ชิปออนบอร์ดคืออะไร

ชิปออนบอร์ดคืออะไร

เทคโนโลยี Chip-on-Board (COB): การบรรจุภัณฑ์ กระบวนการ และข้อได้เปรียบ

บทนำ  

การบรรจุภัณฑ์แบบ Chip aboard (COB) เป็นหนึ่งในเทคโนโลยีการบรรจุภัณฑ์ที่สำคัญที่สุด PCB ในยุคปัจจุบันสำหรับอุปกรณ์ดิจิทัลสมัยใหม่ เนื่องจากช่วยให้นักพัฒนาสามารถสร้างผลิตภัณฑ์ที่มีขนาดเล็กลง ทำงานได้เร็วขึ้น และมีความเสถียรทางความร้อนมากขึ้น ที่แก่นแท้ของเทคโนโลยี COB คือการยึดติดชิปเซมิคอนดักเตอร์แบบไม่มีเปลือก (bare die) โดยตรงลงบนพื้นผิวของแผงวงจรพิมพ์ (PCB) หรือพื้นผิวติดตั้งอื่นๆ แทนที่จะใส่ชิปไว้ภายในบรรจุภัณฑ์พลาสติกหรือเซรามิกแยกต่างหากก่อน วิธีการติดตั้งชิปโดยตรงนี้เองที่ทำให้การบรรจุภัณฑ์แบบ COB มีความน่าสนใจอย่างยิ่งในอุปกรณ์ดิจิทัลแบบพกพา โคมไฟ LED อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค โครงสร้างแผงวงจรพิมพ์ (PCB) และการประกอบแผงวงจรพิมพ์ (PCB assemblies) แบบประสิทธิภาพสูงหลากหลายประเภท การประกอบแผงวงจรพิมพ์ (PCB assemblies) ในโลกที่สิ่งต่าง ๆ คาดการณ์ว่าจะบางลง เบาลง และมีประสิทธิภาพสูงขึ้นอย่างมาก กระบวนการ COB จึงกลายเป็นวิธีการที่มีคุณค่าสำหรับการย่อส่วนอุปกรณ์ดิจิทัลและการเพิ่มประสิทธิภาพของแผงวงจรพิมพ์ (PCB)

เหตุผลที่เทคโนโลยี COB ได้รับการใช้งานอย่างแพร่หลายนั้นเกิดจากหลักการพื้นฐาน: คือสามารถแก้ไขปัญหาต่าง ๆ ได้พร้อมกันหลายประการ ประการแรก ช่วยลดขนาดโดยกำจัดความจำเป็นในการบรรจุภัณฑ์เพิ่มเติมรอบชิป ประการที่สอง เพิ่มความเสถียรของสัญญาณ เนื่องจากระยะทางของวงจรไฟฟ้าระหว่างชิปเซมิคอนดักเตอร์กับเมนบอร์ดสั้นลงอย่างมาก ประการที่สาม ช่วยให้ระบบระบายความร้อนบนแผงวงจรพิมพ์ (PCB) มีประสิทธิภาพดีขึ้นอย่างมาก เพราะความร้อนสามารถถ่ายเทเข้าสู่ซับสเตรตได้โดยตรงและรวดเร็วขึ้น รวมทั้งห่างไกลจากอุปกรณ์ที่ทำงานอยู่ ประการที่สี่ สามารถลดต้นทุนการผลิตในกระบวนการผลิตจำนวนมากได้ โดยการลดขั้นตอนการบรรจุภัณฑ์และทำให้จำนวนชิ้นส่วนโดยรวมลดลง สำหรับวิศวกรและผู้ผลิตจำนวนมากแล้ว ชุดคุณสมบัติที่รวมกันของเทคโนโลยี COB ซึ่งประกอบด้วยการประหยัดพื้นที่บนวงจรอิเล็กทรอนิกส์ การลดการสูญเสียสัญญาณ และเทคโนโลยีการกระจายความร้อนที่มีประสิทธิภาพ ทำให้ COB เป็นทางเลือกที่มีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับการประกอบแผงวงจรพิมพ์รุ่นล่าสุดและการเลือกใช้เทคโนโลยีการบรรจุภัณฑ์อุปกรณ์ดิจิทัล

