Ce este tehnologia chip-pe-placă?

Ce este tehnologia chip-pe-placă?

Tehnologia Chip-on-Board (COB): ambalare, proces și avantaje

Introducere  

Chip-ul pe placă (COB) se numără printre cele mai importante PCB tehnologii moderne de ambalare în dispozitivele digitale actuale, deoarece ajută programatorii să creeze produse mai mici, mai rapide și mai stabile din punct de vedere termic. În esență, tehnologia COB presupune atașarea directă a unui die semiconductor neprotejat pe substratul unei plăci de circuit imprimat (PCB) sau pe o altă suprafață de montare, în loc să fie plasat într-un corp plastic sau ceramic separat. Această metodă de montare directă a chip-ului face ca ambalarea COB să fie foarte atractivă în dispozitivele digitale portabile, lămpile LED, echipamentele electronice de consum și designurile PCB ale acestora, precum și în numeroase tipuri de asamblări PCB de înaltă performanță Asamblări PCB într-o lume în care se așteaptă ca lucrurile să devină mai subțiri, mai ușoare și mult mai puternice, tehnologia COB a devenit de fapt o metodă valoroasă pentru miniaturizarea digitală și optimizarea eficienței PCB.

Motivul pentru care tehnologia COB este atât de extensiv utilizată este fundamental: rezolvă simultan o varietate de probleme. În primul rând, reduce dimensiunea prin eliminarea necesității unui ambalaj suplimentar al produsului în jurul cipului. În al doilea rând, îmbunătățește stabilitatea semnalului, deoarece traseul electric dintre die-ul semiconductor și placa de bază este mult mai scurt. În al treilea rând, asigură o monitorizare termică superioară a eficienței PCB, deoarece căldura poate fi transferată mult mai direct în substrat și departe de componentele active. În al patrulea rând, poate reduce costurile de producție în cazul producției de volum mare, prin reducerea operațiunilor de ambalare și simplificarea numărului de componente. Pentru mulți ingineri și producători, această combinație de electronice compacte, reducere a pierderii semnalului și tehnologie eficientă de disipare termică face din COB o alternativă extrem de avantajoasă pentru montarea avansată a PCB și soluțiile moderne de ambalare electronică.

COB este deosebit de important în industrii unde atât integritatea, cât și dimensiunile reduse sunt esențiale. În sistemele de plăci de circuit imprimat (PCB) pentru luminile LED, cadrele LED COB oferă o densitate ridicată de lumeni și o circulație eficientă a căldurii. În ansamblurile PCB auto, COB poate sprijini componente ale dispozitivelor de detectare, componente de comandă și sisteme de iluminat care trebuie să reziste vibrațiilor, variațiilor de temperatură și expunerii directe la umiditate. În proiectarea PCB medical și a PCB pentru aplicații aero-spațiale, COB poate fi utilizat atunci când proiectanții doresc ambalaje avansate ale produselor, cu o eficiență electrică excepțională și o integrare mai strânsă a plăcilor. În aplicațiile RF

Pentru PCB, influențele parazite reduse ale amplasării die-urilor neprotejate pot îmbunătăți performanța la frecvențe înalte. De aceea, tehnologia de ambalare Chip-on-Board (COB) nu este doar o tehnică specializată — este o metodă semnificativă de fabricație utilizată în numeroase domenii ale industriei de echipamente electronice.

Ce este tehnologia Chip-on-Board (COB)?

Montarea pe placă (COB) este o metodă de ambalare a componentelor semiconductoare, la care un cip de siliciu neprotejat este montat direct pe suportul unei plăci de circuit imprimat (PCB) sau pe alt tip de substrat. În loc să poziționeze cipul într-un carcasă plastică finalizată, producătorul conectează direct cipul la placă, apoi îl fixează folosind tehnologia de legătură prin fire, tehnologia flip-chip sau alte metode de asamblare PCB. De aceea, COB este adesea descrisă ca montare directă a cipului sau plasare a cipului neprotejat. Această metodă elimină straturile suplimentare de ambalare ale componentelor, ceea ce poate îmbunătăți conductivitatea electrică, economisi spațiu și crește fiabilitatea produsului final.

