Neste tutorial, abordaremos detalhadamente o conceito de “Chip On Board” ou COB. Se você já se perguntou como são fabricados dispositivos eletrônicos mais baratos, duráveis e compactos, a resposta é a tecnologia chip-on-board. Chip on board é uma solução que vai da fabricação do chip à placa de prototipagem e desenvolvimento.

Hoje forneceremos uma compreensão profunda do COB e insights valiosos para o futuro da miniaturização eletrônica. Uma wafer de semicondutor finalizada é cortada em dies. Cada die é então ligado fisamente à PCB. Três métodos diferentes são utilizados para conectar os pads terminais do circuito integrado (ou outro dispositivo semicondutor) às trilhas condutoras da placa de circuito impresso. À medida que a eletrônica evoluiu, a tecnologia de encapsulamento também se desenvolveu. Aprenderemos como essa inovadora tecnologia de encapsulamento revoluciona a integração de componentes eletrônicos. Então, vamos começar e revisar os detalhes da tecnologia Chip On Board!

1. O que é uma PCB Chip on Board?

Uma placa de circuito impressa Chip On Board (COB) é um método de encapsulamento utilizado para montagem de componentes eletrônicos na placa. Nesse método, não são configurados componentes individuais na placa; em vez disso, circuitos integrados nus são conectados diretamente à superfície. O uso dessa tecnologia reduz a necessidade de técnicas de encapsulamento mais antigas, como cerâmica ou plástico, tornando os dispositivos e projetos eletrônicos menores e mais leves. Chip on board (COB) é um método de fabricação de placas de circuito no qual os circuitos integrados são fixados (ligados por fio diretamente) a uma placa de circuito impressa e cobertos por uma gota de epóxi.

O COB elimina o encapsulamento individual dos dispositivos semicondutores e, em vez disso, une dois níveis de encapsulamento eletrônico: nível 1 (componentes) e nível 2 (placas de conexão). Em comparação com outras tecnologias de encapsulamento, a tecnologia pcb chip é barata (custa apenas cerca de 1/3 do mesmo chip), economiza espaço e possui processo maduro. No entanto, a tecnologia Chip On Board também apresenta desvantagens, como a necessidade de máquinas adicionais de solda e encapsulamento. O layout de um determinado chip on board pode melhorar o desempenho do sinal do CI, pois remove a maior parte ou todo o encapsulamento, eliminando também a maior parte dos componentes parasitas.

2. Chip-on-Board em um Layout de PCB:

Na abordagem chip-on-board, um die de semicondutor com contatos expostos é soldado diretamente à PCB. Em outras palavras, não há quadro de leads (para ligação por fio), nem encapsulamento de cerâmica/epóxi, nem interposer/substrato. Uma vez fixado, o chip pode ser encapsulado diretamente na PCB com um encapsulante de epóxi, que protegerá o chip e os pads de ligação por fio contra danos. Os dois principais tipos de processos para isso são:

1) Flip Chip on Board:

No FCOB, a solda é aplicada diretamente na PCB; ela não está fixada ao die. O chip é então posicionado como qualquer outro componente SMD e refluido junto com os demais componentes. Portanto, é necessário algum design para montagem (DFA) em termos de footprint para garantir montagem confiável, seguindo diretrizes semelhantes ao dimensionamento de pads BGA, mas baseados no tamanho do bump em vez do tamanho da bola.

2) Wire-Bonding

Na ligação por fio, o chip é fixado à placa com adesivo. Cada pad do dispositivo é conectado com um fio fino que é soldado ao pad e à placa. É melhor encapsular com epóxi para proteger as ligações por fio e o die da exposição ambiental. Isso evita principalmente a corrosão e protege os fios contra danos mecânicos. Ao criar o footprint para os pads de ligação por fio na PCB, os pads geralmente são superdimensionados. Os parâmetros a considerar para o footprint incluem tamanho do pad de contato, passo entre pads e forma do pad de contato.