COB มีความสำคัญอย่างยิ่งในอุตสาหกรรมที่ทั้งความสมบูรณ์ของชิ้นส่วนและความมีขนาดเล็กต่างมีความสำคัญ ในระบบแผงวงจรพิมพ์ (PCB) สำหรับไฟ LED กรอบโครงสร้าง COB LED ให้ความหนาแน่นของลูเมนสูงและสามารถระบายความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในชุดประกอบ PCB สำหรับยานยนต์ COB สามารถช่วยสนับสนุนชิ้นส่วนของเซ็นเซอร์ตรวจจับ ชิ้นส่วนควบคุม และระบบไฟที่ต้องทนต่อการสั่นสะเทือน การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ และการสัมผัสกับความชื้นได้ ในงานออกแบบ PCB สำหรับอุปกรณ์ทางการแพทย์และงานออกแบบ PCB สำหรับอวกาศ COB อาจถูกนำมาใช้เมื่อนักออกแบบต้องการบรรจุภัณฑ์ผลิตภัณฑ์ขั้นสูงที่มีประสิทธิภาพทางไฟฟ้าโดดเด่นและสามารถรวมแผงวงจรเข้าด้วยกันได้อย่างแน่นหนา

ในการประยุกต์ใช้งาน PCB สำหรับสัญญาณความถี่วิทยุ (RF) การลดผลกระทบแบบพาราซิติก (parasitic effects) ที่เกิดจากการติดตั้งชิปแบบไม่มีแพ็กเกจ (bare die) สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพในการทำงานที่ความถี่สูงได้ นี่คือเหตุผลที่เทคนิคการบรรจุภัณฑ์แบบ Chip on Board (COB) ไม่ใช่เพียงแค่วิธีการเฉพาะทางเท่านั้น แต่ยังเป็นกระบวนการผลิตที่มีน้ำหนักสำคัญและถูกนำไปใช้ทั่วทุกภาคส่วนของอุตสาหกรรมการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

Chip on Board (COB) คืออะไร?

การติดตั้งชิปบนแผงวงจร (Chip aboard: COB) คือวิธีการบรรจุภัณฑ์ชิ้นส่วนเซมิคอนดักเตอร์แบบหนึ่ง ซึ่งใช้ชิปซิลิคอนเปล่า (bare silicon die) ติดตั้งโดยตรงลงบนสารรองรับของแผงวงจรพิมพ์ (PCB substratum) หรือฐานผลิตภัณฑ์อื่นๆ โดยแทนที่จะใส่ชิปไว้ภายในบรรจุภัณฑ์พลาสติกสำเร็จรูปก่อน ผู้ผลิตจะเชื่อมชิปโดยตรงเข้ากับแผงวงจร จากนั้นยึดติดด้วยวิธีการเชื่อมสายไฟฟ้า (wire bonding) เทคโนโลยีฟลิป-ชิป (flip-chip technology) หรือวิธีการประกอบแผงวงจรพิมพ์อื่นๆ ด้วยเหตุนี้ COB จึงมักถูกเรียกว่า “การติดตั้งชิปโดยตรง” หรือ “การวางชิปเปล่า” ซึ่งช่วยกำจัดชั้นบรรจุภัณฑ์เพิ่มเติมออก ทำให้การนำไฟฟ้าดีขึ้น ประหยัดพื้นที่ และเพิ่มความน่าเชื่อถือให้กับผลิตภัณฑ์สุดท้าย

แนวคิดหลักของเทคโนโลยี COB มีประโยชน์มาก: วางชิปให้ใกล้กับวงจรที่รองรับมันมากที่สุดเท่าที่เป็นไปได้ ยิ่งระยะทางของการเชื่อมต่อนั้นสั้นลงเท่าใด โอกาสที่จะเกิดการสูญเสียสัญญาณ ความจุแฝง (parasitic capacitance) ความเหนี่ยวนำที่ไม่พึงประสงค์ (unfavorable inductance) หรือการสะสมความร้อนที่ไม่จำเป็นก็จะยิ่งลดลงเท่านั้น ในงานออกแบบที่มีความเร็วสูงและมีความหนาแน่นสูง การปรับปรุงเล็กๆ เหล่านี้มีความสำคัญอย่างยิ่ง COB คือหนึ่งในเหตุผลที่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบพกพาหลายชนิดสามารถทำให้มีขนาดเล็กลงโดยไม่ต้องลดประสิทธิภาพในการทำงานลงอย่างมาก นอกจากนี้ยังช่วยให้ผู้ผลิตสามารถพัฒนาโซลูชันการบรรจุภัณฑ์ที่มีความหนาแน่นสูงสำหรับอุปกรณ์ที่ต้องการให้ทำงานได้มากขึ้นในพื้นที่ที่จำกัด