Ideea de bază din spatele tehnologiei COB este foarte utilă: plasarea cipului cât mai aproape posibil de circuitul care îl susține. Cu cât această cale de conectare este mai scurtă, cu atât este mai mică probabilitatea pierderii semnalului, a capacității parazite, a inductanței nefavorabile sau a acumulării excesive de căldură. În proiectele de înaltă viteză și înaltă densitate, aceste mici îmbunătățiri au o mare importanță. COB este unul dintre motivele pentru care unele dispozitive electronice portabile pot fi mai mici fără a renunța la performanțe excesive. De asemenea, ajută producătorii să dezvolte soluții de ambalare cu densitate ridicată pentru dispozitivele care trebuie să realizeze mai multe funcții într-un spațiu mult mai redus.

COB diferă de ambalarea tradițională a produselor cu circuite integrate, deoarece elimină carcasa de protecție din jurul die-ului la începutul fluxului de asamblare. Aceasta înseamnă că die-ul este expus pe tot parcursul producției, astfel încât procesul necesită o asigurare excelentă a calității PCB-ului, un echipament precis și o gestionare riguroasă a mediului în continuare. În mai multe variante, die-ul este protejat prin acoperire cu rășină epoxidică, encapsulare cu silicon sau strat conformal pentru a preveni umiditatea, praf, vibrațiile și problemele mecanice. Acesta este unul dintre motivele pentru care COB este utilizat în mod obișnuit în produsele care mențin grosimea cu stabilitate.

Ce face ca COB să fie diferit?

La ce se folosește tehnologia COB?

Inovația contemporană COB este utilizată atunci când proiectanții doresc o metodă mai mică, mai eficientă și, de obicei, mai bine reglată termic pentru ambalarea semiconductorilor. Utilizarea sa este deosebit de frecventă în produsele în care cerințele de economisire a spațiului pentru dispozitivele digitale și cele de înaltă performanță ale plăcilor de circuit imprimat (PCB) se suprapun. Deoarece cipul este montat direct pe placă, tehnologia COB poate contribui la reducerea impactului, creșterea stabilității semnalelor și diminuarea unor tipuri de perturbări electrice. Acest lucru o face o alegere puternică pentru produsele care necesită atât miniaturizare, cât și o eficiență ridicată.

Unul dintre cele mai bune motive pentru care tehnologia COB este utilizată atât de larg este faptul că se adaptează bine la diverse piețe. În proiectarea PCB pentru dispozitive electronice de consum, COB poate ajuta producătorii să realizeze telefoane, dispozitive portabile și gadgeturi inteligente mai mici și mai ușoare. În dispozitivele electronice comerciale, aceasta poate susține modulele de comandă și sistemele de senzori care necesită un funcționare stabilă în medii dificile. În produsele PCB destinate industriei auto, COB poate contribui la componente miniaturizate de detectare, sisteme de iluminare și dispozitive de comandă. În proiectele PCB RF, aceasta poate îmbunătăți comportamentul la frecvențe înalte prin reducerea efectelor parazite și prin micșorarea dimensiunilor urmelor.

COB joacă, de asemenea, un rol semnificativ în aplicațiile PCB pentru iluminat LED. Structurile LED COB plasează mai multe cipuri emițătoare de lumină direct pe un substrat pentru a obține o densitate ridicată de lumeni și o gestionare eficientă a căldurii. De aceea, produsele LED COB sunt frecvent utilizate în reflectoare, iluminat comercial, iluminat pentru clădiri și componente de înaltă putere. Inovația modernă asigură o îmbunătățire semnificativă a disipării căldurii și poate crește luminozitatea constantă. Pe scurt, COB nu este doar o tehnologie electronică — este, de asemenea, o strategie importantă de ambalare a produselor pentru iluminatul modern.

Utilizări comune ale tehnologiei COB

PCB pentru dispozitive electronice de consum

Unelte Inteligente

Dispozitive portabile

Dispozitive pentru casă inteligentă

Plăci IoT

PCB iluminat LED

Lumină de înaltă putere

Iluminat comercial

Iluminat industrial

PCB automotive

Componente senzori

Module de Control

Sisteme de iluminat LED

Placă de circuit imprimat clinică

Dispozitive de diagnosticare

Radar compact

PCB aerospace

Electronice pentru avionics

Componente de înaltă fiabilitate

Rf pcb

Circuite de înaltă frecvență

Module sensibile la semnal

De ce inginerii aleg COB

Impactul dimensiunii reduse a plăcii

Placă de circuit imprimat cu gestionare termică superioară

Scădere mai mică a pierderii semnalului

Mai puțini pași de ambalare în unele configurări

Excepțional, ideal pentru produsele cu interconectare înaltă densitate.

