Einführung:
Die Chip-On-Board-Technologie (COB) hat in der Elektronikfertigung einen stabilen Stand erreicht. In der Vergangenheit wurde COB zur Herstellung kostengünstigerer Konsumgüter verwendet. COB eignet sich besser als IC für den Einsatz in beengten Räumen, da elektronische Geräte immer kleiner werden. In diesem Beitrag werden wir uns eingehend mit Chip-On-Board befassen.
Chip-on-Board-PCB verstehen
Eine Leiterplatte mit Chip on Board ist eine Verpackungsmethode. Die elektronischen Teile können per Chip on Board auf einer Leiterplatte montiert werden. Diese Methode verbindet blanke integrierte Schaltkreise auf der Oberfläche der Platine. Darüber hinaus ist es nicht erforderlich, einzelne Komponenten zu konfigurieren.
Der Chip auf der Platine trägt dazu bei, elektronische Geräte leichter und kleiner zu machen. Diese Methoden, wie Keramik- oder Kunststoffverpackungen, unterscheiden sich von den alten.
Sie können eine kompakte und effiziente Montage der Chips erreichen, indem Sie Lötspalten oder Klebstoffe zur Chipmontage verwenden. Wenn der Halbleiter an die Platine gebunden ist, entstehen kürzere elektrische Pfade. Dies verbessert die elektrische Leistung und reduziert Signalverluste. Es hilft bei der guten Wärmeableitung, indem es Chips mit Wärmeleitpads oder Kühlkörpern auf der Platine verbindet.
Wie werden Chip-On-Boards hergestellt?
Untergrundvorbereitung:
Sie verwenden eine saubere Platine, um die Leiterplatte vorzubereiten. Fügen Sie dann eine klebrige Schicht aus leitfähigem Material hinzu, um den Bereich zu schaffen, an dem die Chips haften bleiben.
Die Befestigung:
Platzieren Sie die unbeschichteten Chips auf dem mit Klebstoff beschichteten Bereich der Platine. Für diesen Vorgang werden spezielle Instrumente oder Pick-and-Place-Geräte verwendet.
Verbindung:
Chips werden mithilfe von Lötrippen konfiguriert. Diese Lötrippen haften an einer Platine. Diese Verbindung verbindet die Kontaktflächen des Chips mit den Leiterbahnen der Platine.
Drahtbonden:
Unter bestimmten Voraussetzungen werden Bondpads mittels Wirebonding über dünne Drähte mit Leiterbahnen auf der Platine verbunden. Dieses Verfahren ermöglicht die elektrische Signalübertragung zwischen Platine und Chip.
Verkapselung:
Sie können die gesamte Baugruppe mit einem Vergussmaterial abdecken. Es schützt Chips und Drahtverbindungen vor externen Komponenten. Außerdem wird die Epoxidbeschichtung sichtbar.
Testen:
Während der COB-Montage werden Testverfahren angewendet. Sie stellen die Funktionalität und Zuverlässigkeit des COB sicher. Es werden Prozesse ausgeführt, darunter elektrische Tests, Sichtprüfungen und Temperaturzyklen. Diese Schritte bestätigen die Funktionsfähigkeit des COB.
Endmontage:
Nach Abschluss aller Testschritte ist die Chip-On-Board-Baugruppe bereit für die Integration in elektronische Geräte. Dies ist nicht auf Smartphones und LED-Chip-On-Board-Beleuchtung beschränkt.
Hauptvorteile von Chip-On-Board
- Chip on Board hat ein kompaktes Design. Die Montage der nackten Halbleiterchips auf einem Substrat über COB ergibt platzsparende Lösungen. Diese Eigenschaft ist in Situationen von Vorteil, in denen Einschränkungen bei den Abmessungen kritisch sind.
- Die COB-Technologie zeichnet sich durch ihre erhöhte Zuverlässigkeit aus. COB sorgt für eine stabile Leistung. Sie bietet Hochdruckumgebungen mit der Möglichkeit von Drahtverbindungsfehlern und anderen potenziellen Risiken. Diese Belastbarkeit ist entscheidend für Anwendungen, bei denen Verzögerungen nicht akzeptabel sind. Dies sind Industriesteuerungen und Automobilelektronik.