COB แตกต่างจากบรรจุภัณฑ์ผลิตภัณฑ์วงจรรวมแบบดั้งเดิม เนื่องจากขจัดการห่อหุ้มป้องกันรอบชิป (die) ออกตั้งแต่ขั้นตอนแรกของกระบวนการประกอบ ซึ่งหมายความว่าชิปจะถูกสัมผัสโดยตรงตลอดกระบวนการผลิต ดังนั้นขั้นตอนนี้จึงต้องอาศัยการควบคุมคุณภาพของแผงวงจรพิมพ์ (PCB) อย่างเข้มงวด การใช้อุปกรณ์ที่แม่นยำ และการจัดการสิ่งแวดล้อมอย่างเข้มแข็งในขั้นตอนต่อมา สำหรับรูปแบบต่าง ๆ หลายแบบ ชิปจะได้รับการปกป้องด้วยสารเคลือบอีพอกซี สารปิดผนึกซิลิโคน หรือชั้นเคลือบแบบคอนฟอร์มัล (conformal coating) เพื่อป้องกันความชื้น ฝุ่น สั่นสะเทือน และปัญหาเชิงกลอื่น ๆ นี่คือเหตุผลหนึ่งที่ COB มักถูกนำมาใช้ในผลิตภัณฑ์ที่ต้องรักษาความบางไว้พร้อมกับความมั่นคง

อะไรทำให้ COB แตกต่าง?

เทคโนโลยี COB ใช้ทำอะไร?

นวัตกรรมร่วมสมัยแบบ COB ถูกนำมาใช้เมื่อนักออกแบบต้องการวิธีการบรรจุชิปเซมิคอนดักเตอร์ที่มีขนาดเล็กลง มีประสิทธิภาพสูงขึ้น และมักมีการควบคุมอุณหภูมิได้ดีขึ้น โดยการใช้งานเทคโนโลยีนี้พบได้บ่อยเป็นพิเศษในผลิตภัณฑ์ที่มีความต้องการอุปกรณ์ดิจิทัลประหยัดพื้นที่และแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ที่ให้สมรรถนะสูงพร้อมกัน เนื่องจากชิปถูกติดตั้งโดยตรงลงบนแผงวงจร จึงช่วยลดผลกระทบต่าง ๆ ขณะเพิ่มความเสถียรของสัญญาณและลดการรบกวนทางไฟฟ้าบางประเภท ทำให้ COB เป็นตัวเลือกที่แข็งแกร่งสำหรับผลิตภัณฑ์ที่ต้องการทั้งการลดขนาดและประสิทธิภาพที่โดดเด่น

หนึ่งในปัจจัยสำคัญที่ทำให้ COB ได้รับความนิยมใช้งานอย่างแพร่หลายคือความสามารถในการปรับตัวเข้ากับตลาดต่าง ๆ ได้ดี ในงานออกแบบแผงวงจรพิมพ์ (PCB) สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ของผู้บริโภค COB ช่วยให้ผู้ผลิตสามารถผลิตสมาร์ทโฟน อุปกรณ์สวมใส่ (wearables) และอุปกรณ์อัจฉริยะให้มีขนาดเล็กลงและน้ำหนักเบาลง ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เพื่อการพาณิชย์ COB สามารถรองรับโมดูลควบคุมและระบบเซ็นเซอร์ที่ต้องการความเสถียรในการทำงานภายใต้สภาพแวดล้อมที่รุนแรง ในผลิตภัณฑ์ PCB สำหรับยานยนต์ COB ช่วยสนับสนุนชิ้นส่วนอุปกรณ์ตรวจจับขนาดเล็ก ระบบไฟส่องสว่าง และอุปกรณ์ควบคุม ส่วนในงานออกแบบ PCB สำหรับคลื่นความถี่วิทยุ (RF) COB สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการทำงานที่ความถี่สูงได้โดยลดผลกระทบจากค่าพาราซิติก (parasitic effects) และลดขนาดของลายวงจร (trace sizes)

COB ยังมีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งในแอปพลิเคชันแผงวงจรพิมพ์ (PCB) สำหรับระบบให้แสงสว่างด้วย LED อุปกรณ์ COB LED ประกอบด้วยชิปกำเนิดแสงหลายตัวที่ติดตั้งโดยตรงบนวัสดุรองรับ เพื่อสร้างความหนาแน่นของลูเมนสูงและประสิทธิภาพในการถ่ายเทความร้อนที่ดีเยี่ยม นี่คือเหตุผลที่ผลิตภัณฑ์ COB LED มักใช้ในโคมไฟสปอตไลต์ โคมไฟเชิงพาณิชย์ ระบบแสงสว่างสำหรับอาคาร และชิ้นส่วนที่ต้องการกำลังแสงสูง เทคโนโลยีสมัยใหม่ช่วยปรับปรุงการกระจายความร้อนได้ดียิ่งขึ้น และสามารถเพิ่มความสว่างอย่างสม่ำเสมอได้ กล่าวโดยสรุปแล้ว COB ไม่ใช่เพียงเทคโนโลยีด้านอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เท่านั้น แต่ยังเป็นกลยุทธ์การบรรจุภัณฑ์ผลิตภัณฑ์ที่สำคัญสำหรับระบบแสงสว่างยุคใหม่อีกด้วย