Practic pentru asamblarea ingenioasă a plăcilor PCB.

Caracteristici și avantaje ale tehnologiei Chip on Board (COB)

Cel mai mare avantaj al ambalării Chip on Board constă în faptul că combină beneficiile densității, performanței și vitezei într-o singură strategie. Prin plasarea directă a die-ului pe placă, designul devine, de obicei, mai mic și mai curat din punct de vedere electric. Acest lucru poate îmbunătăți performanța dispozitivelor electronice de înaltă viteză, poate reduce anumite tipuri de interferențe semnal, iar, de asemenea, poate contribui la o mai bună circulație a căldurii. Aceste beneficii fac ca tehnologia COB să fie deosebit de atrăgătoare pentru proiectarea circuitelor portabile, miniaturizarea circuitelor digitale și optimizarea eficienței plăcilor PCB.

 1. Miniaturizare

COB este frecvent utilizat atunci când dezvoltatorii au nevoie să integreze o putere suplimentară într-un spațiu mai mic. Prin eliminarea carcasei exterioare, un produs poate fi redus semnificativ. În unele aplicații, COB poate reduce suprafața ocupată cu 30–50% comparativ cu metodele mai obișnuite de ambalare a produselor. Aceasta reprezintă un avantaj major pentru produsele precum dispozitivele inteligente, echipamentele mobile și electronica portabilă.

2. Performanță electrică

Deoarece cipul este montat direct pe placa de circuit imprimat (PCB) sau pe substrat, traseul electric este mult mai scurt. Acest lucru înseamnă:

 Rezistență redusă.

Inductanță mult mai redusă.

Întârziere redusă a semnalului.

Stabilitate superioară a semnalului.

Componente parazitice reduse.

Aceste îmbunătățiri sunt deosebit de utile în aplicațiile de înaltă frecvență, circuitele de condiționare a semnalelor și ambalarea echipamentelor digitale avansate.

3. Eficiență termică

Cozy este unul dintre cei mai mari oponenți ai dispozitivelor digitale. COB ajută, deoarece poate transfera o cantitate mult mai mare de Cozy în substrat și în elementele din jur. Acest lucru este foarte important pentru ambalarea produselor LED de înaltă putere, pentru electronica de putere și pentru sistemele mici care funcționează în mod continuu. O transferare mai eficientă a căldurii implică o tensiune mai scăzută asupra componentelor și o fiabilitate pe termen lung mult mai bună.

 4. Cost redus

COB poate reduce costul eliminând numeroase etape asociate ambalării obișnuite. Un număr mai mic de componente ale ambalajului poate duce, de asemenea, la o reducere a stocurilor și la lanțuri de aprovizionare mai puțin complexe. Pentru producția în volum mare, acest lucru poate face o diferență semnificativă asupra costului total de producție.

 5. Flexibilitate în proiectare

COB poate gestiona:

Plăci de circuit imprimate (PCB) cu dublă față.

Plăci de circuit imprimate (PCB) cu mai multe straturi.

Plăci de circuit imprimate (PCB) flexibile în sistemele detaliate.

Substrate personalizate.

Configurații de înaltă densitate.

Această versatilitate îl face esențial atât pentru prototiparea PCB, cât și pentru producția în masă de PCB.

Tabelul avantajelor

Studiu de caz: COB în iluminatul cu LED

O lampă LED COB poate include numeroase cipuri LED poziționate strâns împreună pe un singur substrat. Datorită faptului că cipurile sunt montate direct, sursa de lumină devine extrem de densă și eficientă. Acest lucru generează un rezultat mai strălucitor și o iluminare mult mai uniformă. De asemenea, îmbunătățește monitorizarea termică, ceea ce contribuie la o durată de viață mai lungă a sursei de lumină.

Modul în care se realizează cipurile pe plăcuță (Chip-on-Board)

Procesul de fabricare COB este o succesiune precisă de etape care transformă un cip semiconductor neprotejat într-un ansamblu protejat și funcțional. Spre deosebire de montarea obișnuită SMD, COB necesită o manipulare atentă, deoarece cipul este expus și mai fragil în timpul procesului de asamblare. Procesul include, în general, pregătirea substratului, fixarea cipului, legarea prin fire, incapsularea și testarea. Fiecare etapă influențează performanța finală, fiabilitatea și aspectul produsului.

