Was ist Chip-on-Board (COB) im PCB-Design? Vollständiger Leitfaden zu Vorteilen und Herstellungsprozess

In diesem Tutorial erhalten wir ein detailliertes Konzept von "Chip On Board"  oder COB. Wenn Sie sich jemals gefragt haben, wie günstigere, langlebigere und kompakte elektronische Geräte hergestellt werden, ist die Antwort die Chip-on-Board-Technologie. Chip on Board ist eine Lösung von der Chip-Herstellung bis zum Prototyping und zur Entwicklungsplatine.

Heute werden wir ein tiefes Verständnis von COB und gewinnbringende Einblicke in die Zukunft der elektronischen Miniaturisierung vermitteln. Ein fertiger Halbleiterwafer wird in Dies zerteilt. Jeder Die wird dann physisch mit der Leiterplatte verbunden. Es werden drei verschiedene Methoden verwendet, um die Anschlussflächen des integrierten Schaltkreises (oder eines anderen Halbleiterbauelements) mit den Leiterbahnen der Leiterplatte zu verbinden. Mit dem Wachstum der Elektronik hat sich auch die Gehäusetechnologie weiterentwickelt. Wir werden lernen, wie diese innovative Gehäusetechnologie die Integration elektronischer Komponenten revolutioniert. Also lasst uns beginnen und die Details der Chip-On-Board-Technologie durchgehen!

Was ist eine Chip on Board-Leiterplatte?

Eine Chip-On-Board (COB)-Leiterplatte ist eine Gehäuse-Methode, die für die Montage elektronischer Komponenten auf der Leiterplatte verwendet wird. Bei dieser Methode werden keine einzelnen Komponenten auf der Platine konfiguriert, sondern nackte integrierte Schaltkreise auf der Oberfläche der Platine verbunden. Die Verwendung dieser Technologie reduziert den Einsatz älterer Gehäusetechniken wie Keramik- oder Kunststoffgehäuse, was zu geringerer Größe und geringerem Gewicht elektronischer Geräte und Projekte führt. Chip on Board (COB) ist eine Methode der Leiterplattenherstellung, bei der die integrierten Schaltkreise direkt (drahtgebondet) auf einer Leiterplatte befestigt und mit einem Epoxidharztropfen bedeckt werden.

COB eliminiert die Gehäusung einzelner Halbleiterbauelemente und verschmilzt stattdessen zwei Ebenen der elektronischen Gehäusung: Ebene 1 (Komponenten) und Ebene 2 (Verdrahtungsplatinen). Im Vergleich zu anderen Gehäusetechnologien ist die PCB-Chip-Technologie kostengünstig (nur etwa 1/3 eines vergleichbaren Chips), platzsparend und weist eine ausgereifte Verarbeitungstechnik auf. Allerdings hat die Chip-On-Board-Technologie auch Nachteile, wie die Notwendigkeit zusätzlicher Schweiß- und Verpackungsmaschinen. Das Layout eines bestimmten Chip on Board kann die IC-Signalperformance verbessern, da die meisten oder alle Gehäuse und die meisten oder alle parasitären Komponenten entfernt werden.

Chip-on-Board in einem PCB-Layout:

Beim Chip-on-Board-Ansatz wird ein Halbleiter-Die mit freiliegenden Kontakten direkt auf die Leiterplatte gelötet. Mit anderen Worten, es gibt keinen Leadframe (für Drahtbonden), kein Keramik-/Epoxidharzgehäuse und keinen Interposer/Substrat. Nach der Befestigung kann der Chip direkt auf der Leiterplatte mit einem Epoxidharz-Vergussmaterial verpackt werden, das den Chip und alle drahtgebondeten Pads vor Beschädigungen schützt. Die beiden Hauptprozessarten hierfür sind:

1) Flip Chip on Board:

FCOB, das Lot wird direkt auf die Leiterplatte geflusht; es wird nicht am Die befestigt. Der Chip wird dann wie jedes andere SMD-Bauteil platziert und zusammen mit anderen Komponenten reflow-gelötet. Daher ist ein gewisses Design for Assembly (DFA) hinsichtlich des Footprints erforderlich, um eine zuverlässige Montage zu gewährleisten, wobei ähnliche Richtlinien für die BGA-Pad-Größe befolgt werden, jedoch basierend auf der Bump-Größe anstelle der Ball-Größe.

2) Drahtbonden

Beim Drahtbonden wird der Chip mit einem Klebstoff auf der Platine befestigt. Jedes Pad auf dem Bauelement wird mit einer feinen Drahtleitung verbunden, die an das Pad und die Leiterplatte geschweißt wird. Es ist am besten, mit einem Epoxidharz zu vergießen, um die Drahtbonds und den Die vor Umwelteinflüssen zu schützen. Dies verhindert hauptsächlich Korrosion und schützt die Drähte vor mechanischen Beschädigungen. Bei der Erstellung des Footprints für die Drahtbondpads auf der Leiterplatte sind die Pads typischerweise überdimensioniert. Die für den Footprint zu berücksichtigenden Parameter umfassen Kontaktpadgröße, Kontaktpadabstand und Kontaktpadform.