การใช้งานทั่วไปของเทคโนโลยี COB

แผงวงจรพิมพ์สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค

เครื่องมืออัจฉริยะ

อุปกรณ์สวมใส่

อุปกรณ์สมาร์ทโฮม

บอร์ดอินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่ง (IoT)

แผ่นวงจรพีซีบีสำหรับไฟแอลอีดี

โคมไฟกำลังสูง

ไฟสำหรับใช้ในเชิงพาณิชย์

โคมไฟอุตสาหกรรม

แผงวงจรพีซีบีสำหรับยานยนต์

องค์ประกอบของเซนเซอร์

โมดูลควบคุม

ระบบไฟ LED

แผงวงจรพิมพ์ทางการแพทย์

อุปกรณ์วินิจฉัย

เรดาร์แบบคอมแพกต์

PCB สายการบิน

อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับระบบการบิน

ชิ้นส่วนที่มีความน่าเชื่อถือสูง

Rf pcb

วงจรความถี่สูง

โมดูลที่ไวต่อสัญญาณ

เหตุใดวิศวกรจึงเลือกใช้ COB

ผลกระทบจากขนาดของแผงวงจรที่เล็กลง

แผงวงจรพิมพ์ที่จัดการความร้อนได้ดีขึ้น

การลดลงของสัญญาณสูญเสียที่ต่ำลง

จำนวนขั้นตอนการบรรจุภัณฑ์ที่น้อยลงในบางเลย์เอาต์

โดดเด่นเป็นพิเศษ เหมาะสำหรับผลิตภัณฑ์การเชื่อมต่อแบบความหนาแน่นสูง

ใช้งานได้จริงสำหรับการประกอบแผงวงจรพิมพ์ (PCB) อย่างชาญฉลาด

คุณสมบัติและข้อได้เปรียบของเทคโนโลยี Chip on Board (COB)

จุดดึงดูดที่สำคัญที่สุดของบรรจุภัณฑ์แบบ Chip on Board คือ การผสานรวมข้อได้เปรียบด้านความหนาแน่น ประสิทธิภาพ และอัตราการประมวลผลไว้ในกลยุทธ์เดียว โดยการวางชิป (die) ลงบนแผงวงจรโดยตรง ทำให้การออกแบบโดยทั่วไปมีขนาดเล็กลงและมีคุณภาพทางไฟฟ้าที่ดีขึ้น ส่งผลให้เพิ่มประสิทธิภาพในการทำงานของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ความเร็วสูง ลดการรบกวนสัญญาณบางประเภท และช่วยในการกระจายความร้อนอย่างมีประสิทธิภาพ ข้อได้เปรียบเหล่านี้ทำให้เทคโนโลยี COB มีความน่าสนใจอย่างยิ่งสำหรับการออกแบบวงจรแบบพกพา การย่อส่วนวงจรดิจิทัล และการเพิ่มประสิทธิภาพของแผงวงจรพิมพ์ (PCB)

 1. การย่อส่วน

COB มักถูกนำมาใช้เมื่อนักพัฒนาต้องการเพิ่มประสิทธิภาพให้สูงขึ้นในพื้นที่ที่จำกัดยิ่งขึ้น โดยการกำจัดบรรจุภัณฑ์ภายนอกออก ทำให้อุปกรณ์สามารถลดขนาดลงได้อย่างมาก ในบางแอปพลิเคชัน COB สามารถลดพื้นที่ที่ใช้ (footprint) ได้ถึง 30–50% เมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการบรรจุภัณฑ์แบบดั้งเดิมอื่นๆ ซึ่งถือเป็นข้อได้เปรียบสำคัญสำหรับผลิตภัณฑ์อย่างอุปกรณ์อัจฉริยะ เครื่องมือแบบพกพา และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สวมใส่

2. สมบัติด้านไฟฟ้า

เนื่องจากชิปถูกติดตั้งโดยตรงลงบนแผงวงจรพิมพ์ (PCB) หรือฐานรองรับ ความยาวของเส้นทางไฟฟ้าจึงสั้นลงอย่างมาก ส่งผลให้:

 ความต้านทานลดลง

ค่าความเหนี่ยวนำลดลงอย่างมาก

เวลาหน่วงของสัญญาณลดลง

ความเสถียรของสัญญาณดีขึ้น

ส่วนประกอบรบกวน (parasitical components) ลดลง

การปรับปรุงเหล่านี้มีประโยชน์อย่างยิ่งต่อแอปพลิเคชันที่ทำงานที่ความถี่สูง วงจรปรับสัญญาณ (signal conditioning circuits) และการบรรจุภัณฑ์อุปกรณ์ดิจิทัลขั้นสูง

