O que é a Tecnologia Chip-on-Board (COB): Um Guia Completo

Neste tutorial, abordaremos em detalhes 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 está na 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 evoluiu. 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!

O que é uma Chip on Board PCB?

Uma placa de circuito impresso Chip On Board (COB) é um método de encapsulamento usado para a montagem de componentes eletrônicos na placa. Nesse método, não são configurados componentes individuais, mas circuitos integrados nus são conectados diretamente à superfície da placa. O uso dessa tecnologia reduz a necessidade de técnicas de encapsulamento mais antigas, como os encapsulamentos cerâmicos ou plásticos, tornando os dispositivos e projetos eletrônicos pequenos e leves. Chip on board (COB) é um método de fabricação de placas de circuito no qual os circuitos integrados são fixados (ligados por fios 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 IC, pois remove a maior parte ou todos os encapsulamentos, eliminando a maior parte ou todos os componentes parasitas.

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 wire bonding), nem encapsulamento cerâmico/epóxi, nem interposer/substrato. Uma vez fixado, o chip pode ser encapsulado diretamente na PCB usando um encapsulante de epóxi, que protegerá o chip e os pads de wire bonding contra danos. Os dois principais tipos de processos para isso são:

1) Flip Chip on Board:

No FCOB, a solda é aplicada com fluxo diretamente na PCB; não está fixada ao die. O chip é então posicionado como qualquer outro componente SMD e refluado 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 ao invés do tamanho da bola.

2) Wire-Bonding:

No wire bonding, 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 os wire bonds e o die contra exposição ambiental. Isso evita principalmente a corrosão e protege os fios contra danos mecânicos. Ao criar o footprint dos pads de wire bonding 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 impresso (PCB) usando 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 tape automated bonding (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 seus wire bonds para fornecer suporte mecânico.

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 dies nus são captados e posicionados nas áreas 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 wire bonding para conectar os pads de ligação às trilhas da placa usando fios finos. Esse processo auxilia na transmissão de sinais elétricos entre o chip e a placa.

5. Encapsulamento: Para proteger os chips e os wire bonds de componentes externos. Um material encapsulante pode ser aplicado sobre a montagem completa. Esse material também possui revestimento de epóxi transparente.

6. Teste: Diferentes métodos de teste são usados na montagem COB para garantir confiabilidade e funcionalidade. Testes como ciclagem térmica, teste elétrico e inspeção visual são realizados para verificar a função 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.

Recursos e Vantagens do Chip on Board:

• Design de alta e baixa pressão
• Revestimento personalizado
• Multi-camadas, dupla face
• Teste funcional da placa
• Alto ou baixo volume
• Ampla faixa de temperatura
• Solução competitiva em custo
• Aplicação turnkey

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 wire bonding contra danos. Ao selecionar adesivos para uma wafer (ou die), a escolha depende dos requisitos de aterramento ou dissipação de calor da wafer. Dois tipos de colas utilizadas 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: É usada quando não se requer condutividade elétrica nem condução de calor. Esse tipo de adesivo cura naturalmente, sem necessidade de exposição a alta temperatura, bloqueando o contato com o ar.

Conclusão:

A tecnologia Chip-On-Board (COB) revolucionou o mundo eletrônico e oferece diferentes vantagens em relação às técnicas convencionais de encapsulamento. Ao haver ligação direta de chips nus à placa, o chip on board tornou os dispositivos eletrônicos pequenos, leves e mais eficientes. A remoção do encapsulamento volumoso e 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 avançadas e compactas em diferentes indústrias.