Nachdem der nackte Chip mit einem dieser Prozesse auf der Leiterplatte (PCB) montiert wurde, werden die Drähte befestigt. Ein Tropfen Epoxidharz oder Kunststoff wird verwendet, um den Chip und seine Verbindungen abzudecken. Der Tape Automated Bonding (TAB)-Prozess wird verwendet, um den Chip auf der Platine zu platzieren. Es handelt sich im Wesentlichen um einen Tropfen eines speziell formulierten Epoxidharzes oder Harzes, der über einem Halbleiterchip und seinen Drahtbonds abgeschieden wird, um mechanischen Halt zu bieten.

7 Hauptschritte im Chip-on-Board-Herstellungsprozess:

Hier wird der Prozess im Detail besprochen, wir haben insgesamt 7 Schritte:

1. Substratvorbereitung: Die Leiterplatte wird durch Reinigen der Platinenoberfläche vorbereitet und eine Klebeschicht aus leitfähigem Material aufgetragen, auf der die Chips gebondet werden.

2. Die-Befestigung: Die nackten Chips werden geholt und auf den mit Klebstoff beschichteten Bereichen der Platine positioniert. Für diesen Prozess werden Bestückungsautomaten oder spezielle Instrumente verwendet.

3. Bonden: Wenn die Chips konfiguriert sind, werden sie mit Hilfe von leitfähigen Lotbumps mit einer Platine verbunden. Dieser Bondprozess stellt eine zuverlässige Verbindung zwischen den Kontaktpads der Chips und den Leiterbahnen der Platine sicher.

4. Drahtbonden: Unter bestimmten Bedingungen wird Drahtbonden verwendet, um Bondpads mit Leiterbahnen auf der Platine zu verbinden, wobei feine Drähte verwendet werden. Dieser Prozess hilft, elektrische Signale zwischen dem Chip und der Platine zu übertragen.

5. Verkapselung: Zum Schutz der Chips und Drahtbonds vor äußeren Einflüssen. Auf die gesamte Baugruppe kann ein Vergussmaterial aufgetragen werden. Dieses Material hat auch eine klare Epoxidharzbeschichtung.

6. Testen: Bei der COB-Montage werden verschiedene Testmethoden verwendet, um die ordnungsgemäße Zuverlässigkeit und Funktionalität sicherzustellen. So werden Temperaturwechsel, elektrische Tests und Sichtprüfungen durchgeführt, um die Funktion des COB zu überprüfen.

7. Endmontage: Wenn die Chip-on-Board-Baugruppe alle Tests bestanden hat, ist sie nun bereit für die Integration in die endgültigen elektronischen Geräte wie LED-Leuchten, Telefone oder andere Projekte.

Eigenschaften und Vorteile von Chip on Board:

⦁ Hoch- und Niederdruckausführung

⦁ Kundenspezifische Beschichtung

⦁ Mehrschichtig, doppelseitig

⦁ Funktioneller Platinentest

⦁ Hohe oder niedrige Stückzahl

⦁ Weiter Temperaturbereich

⦁ Kostenwettbewerbsfähige Lösung

⦁ Schlüsselfertige Anwendung

Auswahl des richtigen Klebers für das COB-Bonden:

Nachdem der Chip auf der Leiterplatte befestigt wurde, wird er typischerweise mit einem thermisch oder UV-gehärteten Epoxidharzmaterial oder einem Schutzlack verkapselt, um ihn und alle drahtgebondeten Pads vor Beschädigungen zu schützen. Bei der Auswahl von Klebstoffen für einen Wafer (oder Die) hängt die Wahl von den Anforderungen des Wafers an Erdung oder Wärmeableitung ab. Zwei verwendete Kleberarten sind:

Silberkleber:  Er erfordert eine Hochtemperaturhärtung, kann zwei Stunden bei 120°C oder eine Stunde bei 150°C gehärtet werden.

Anaerober Kleber: Er wird verwendet, wenn keine elektrische Leitfähigkeit und Wärmeleitung erforderlich sind. Diese Art von Klebstoff härtet auf natürliche Weise aus, ohne dass eine hohe Temperatur erforderlich ist, indem der Kontakt mit Luft blockiert wird.

Fazit:

Die Chip-On-Board (COB)-Technologie hat die elektronische Welt revolutioniert und bietet verschiedene Vorteile gegenüber herkömmlichen Gehäusetechniken. Durch die direkte Verbindung nackter Chips auf der Platine ermöglicht Chip on Board kleinere, leichtere und effektivere elektronische Geräte. Die Entfernung von Massengehäusen und kürzere elektrische Pfade sorgen für eine gute elektrische Leistung, geringere Signalverluste und ein gutes Wärmemanagement. Diese Technik ist auch für die Miniaturisierung elektronischer Komponenten wichtig und hat den Weg für hochmoderne und kompakte Technologie in verschiedenen Branchen geebnet. Wenn Sie bereit sind, COB in Ihren eigenen Designs zu erkunden, bietet JLCPCB erschwingliche und professionelle Leiterplattenherstellung zur Unterstützung Ihrer Innovationen.