3. ประสิทธิภาพการจัดการความร้อน

Cozy เป็นหนึ่งในคู่แข่งรายใหญ่ที่สุดของอุปกรณ์ดิจิทัล ซึ่ง COB ช่วยสนับสนุนได้ เนื่องจากสามารถถ่ายโอนความรู้สึก Cozy ไปยังสารรองรับและวัตถุรอบข้างได้มากขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ สิ่งนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการบรรจุภัณฑ์ผลิตภัณฑ์ LED กำลังสูง อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลัง และระบบที่มีขนาดเล็กซึ่งทำงานอย่างต่อเนื่อง การถ่ายเทความร้อนที่ดีขึ้นหมายถึงความเครียดของชิ้นส่วนลดลง และความน่าเชื่อถือในระยะยาวดีขึ้นอย่างมาก

 4. ต้นทุนต่ำลง

COB สามารถลดต้นทุนได้โดยการตัดขั้นตอนต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับการบรรจุภัณฑ์แบบทั่วไปออกไปหลายขั้นตอน จำนวนส่วนประกอบของบรรจุภัณฑ์ที่ลดลงยังส่งผลให้สินค้าคงคลังลดลง และห่วงโซ่อุปทานมีความซับซ้อนน้อยลงอีกด้วย สำหรับการผลิตในปริมาณสูง สิ่งนี้สามารถสร้างความแตกต่างอย่างมีน้ำหนักต่อต้นทุนการผลิตโดยรวม

 5. ความยืดหยุ่นในการออกแบบ

COB สามารถรองรับได้:

แผงวงจรพิมพ์สองด้าน (Double-sided PCB)

แผงวงจรพิมพ์หลายชั้น (Multi-layer PCB)

แผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น (Flexible PCB) ในระบบเฉพาะทาง

สารรองรับที่ออกแบบตามความต้องการเฉพาะ (Customized substrates)

การออกแบบแบบความหนาแน่นสูง (High-density layouts)

ความสะดวกในการใช้งานนี้ทำให้ COB มีความสำคัญอย่างยิ่งทั้งต่อการพัฒนาต้นแบบแผงวงจรพิมพ์ (PCB prototyping) และการผลิตแผงวงจรพิมพ์ในปริมาณสูง (high-volume PCB production)

ตารางข้อได้เปรียบ

กรณีศึกษา: เทคโนโลยี COB ในการให้แสงสว่างด้วย LED

โคมไฟ LED แบบ COB อาจประกอบด้วยชิป LED จำนวนมากที่จัดเรียงอย่างแน่นหนาบนซับสเตรตเดียวกัน เมื่อชิปถูกติดตั้งโดยตรงลงบนซับสเตรต แหล่งกำเนิดแสงจึงมีความหนาแน่นสูงและมีประสิทธิภาพมากขึ้น ส่งผลให้ได้แสงที่สว่างกว่าและกระจายแสงได้สม่ำเสมอมากขึ้น นอกจากนี้ยังช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการจัดการความร้อน ซึ่งส่งผลให้หลอดไฟมีอายุการใช้งานยาวนานขึ้น

วิธีการผลิตชิปบนแผงวงจร (Chip-on-Board)

กระบวนการผลิต COB เป็นลำดับขั้นตอนที่แม่นยำซึ่งเปลี่ยนชิปเซมิคอนดักเตอร์ดิบให้กลายเป็นชิ้นส่วนที่มีความปลอดภัยและใช้งานได้จริง ต่างจากกระบวนการวางชิปแบบ SMD ทั่วไป กระบวนการ COB จำเป็นต้องใช้การจัดการอย่างระมัดระวัง เนื่องจากชิปยังไม่ถูกห่อหุ้มและมีความเปราะบางมากขึ้นในระหว่างการผลิต ขั้นตอนโดยทั่วไปประกอบด้วยการเตรียมซับสเตรต การติดตั้งชิป (die attach) การเชื่อมสาย (wire bonding) การห่อหุ้ม (encapsulation) และการทดสอบ โดยแต่ละขั้นตอนล้วนมีผลต่อประสิทธิภาพสุดท้าย ความน่าเชื่อถือ และลักษณะภายนอกของผลิตภัณฑ์

1. การเตรียมพื้นผิวฐาน

กระบวนการเริ่มต้นด้วยการเตรียมพื้นผิวของแผงวงจรพิมพ์ (PCB) หรือผลิตภัณฑ์ฐาน ซึ่งพื้นที่ผิวจำเป็นต้องสะอาด แบนเรียบ และพร้อมสำหรับการยึดติด ขึ้นอยู่กับรูปแบบที่ใช้ ผู้ผลิตอาจเคลือบด้วยเรซินนำไฟฟ้า (conductive epoxy) หรือกาวชนิดอื่นเพื่อสร้างฐานสำหรับการยึดติดชิป วัสดุฐานจะถูกเลือกตามความต้องการด้านความร้อน ไฟฟ้า และเชิงกล

2. การยึดติดชิป (Die Attachment)