- COB verfügt über thermische Kontrollfunktionen. Durch das Hinzufügen von Schaltkreisen zur Basis wird diese abgekühlt, wodurch sie für Elektronik und LED-Leuchten geeignet ist, die Strom benötigen.
- Die Produktion im großen Maßstab kann wirtschaftliche Vorteile bringen. Der Bedarf an Verpackungsmaterial entfällt und der Montageprozess wird optimiert. Im Vergleich zu ICs könnten die Kosten niedrig gehalten werden.
Nachteile von Chip On Board (COB) LEDs
- Substratbefestigung und Versiegelung des Halbleiterbauelements. Dies behindert die Möglichkeit, Komponenten auszutauschen oder zu verbessern. Diese mangelnde Flexibilität kann unter Umständen, die Anpassungsfähigkeit erfordern, zu Schwierigkeiten führen.
- Dies trägt zur Komplexität des Herstellungsprozesses bei. Die COB-Technologie ist anspruchsvoller einzurichten und zu verwenden als herkömmliche IC-Verpackungsmethoden. Dies liegt daran, dass besondere Werkzeuge und Fähigkeiten erforderlich sind. Diese Komplexität kann zu höheren Vorlaufkosten und längeren Produktionsvorlaufzeiten führen.
- Aufgrund der erforderlichen Spezialmaterialien und -geräte kann die COB-Technologie hohe Anschaffungskosten verursachen. Bei der Produktion im großen Maßstab ergeben sich jedoch finanzielle Vorteile. Bei kleineren Initiativen oder Prototypen kann die Anfangsinvestition jedoch kostspielig sein.
Anwendungen von Chip On Board
Automobilelektronik:
Automobilsensoren und Steuergeräte nutzen COB-Technologie. Sie sind langlebig und widerstandsfähig gegenüber Umwelteinflüssen.
Medizinische Geräte:
Medizinische Geräte basieren häufig auf der COB-Technologie. Sie zeichnet sich durch kompakte Abmessungen und zuverlässige Eigenschaften aus.
LED-Beleuchtung:
Chip-on-Board-Beleuchtung wird in vielen Anwendungen eingesetzt. Sie zeichnet sich durch hohe Leuchtkraft, zuverlässigen Betrieb und kompaktes Design aus.
Industrielle Steuerungen:
Aufgrund seiner Wärmeleistung und Haltbarkeit wird COB in industriellen Steuerungssystemen und Automatisierungstools verwendet.
Was sind Chip-On-Board-LED-Leuchten?
„Chip on Board LED“ bezeichnet die direkte Befestigung von LED-Schaltkreisen an einem Substrat aus Saphir oder Siliziumkarbid. Bei diesem Verfahren entstehen LED-Arrays. Die Chip on Board LED ist eine neuere und ausgereiftere Entwicklung auf dem Markt. Sie bietet im Vergleich zur vorherigen LED-Technologie viele wesentliche Vorteile.
Die PCB-Chip-Technologie weist eine höhere Lumendichte auf. Ältere LED-Versionen verwenden nur eine DIP- oder drei SMD-LEDs, die durch viele Dioden realisiert werden. Eine höhere Anzahl von Dioden in einer LED führt zu gleichmäßigerem und intensiverem Licht und reduziert den Platzbedarf. Die COB-Technologie vereinfacht LEDs durch ein einzelnes Schaltungsdesign mit zwei Kontakten, wenn die Anzahl der Dioden auf dem Halbleiter irrelevant ist.
Designüberlegungen für Chip-On-Board-Leiterplatten
Ein Halbleiterchip mit freiliegenden Kontakten wird mit der Chip-on-Board-Methode auf die Leiterplatte gelötet.
Darüber hinaus gibt es keinen Interposer, kein Substrat und keinen Leadframe (die für das Drahtbonden erforderlich sind). Nachdem der Chip aufgeklebt wurde, kann er mit Epoxidharz auf der Leiterplatte abgedeckt werden, um ihn und die drahtgebondeten Pads zu schützen.
Bei der Platzierung und Montage von Chips auf einer Standard-Leiterplatte gibt es zwei gängige Ansätze:
PCB-Layout
Ein integrierter PCB-Editor und eine Verbindung zu vielen Domänen in Echtzeit.
- Direktes Drahtbonden zwischen dem Chip und der Leiterplatte.
- Bei der Flip-Chip-Montage wird der Chip wie ein BGA befestigt.
