Qu'est-ce que le Chip-on-Board (COB) dans la conception de PCB ? Guide complet des avantages et du processus de fabrication

Dans ce tutoriel, nous allons découvrir le concept détaillé du "Chip On Board" ou COB. Si vous vous êtes déjà demandé comment sont fabriqués les appareils électroniques moins chers, plus durables et compacts, la réponse est la technologie chip-on-board. Le chip on board est une solution allant de la fabrication de puces au prototypage et à la carte de développement.

Aujourd'hui, nous allons fournir une compréhension approfondie du COB et des informations précieuses pour l'avenir de la miniaturisation électronique. Une tranche de semi-conducteur finie est découpée en puces. Chaque puce est ensuite physiquement liée au PCB. Trois méthodes différentes sont utilisées pour connecter les plages de connexion du circuit intégré (ou autre dispositif semi-conducteur) aux pistes conductrices du circuit imprimé. Avec l'évolution de l'électronique, la technologie d'encapsulation a également évolué. Nous allons apprendre comment cette technologie d'encapsulation innovante révolutionne l'intégration des composants électroniques. Alors, commençons et examinons les détails de la technologie Chip On Board !

Qu'est-ce qu'un PCB Chip on Board ?

Un circuit imprimé Chip On Board (COB) est une méthode d'encapsulation utilisée pour l'assemblage de composants électroniques sur la carte PCB. Dans cette méthode, aucun composant individuel n'est configuré sur la carte, mais des circuits intégrés nus sont connectés sur la surface de la carte. L'utilisation de cette technologie réduit l'emploi d'anciennes techniques d'encapsulation comme l'encapsulation céramique ou plastique, ce qui permet de réduire la taille et le poids des appareils et projets électroniques. Le chip on board (COB) est une méthode de fabrication de circuits imprimés dans laquelle les circuits intégrés sont fixés (directement par soudure de fils) sur un circuit imprimé et recouverts d'une goutte d'époxy.

Le COB élimine l'encapsulation des dispositifs semi-conducteurs individuels et fusionne plutôt deux niveaux d'encapsulation électronique : le niveau 1 (composants) et le niveau 2 (cartes de câblage). Comparée à d'autres technologies d'encapsulation, la technologie des puces PCB est peu coûteuse (seulement environ 1/3 du prix d'une puce similaire), économise de l'espace et possède une fabrication mature. Cependant, la technologie Chip On Board présente également des inconvénients, tels que la nécessité de machines de soudage et d'encapsulation supplémentaires. La disposition d'une certaine puce sur la carte peut améliorer les performances du signal IC car elle supprime la totalité ou la majeure partie des boîtiers et élimine la totalité ou la majeure partie des composants parasites.

Chip-on-Board dans une Disposition de PCB :

Dans l'approche chip-on-board, une puce semi-conductrice avec des contacts exposés est soudée directement sur le PCB. En d'autres termes, il n'y a pas de grille de connexion (pour le soudage des fils), pas d'encapsulation céramique/époxy, et pas d'interposeur/substrat. Une fois fixée, la puce peut être encapsulée directement sur le PCB à l'aide d'un matériau d'enrobage époxy, qui protégera la puce et les plages de soudure des fils contre les dommages. Les deux principaux types de procédés pour cela sont :

1) Flip Chip on Board :

FCOB, la soudure est fluxée directement sur le PCB ; elle n'est pas fixée à la puce. La puce sera ensuite placée comme tout autre composant CMS, et elle sera refondue avec les autres composants. Par conséquent, une certaine conception pour l'assemblage (DFA) en termes d'empreinte est nécessaire pour garantir un assemblage fiable, en suivant des directives similaires pour le dimensionnement des pastilles BGA, mais basées sur la taille des bosses plutôt que sur la taille des billes.

2) Soudage par Fils (Wire-Bonding)

Dans le soudage par fils, la puce est fixée à la carte avec un adhésif. Chaque plage de connexion sur le dispositif est connectée avec un fil fin qui est soudé à la plage et au circuit imprimé. Il est préférable d'encapsuler avec un époxy afin de protéger les fils de soudure et la puce de l'exposition environnementale. Cela empêche principalement la corrosion et protège les fils des dommages mécaniques. Lors de la création de l'empreinte pour les plages de soudage par fils dans le PCB, les plages sont généralement surdimensionnées. Les paramètres à prendre en compte pour l'empreinte incluent la taille de la plage de contact, le pas de la plage de contact et la forme de la plage de contact.