จากนั้น ชิปเปล่า (bare die) จะถูกวางลงบนพื้นผิวฐานโดยใช้เครื่องจักรแบบ pick-and-place หรืออุปกรณ์ยึดติดชิปแบบความแม่นยำสูง ขั้นตอนนี้เรียกว่า การยึดติดชิปแบบตรง (die attach) หรือการยึดติดชิป (die bonding) โดยการวางต้องมีความแม่นยำสูงมาก เพราะแม้การจัดแนวผิดเพียงเล็กน้อยก็อาจส่งผลต่อการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าหรือคุณภาพของการยึดติด

3. การเชื่อมสาย (Wire Bonding)

หลังจากที่ชิปถูกยึดติดแล้ว จะมีการสร้างการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าโดยใช้เทคนิคการเชื่อมสาย (wire bonding) โดยใช้ลวดเส้นเล็กมาก—มักทำจากทองคำ ทองแดง หรืออลูมิเนียมน้ำหนักเบา—เพื่อเชื่อมต่อระหว่างแผ่นโลหะบนชิป (chip pads) กับรอยลายวงจรบน PCB (PCB traces) หรือแผ่นโลหะสำหรับการเชื่อม (bonding pads) ซึ่งมีวิธีการเชื่อมที่นิยมใช้สองแบบ ได้แก่

การเชื่อมแบบเวดจ์ (Wedge bonding)

การเชื่อมแบบบอล (Ball bonding)

การยึดติดสายไฟเป็นหนึ่งในส่วนที่สำคัญที่สุดของการผลิตชิปแบบ COB เนื่องจากมันสร้างสะพานไฟฟ้าระหว่างชิปเซมิคอนดักเตอร์กับแผงวงจร

4. การห่อหุ้ม

ชิปที่ถูกยึดติดและโครงสร้างสายไฟมักจะได้รับการปกป้องด้วยวัสดุเคลือบเช่นเรซินอีพอกซี ซิลิโคน หรือสารเคลือบแบบ glob-top กระบวนการนี้เรียกว่า การห่อหุ้ม ซึ่งทำหน้าที่ป้องกันการผลิตจาก:

 ความชื้น.

ฝุ่น.

ความเครียดเชิงกลและความเครียด

การสั่นสะเทือน

การควบคุมความเสียหาย

5. การทดสอบและการควบคุมคุณภาพ

เมื่อกระบวนการผลิตเสร็จสมบูรณ์แล้ว จะมีการประเมินและทดสอบผลิตภัณฑ์ วิธีการทั่วไปประกอบด้วย:

การทดสอบทางไฟฟ้า

การตรวจสอบด้วยระบบ AOI

การทดสอบแบบ Burn-in

การประเมินด้วยตาเปล่า

การทดสอบบอร์ดอย่างมีประสิทธิภาพ

 การดำเนินการเหล่านี้ช่วยในการระบุปัญหาของสายเคเบิล ช่องว่าง ตำแหน่งการติดกาวที่ไม่เหมาะสม หรือข้อผิดพลาดทางไฟฟ้า ก่อนสินค้าจะถูกจัดส่ง

ตารางกระบวนการ COB

ความท้าทายในกระบวนการ

การผลิต COB ต้องการ:

 สภาพแวดล้อมที่สะอาดเรียบร้อย

การจัดวางเฉพาะเจาะจง

การควบคุมอุณหภูมิอย่างแม่นยำ

การจัดการด้วยทักษะเฉพาะทาง

การควบคุมคุณภาพอย่างเข้มงวด

Chip on Board เทียบกับเทคโนโลยีการบรรจุภัณฑ์อื่นๆ

COB เป็นเพียงหนึ่งในหลายกลยุทธ์การผลิตชิปเซมิคอนดักเตอร์ และควรเปรียบเทียบกับทางเลือกทั่วไปอื่นๆ เช่น BGA, SMD, PoP และ DIP แต่ละเทคโนโลยีมีข้อได้เปรียบของตนเอง แต่ก็ถูกออกแบบมาเพื่อแก้ไขปัญหาที่แตกต่างกัน ซึ่ง COB เหมาะสมที่สุดเมื่อขนาดที่พกพาได้ ความสามารถในการควบคุมความร้อน และการรวมตัวโดยตรง (direct integration) มีความสำคัญอย่างยิ่ง ในขณะที่เทคโนโลยีการบรรจุภัณฑ์อื่นๆ อาจเหมาะสมกว่าเมื่อความจำเป็นในการซ่อมบำรุงได้ ความเป็นมาตรฐาน หรือความสะดวกในการจัดการมีความสำคัญมากกว่า