Nach dem Anbringen und Zusammenbauen umhüllen die Hersteller den Chip mit einer Epoxid- oder Schutzbeschichtung. Sie können diese Beschichtungen entweder thermisch oder ultraviolett aushärten. Das wichtigste Designelement im PCB-Layout ist der Platzbedarf, der die Befestigung des Chips an der Leiterplatte erleichtert.
Flip Chip
Ein Flip-Chip ist ein nicht gekapseltes Bauteil, das wie ein BGA-Fan-Out an einer Leiterplatte befestigt ist. Unterfüllungen schützen die Lötstellen vor übermäßiger mechanischer Belastung, ein entscheidendes Element. Das Leiterplattenlaminat kann aus Standardmaterial der Güte FR4, Flex, PTFE oder einem anderen Spezialmaterial bestehen.
Bei diesem Ansatz sollte der Footprint wie ein BGA-Footprint gestaltet werden. Der Montageprozess ist jedoch einzigartig. Bei FCOB wird das Lot mit einem Flussmittel auf die Leiterplatte aufgetragen; das Lot haftet nicht am Chip. Der Chip wird nach der Positionierung auf die gleiche Weise wie andere SMD-Komponenten nachgefüllt. Daher ist eine Footprint-basierte DFA erforderlich, um eine zuverlässige Montage zu gewährleisten.
Die Größe des freiliegenden Pads muss mithilfe der Lötmaske und der Pastenmaske so angepasst werden, dass sie in den typischen Bereich eines BGA fällt. Verwenden Sie die Lötmaske als Damm (SMD-Pad), wenn der Bump-Abstand ausreicht, um große Lötmaskensplitter zu erzeugen. Verwenden Sie andernfalls ein NSMD-Pad, um zu verhindern, dass sich Lötmaskensplitter zwischen den Kanten lösen.
Drahtbonden
Ein am Chip befestigtes Pad ist an der Leiterplatte befestigt. Drahtverbindungen werden über die Kontaktflächen auf dem Chip und die Pads hergestellt, die den Chip umgeben. Es wird empfohlen, die Drahtverbindungen und den Chip bei diesem Design mit Epoxidharz zu verkapseln. Dadurch werden sie vor Umwelteinflüssen geschützt. Dadurch werden die Leiter vor Korrosion und mechanischen Schäden geschützt.
Hochgeschwindigkeits-PCB-Design
Die Pads sind überzählig, wenn der Footprint für die Drahtbondpads in der Leiterplatte generiert wird. Der Footprint erfordert die Berücksichtigung der folgenden Parameter:
- Form des Kontaktpads
- Kontaktpadgröße
- Abstand der Kontaktflächen
Rechteckige Pads können dieselbe Größe haben wie die Pads, die im Teil verwendet werden, nachdem es verpackt wurde, wie in einem QFN- oder LQFP-Gehäuse. Quadratische Pads sind jedoch ebenfalls akzeptabel. Die Breite der Kontaktkugeln, die zum Verbinden eines Kabels mit der Leiterplatte verwendet werden, beträgt zwischen 20 und 30 Mikrometer.
Die Breite der Kontaktpads reicht von 50 bis 150, und wir berechnen den Padabstand mit demselben Wert. Mithilfe der Padabstands- und Größenwerte können Sie eine Vielzahl von Pads innerhalb des PCB-Footprints anordnen, um die Drahtverbindungen zu unterstützen.
Abschluss
Die Chip-on-Board-Technologie hat die Elektronikindustrie verändert. Sie bietet Vorteile gegenüber herkömmlichen Verpackungsmethoden. Durch die Direktverklebung sind elektronische Geräte mit direkt verklebten Chips kleiner, leichter und effizienter.
Durch die Vermeidung überflüssiger Verpackungen und die Reduzierung elektrischer Pfade wird eine hervorragende elektrische Leistung erzielt. Es kommt zu minimalen Signalverlusten und einem effektiven Wärmemanagement. Diese Methode ist für die Entwicklung kleiner und fortschrittlicher Technologien in verschiedenen Branchen von entscheidender Bedeutung. Sie ist für die Verkleinerung elektronischer Teile unerlässlich.
Es bietet vielfältige Anwendungsmöglichkeiten und wird als Chip in Beleuchtungssystemen, Automobilanwendungen und Mobiltelefonen eingesetzt.