Após o die nu ser montado na placa de circuito impressa (PCB) por um desses processos, os fios são conectados. Uma gota de epóxi ou plástico é usada para cobrir o chip e suas conexões. O processo de ligação automatizada por fita (TAB) é utilizado para posicionar o chip na placa. Basicamente, é uma gota de epóxi ou resina especialmente formulada depositada sobre o chip semicondutor e suas ligações por fio para fornecer suporte mecânico.

3. 7 Principais Etapas do Processo de Fabricação Chip-on-board:

Aqui o processo é discutido em detalhes, com um total de 7 etapas:

1. Preparação do Substrato: A placa PCB é preparada por meio da limpeza da superfície e aplicação de uma camada adesiva de material condutor onde os chips serão fixados.

2. Fixação do Die: Os chips nus são capturados e posicionados nas áreas revestidas com adesivo da placa. Máquinas pick-and-place ou instrumentos especializados são usados nesse processo.

3. Ligação: Quando os chips estão posicionados, são ligados à placa com bumps de solda condutora. Esse processo garante conexão confiável entre os pads de contato dos chips e as trilhas condutoras da placa.

4. Wire Bonding: Em alguns casos, há ligação por fio para conectar os pads de ligação às trilhas da placa usando fios finos. Esse processo permite a transmissão de sinais elétricos entre o chip e a placa.

5. Encapsulamento: Para proteger os chips e as ligações por fio de componentes externos, um material encapsulante é aplicado sobre toda a montagem. Esse material também pode ser um revestimento de epóxi transparente.

6. Teste: Diferentes métodos de teste são utilizados na montagem COB para garantir confiabilidade e funcionalidade. Testes como ciclos de temperatura, testes elétricos e inspeção visual são realizados para verificar o funcionamento do COB.

7. Montagem Final: Quando a montagem chip on board passa em todos os testes, está pronta para ser integrada aos dispositivos eletrônicos finais, como luzes LED, telefones ou qualquer outro projeto.

4. Características e Vantagens do Chip on Board:

⦁ Projeto de alta e baixa pressão

⦁ Revestimento personalizado

⦁ Multicamadas, dupla face

⦁ Teste funcional da placa

⦁ Alto ou baixo volume

⦁ Ampla faixa de temperatura

⦁ Solução com custo competitivo

⦁ Aplicação chave na mão

5. Escolhendo a Cola Certa para Ligação COB:

Após o chip ser fixado à PCB, ele geralmente é encapsulado com um material epóxi curado termicamente ou por UV, ou com revestimento conformal, para protegê-lo e proteger os pads de ligação por fio contra danos. Ao selecionar adesivos para uma wafer (ou die), a escolha depende das necessidades de aterramento ou dissipação de calor. Dois tipos de colas utilizados são:

Cola de prata: requer cura em alta temperatura, podendo ser curada a 120 °C por duas horas ou a 150 °C por uma hora.

Cola anaeróbica: usada quando não se requer condutividade elétrica nem condução de calor. Esse tipo de adesivo cura naturalmente, sem necessidade de exposição a alta temperatura, mediante o bloqueio do contato com o ar.

Conclusão:

A tecnologia Chip-On-Board (COB) revolucionou o mundo eletrônico e oferece diversas vantagens em relação às técnicas convencionais de encapsulamento. Com a ligação direta de chips nus à placa, o chip on board tornou os dispositivos eletrônicos menores, mais leves e mais eficientes. A remoção do encapsulamento volumoso e os caminhos elétricos mais curtos proporcionam bom desempenho elétrico, menores perdas de sinal e boa gestão térmica. Essa técnica também é importante para a miniaturização de componentes eletrônicos e abriu caminho para tecnologias compactas e de ponta em diversas indústrias. Se você está pronto para explorar o COB em seus próprios projetos, a JLCPCB oferece fabricação de PCB acessível e profissional para apoiar suas inovações.