COB เทียบกับ BGA

แพ็กเกจ BGA ใช้ลูกบอลเชื่อม (solder spheres) เพื่อเชื่อมชิปที่ผ่านกระบวนการบรรจุภัณฑ์แล้วเข้ากับแผงวงจร โดยให้ความหนาแน่นของขาเชื่อม (pin density) สูงมากและมีความทนทานดีเยี่ยม จึงนิยมใช้กันอย่างแพร่หลายใน CPU, GPU และไอซีขั้นสูงอื่นๆ ขณะที่ COB นั้นติดตั้งชิปดิบ (bare die) โดยตรงลงบนแผงวงจร

COB เทียบกับ SMD

เทคโนโลยี SMD รุ่นใหม่หมายถึงการติดตั้งอุปกรณ์แบบติดผิว (Surface Mount Device) ซึ่งเป็นการวางชิ้นส่วนที่ผ่านการบรรจุภัณฑ์แล้วลงบนแผงวงจร ในขณะที่ COB ถือเป็นวิธีการรวมแบบตรงและเรียบง่ายกว่า

COB เทียบกับ PoP

แพ็กเกจบนกลยุทธ์ (PoP) วางชิปที่ผ่านการแพ็กเกจแล้วซ้อนกันทั้งแนวตั้ง วิธีนี้ใช้ได้ดีกับอุปกรณ์แบบหลายฟังก์ชัน เช่น สมาร์ทโฟน แต่แตกต่างจาก COB เนื่องจาก COB มุ่งเน้นการติดตั้งชิปโดยตรงลงบนแผงวงจร (board-level)

COB เทียบกับ DIP

เทคนิค DIP เป็นวิธีการที่เก่ากว่า มีขนาดใหญ่กว่า และจำลองแบบได้ง่ายกว่า สามารถรองรับงานมาตรฐานทั่วไปได้ แต่ไม่สามารถรองรับความกะทัดรัดหรือประสิทธิภาพเท่ากับ COB

 ตารางเปรียบเทียบ

ข้อได้เปรียบของการใช้ COB

ปัจจัยสำคัญที่สุดที่ผู้ออกแบบเลือกใช้ COB บนแผงวงจร (PCB) คือความสามารถในการสร้างผลิตภัณฑ์ที่มีขนาดเล็กลง มีรูปลักษณ์เรียบร้อยขึ้น และรวมเข้าด้วยกันได้ดีขึ้นอย่างมาก แต่ข้อได้เปรียบเหล่านี้ไม่จำกัดเพียงแค่ขนาดเท่านั้น ทั้งนี้ COB สามารถเพิ่มความแข็งแรงของแผงวงจร (PCB integrity) สนับสนุนการจัดการความร้อนของ PCB ได้ดีขึ้น และลดจำนวนขั้นตอนการบรรจุภัณฑ์ผลิตภัณฑ์ในห่วงโซ่อุปทาน สำหรับการประยุกต์ใช้งานที่เหมาะสมที่สุด COB ยังสามารถช่วยลดต้นทุนและยกระดับประสิทธิภาพโดยรวมของผลิตภัณฑ์ได้อีกด้วย

 ข้อดีหลัก

อิเล็กทรอนิกส์ประหยัดพื้นที่

การปรับปรุงประสิทธิภาพทางไฟฟ้าที่ดีขึ้น

ปรับปรุงความต้านทานต่อความเครียดจากความร้อน ความเครียด และความวิตกกังวล

ระดับองค์ประกอบต่ำลง

ลดผลกระทบข้างเคียงให้น้อยที่สุด

เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการบรรจุภัณฑ์ผลิตภัณฑ์ที่มีความหนาแน่นสูง

เหมาะมากสำหรับอุปกรณ์ดิจิทัลที่ต้องการความน่าเชื่อถือสูง

ข้อได้เปรียบด้านการผลิต

จำนวนองค์ประกอบในชุดบรรจุภัณฑ์น้อยลงในบางรุ่น

อาจทำให้อัตราการจัดส่งครบชุดลดลง

ผสานเข้ากับกระบวนการผลิตแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ได้ดีขึ้น

เหมาะสมสำหรับกระบวนการผลิตแบบอัตโนมัติและปริมาณสูง

ปรับแต่งให้สอดคล้องกับความต้องการเฉพาะของผลิตภัณฑ์ได้ง่ายขึ้นมาก

ข้อได้เปรียบด้านประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์

COB สามารถช่วยได้:

เพิ่มอัตราการส่งสัญญาณ

ลดการสูญเสียสัญญาณ

รองรับการจัดวางแผงวงจรให้แน่นขึ้น

เพิ่มความสว่างในอุปกรณ์ LED

เพิ่มประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนในระบบที่ไวต่อพลังงาน

ข้อได้เปรียบทางธุรกิจ

สำหรับผู้จัดจำหน่าย COB สามารถรักษาไว้ได้:

