu komponentiem, profesionālajai elektronikai un citām daudzblīvumām sistēmām.

Vai COB ir tas pats, kas COB LED?

Nē. COB LED ir konkrēta COB tehnoloģijas lietošana apgaismojumā. Pati COB modernā tehnoloģija tiek izmantota daudz plašāk elektronisko izstrādājumu iepakošanā.