1. Pregătirea suportului

Procesul începe cu pregătirea substratului PCB sau a produsului de bază. Suprafața trebuie să fie curată, plană și pregătită pentru lipire. În funcție de tipul de produs, producătorul poate aplica o epoxidă conductoare sau un alt tip de adeziv pentru a crea baza de fixare a cipului. Elementul substrat este ales în funcție de cerințele termice, electrice și mecanice.

2. Fixarea die-ului

Următorul pas constă în plasarea die-ului neprotejat pe substrat, folosind un echipament de tip pick-and-place sau dispozitive de fixare precisă a die-urilor. Această etapă se numește fixare die sau fixare directă a die-ului. Poziționarea trebuie să fie extrem de precisă, deoarece chiar și o mică nesimetricitate poate afecta legătura electrică sau calitatea lipirii.

3. Legarea prin fir

După ce die-ul este fixat, legăturile electrice sunt realizate prin legare prin fir. Fire subțiri — de obicei din aur, cupru sau aluminiu ușor — conectează padurile cipului la urmele PCB sau la padurile de legare. Cele două metode comune sunt:

Legarea prin cuțit.

Legarea prin bilă.

Legarea cablurilor este una dintre cele mai esențiale părți ale realizării tehnologiei COB, deoarece creează puntea electrică dintre cipul semiconductor și placă.

4. Învelirea

Cipul lipit și structura de cabluri sunt, în mod obișnuit, protejate cu un strat de material epoxidic, silicon sau un produs de tip glob-top. Acest proces se numește învelire. El protejează montajul împotriva:

 Umezeală.

Praf.

Tensiunii mecanice și a stresului mecanic.

Vibrație.

Daunelor fizice.

5. Testare și control calitativ

După finalizarea montajului, acesta este supus evaluării și testărilor. Metodele obișnuite includ:

Testarea electrică.

Inspecția AOI.

Testarea de încălzire prelungită (burn-in).

Evaluarea vizuală.

Testare practică a plăcii.

 Aceste acțiuni ajută la identificarea problemelor legate de cabluri, a spațiilor libere, a aplicării incorecte a adezivului sau a erorilor electrice înainte de expedierea produsului.

Tabelul procesului COB

Provocări ale procesului

Producția COB necesită:

 Atmosfere curate.

Poziționare specifică.

Control termic precis.

Manipulare calificată.

Control riguros al calității.

Chip pe placă (COB) versus alte tehnologii de ambalare

COB este doar una dintre numeroasele tipuri de strategii semiconductoare și este util să o comparăm cu alternativele obișnuite, cum ar fi BGA, SMD, PoP și DIP. Fiecare tip de ambalare are avantajele sale, dar rezolvă probleme diferite. COB este cel mai potrivit atunci când dimensiunea redusă, controlul termic și integrarea directă sunt de o importanță deosebită. Alte tipuri de ambalare pot fi mai potrivite atunci când reparația, standardizarea sau ușurința în manipulare sunt mai importante.

COB versus BGA

Un ambalaj BGA folosește sfere de lipitură pentru a conecta un cip ambalat la placă. Acesta oferă o densitate foarte ridicată de pini și o protecție excelentă, fiind predominant utilizat în unitățile centrale de procesare (CPU), unitățile de procesare grafică (GPU) și circuitele integrate avansate. În comparație, COB montează direct cipul neprotejat pe placă.

COB vs. SMD

Tehnologia modernă SMD explică montarea pe suprafață a dispozitivelor, unde componente ambalate sunt plasate pe placă. COB poate fi considerat un tip mult mai direct de integrare.

COB vs. PoP

Ambalajul pe strategie (PoP) suprapune cipuri ambalate în sus și în jos. Această abordare funcționează pentru dispozitive multifuncționale, cum ar fi telefoanele inteligente, dar diferă de COB, deoarece COB se concentrează pe plasarea directă a cipurilor la nivelul plăcii de bază.

COB vs. DIP

Tehnologiile DIP sunt mai vechi, mai mari și mult mai ușor de modelat. Ele susțin sarcini standard, dar nu oferă compacitatea sau eficiența COB.