Après que la puce nue est montée sur le circuit imprimé (PCB) en utilisant l'un de ces procédés, les fils sont fixés. Une goutte d'époxy ou de plastique est utilisée pour recouvrir la puce et ses connexions. Le procédé de soudage par bande automatisée (TAB) est utilisé pour placer la puce sur la carte. Il s'agit essentiellement d'une goutte d'époxy ou de résine spécialement formulée déposée sur une puce semi-conductrice et ses fils de soudure pour fournir un support mécanique.

7 Étapes Principales du Processus de Fabrication Chip-on-Board :

Voici le processus discuté en détail, nous avons un total de 7 étapes :

1. Préparation du Substrat : La carte PCB est préparée en nettoyant la surface de la carte et en appliquant une couche adhésive de matériau conducteur là où les puces sont fixées.

2. Fixation de la Puce (Die Attach) : Les puces nues sont récupérées et positionnées sur les zones recouvertes d'adhésif de la carte. Des machines de type pick-and-place ou des instruments spécialisés sont utilisés pour effectuer ce processus.

3. Liaison (Bonding) : Une fois les puces configurées, elles sont liées à la carte à l'aide de bosses de soudure conductrices. Ce processus de liaison assure une connexion fiable entre les plages de contact des puces et les pistes conductrices de la carte.

4. Soudage par Fils (Wire Bonding) : Dans certaines conditions, un soudage par fils est effectué pour connecter les plages de liaison aux pistes de la carte en utilisant des fils fins. Ce processus permet la transmission des signaux électriques entre la puce et la carte.

5. Encapsulation : Pour la protection des puces et des fils de soudure contre les éléments extérieurs. Un matériau d'enrobage peut être utilisé sur l'ensemble de l'assemblage. Ce matériau comprend également un revêtement époxy transparent.

6. Test : Différentes méthodes de test sont utilisées dans l'assemblage COB pour garantir une fiabilité et une fonctionnalité appropriées. Des tests tels que les cycles de température, les tests électriques et l'inspection visuelle sont effectués pour vérifier le fonctionnement du COB.

7. Assemblage Final : Une fois que l'assemblage chip on board réussit tous les tests, il est maintenant prêt à être intégré dans les dispositifs électroniques finaux comme les lumières LED, les téléphones ou tout autre projet.

Caractéristiques et Avantages du Chip on Board :

⦁ Conception haute et basse pression

⦁ Revêtement personnalisé

⦁ Multicouche, double face

⦁ Test fonctionnel de la carte

⦁ Volume élevé ou faible

⦁ Plage de température étendue

⦁ Solution compétitive en termes de coût

⦁ Application clé en main

Choisir la Bonne Colle pour la Liaison COB :

Après que la puce est fixée au PCB, elle est généralement encapsulée avec un matériau époxy durci thermiquement ou aux UV, ou un revêtement conforme pour la protéger, ainsi que les plages de soudure des fils, des dommages. Lors de la sélection d'adhésifs pour une tranche (ou puce), le choix dépend des exigences de la tranche en matière de mise à la terre ou de dissipation thermique. Deux types de colles utilisées sont :

Colle à l'argent : Elle nécessite un durcissement à haute température, peut être durcie à 120°C pendant deux heures ou à 150°C pendant une heure.

Colle anaérobie : Elle est utilisée lorsque la conductivité électrique et la conduction thermique ne sont pas requises. Ce type d'adhésif durcit naturellement sans nécessiter d'exposition à haute température en bloquant le contact avec l'air.

Conclusion :

La technologie Chip-On-Board (COB) a révolutionné le monde électronique et offre différents avantages par rapport aux techniques d'encapsulation conventionnelles. Grâce à la liaison directe des puces nues sur la carte, le chip on board a permis de créer des dispositifs électroniques plus petits, plus légers et plus efficaces. La suppression de l'encapsulation volumineuse et des chemins électriques plus courts offre de bonnes performances électriques, moins de pertes de signal et une bonne gestion thermique. Cette technique est également importante pour la miniaturisation des composants électroniques et a ouvert la voie à une technologie de pointe et compacte dans différentes industries. Si vous êtes prêt à explorer le COB dans vos propres conceptions, JLCPCB propose une fabrication de PCB abordable et professionnelle pour soutenir vos innovations.