พื้นที่ผลิตภัณฑ์ที่มีขนาดเล็กลง

ค่าใช้จ่ายในการผลิตผลิตภัณฑ์ที่ต่ำลง

การออกแบบผลิตภัณฑ์ที่ประหยัดต้นทุนมากยิ่งขึ้น

ตำแหน่งของแผงควบคุมการใช้งานที่ดีกว่ามาก

ความแตกต่างที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นในตลาดขนาดเล็ก

สรุป

Chip on Board (COB) คือวิธีการติดตั้งและบรรจุชิ้นส่วนโดยตรง ซึ่งวางชิปเซมิคอนดักเตอร์แบบไม่มีฝาครอบลงบนพื้นผิวของแผงวงจรพิมพ์ (PCB) หรือวัสดุฐานอื่นๆ โดยทั่วไปแล้วจะใช้วิธีนี้เนื่องจากช่วยให้ผลิตภัณฑ์มีขนาดเล็กลง ทำงานได้เร็วขึ้น และมีความเสถียรทางความร้อนมากขึ้น ด้วยการลดระยะทางของสัญญาณและต้นทุนการบรรจุภัณฑ์ COB จึงช่วยรักษาความสมบูรณ์ของสัญญาณ การจัดการความร้อน และการออกแบบ PCB ที่มีขนาดเล็ก นี่คือเหตุผลที่เทคโนโลยี COB ถูกนำมาใช้ใน LED แบบ COB อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค ระบบยานยนต์ อุปกรณ์วิทยาศาสตร์ เครื่องมือด้านการบินและอวกาศ รวมถึงวงจรความถี่วิทยุ (RF circuits)

COB มีความเหมาะสมเป็นพิเศษเมื่อผลิตภัณฑ์ต้องการการบรรจุชิ้นส่วนอย่างหนาแน่นและมีการรวมเข้ากับแผงวงจร (board-level integration) ที่เชื่อถือได้ อย่างไรก็ตาม กระบวนการนี้จำเป็นต้องมีการผลิต การป้องกัน และการทดสอบอย่างระมัดระวัง ขั้นตอนประกอบด้วยการเตรียมวัสดุรองรับ (substratum preparation), การติดตั้งชิป (die add-on), การเชื่อมสาย (cable bonding), การห่อหุ้ม (encapsulation) และการควบคุมคุณภาพ (quality control) กระบวนการนี้มีความซับซ้อนกว่าการติดตั้ง SMD แบบพื้นฐาน แต่ในผลิตภัณฑ์ที่เหมาะสม ผลตอบแทนที่ได้จะคุ้มค่าอย่างมาก

คำถามที่พบบ่อย

ข้อได้เปรียบหลักของ COB เมื่อเทียบกับการบรรจุแบบดั้งเดิมคืออะไร

ข้อได้เปรียบที่สำคัญ ได้แก่ ขนาดที่เล็กลง ประสิทธิภาพการจัดการความร้อนที่ดีขึ้นอย่างมาก สัญญาณที่ส่งผ่านระยะสั้นลง และความซับซ้อนในการบรรจุผลิตภัณฑ์ที่ลดลงในบางรูปแบบ

เหตุใดการควบคุมอุณหภูมิจึงมีความสำคัญในรูปแบบ COB

 เนื่องจากชิปเปล่า (bare die) ถูกติดตั้งโดยตรงบนวัสดุรองรับ (substratum) จึงจำเป็นต้องจัดการความร้อนอย่างรอบคอบเพื่อป้องกันความเครียดหรือความกังวลต่ออุปกรณ์ ความล้มเหลว หรือการเสื่อมประสิทธิภาพของอุปกรณ์

สามารถซ่อมแซมชุดประกอบแบบ COB ได้หรือไม่

 มักเกิดขึ้นบ่อย แต่การซ่อมแซมบริการนั้นทำได้ยาก เนื่องจากไดย์ (die) ถูกติดตั้งไว้โดยตรงบนแผงวงจร (board) และโดยทั่วไปจะถูกห่อหุ้มหลังจากการเชื่อม (bonding) แล้ว

สินค้าประเภทใดเหมาะสมที่สุดสำหรับนวัตกรรม COB รุ่นใหม่?

COB เหมาะสมที่สุดสำหรับอุปกรณ์พกพา ระบบให้แสงสว่างด้วย LED วงจรความถี่วิทยุ (RF circuits) ชิ้นส่วนยานยนต์ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ระดับมืออาชีพ และระบบแบบหนาแน่นสูงอื่นๆ

COB กับ COB LED คือสิ่งเดียวกันหรือไม่?

ไม่ใช่ COB LED คือการประยุกต์ใช้นวัตกรรม COB โดยเฉพาะในด้านการให้แสงสว่าง ส่วนนวัตกรรม COB นั้นถูกนำไปใช้โดยทั่วไปมากกว่าในกระบวนการบรรจุภัณฑ์ผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์