 Tabel de comparație

Avantajele utilizării tehnologiei COB

Cel mai important factor pe care proiectanții îl iau în considerare la alegerea tehnologiei COB pentru plăcile de circuit imprimat (PCB) este faptul că aceasta permite realizarea unui produs mai mic, mai curat și mai bine integrat. Totuși, avantajele nu se limitează doar la dimensiune. Tehnologia COB poate îmbunătăți integritatea PCB-urilor, poate sprijini o gestionare termică superioară a PCB-urilor și poate reduce numărul de etape implicate în ambalarea produselor din lanțul de aprovizionare. În aplicația optimă, aceasta poate, de asemenea, scădea costurile și îmbunătăți performanța generală a produsului.

 Avantaje principale

Electronice economisitoare de spațiu.

Îmbunătățire semnificativă a performanței electrice.

Rezistență îmbunătățită la stres termic și la stres și anxietate.

Creștere mai mică a elementelor.

Efecte parazitare minimizate.

Potrivire excelentă pentru ambalarea produselor cu densitate ridicată.

Ideal pentru echipamente digitale de înaltă fiabilitate.

Avantaje în Fabricare

Mai puține elemente de ambalare în unele variante.

Rata totală de ambalare poate fi minimizată.

Asimilare mai bună cu procesul de fabricare a PCB-urilor.

Potrivit pentru procese automate și de mare volum.

Mult mai ușor de adaptat pentru cerințele specifice produsului.

Avantaje ale performanței produsului

COB poate ajuta:

Îmbunătățirea ratei semnalului.

Reducerea pierderii semnalului.

Susținerea unor configurații mai compacte ale plăcilor.

Creșterea luminozității în dispozitivele LED.

Optimizarea transferului termic în sistemele sensibile la putere.

Avantajele afacerii

Pentru furnizori, COB poate menține:

Spații mai mici pentru produse.

Costuri reduse ale produselor.

Un design de produs mult mai accesibil din punct de vedere bugetar.

O amplasare mult mai eficientă a panoului de utilizare.

O diferențiere mai puternică pe piețele mici.

Rezumat

Chip on Board (COB) este o metodă directă de plasare și ambalare a componentelor care plasează un semiconductor neprotejat direct pe sustratul unei plăci de circuit imprimat (PCB) sau pe alt material de bază. Este frecvent utilizată deoarece ajută produsele să devină mai mici, mai rapide și mult mai eficiente din punct de vedere termic. Prin scurtarea traseelor semnalelor și reducerea costurilor de ambalare, tehnologia COB sprijină integritatea semnalelor, gestionarea termică și miniaturizarea designului PCB. De aceea, este întâlnită în LED-uri COB, electronica de consum, sisteme auto, echipamente științifice, echipamente aerospațiale și circuite RF.

COB este deosebit de util atunci când un produs necesită ambalarea articolelor cu densitate ridicată și o integrare fiabilă la nivel de placă. În același timp, necesită o producție, o protecție și o testare atente. Procedura constă în pregătirea suportului, montarea die-ului, legarea prin cablu, incapsularea și controlul calității. Este mai specializată decât montarea SMD de bază, dar, în cazul produsului potrivit, rentabilitatea este solidă.

Întrebări frecvente

Care sunt principalele avantaje ale tehnologiei COB față de ambalarea tradițională?

Avantajele semnificative sunt dimensiunea mai mică, comportamentul termic mult mai bun, lungimea mai scurtă a traseelor de semnal și reducerea complexității ambalării produselor în unele variante.

De ce este importantă monitorizarea termică în variantele COB?

 Deoarece die-ul neîncapsulat este montat direct pe suport, căldura trebuie gestionată cu mare atenție pentru a preveni stresul și anxietatea dispozitivului, defectarea acestuia sau pierderea performanței.

Pot fi reparate ansamblurile COB?

 Frecvent, totuși serviciul de reparație este dificil, deoarece matricea este plasată direct pe placă și, în mod normal, este acoperită după lipire.

Ce articole se potrivesc cel mai bine inovației moderne COB?

COB este ideal pentru dispozitive portabile, iluminat LED, circuite RF, componente auto, echipamente electronice profesionale și alte sisteme cu densitate ridicată.

Este COB la fel ca COB LED?

Nu. COB LED este o aplicație specifică a tehnologiei COB în domeniul iluminatului. În sine, tehnologia modernă COB este utilizată mult mai frecvent în ambalarea produselor electronice.