In diesem Artikel wird erklärt, was ein Chip an Bord ist, wie Hersteller ihn aufbauen und welche verschiedenen Anwendungen er hat. Erfahren Sie mehr über diesen kostensparenden, schützenden und effizienten Herstellungsprozess.
Einführung
Beim Öffnen einer elektronischen Baugruppe ist Ihnen wahrscheinlich ein seltsam aussehender Fleck auf einer Leiterplatte aufgefallen. Er mag zunächst ungewöhnlich wirken, da er verformt erscheint. Bei der Prüfung zeigt sich jedoch, dass er seinen Zweck erfüllt. Diese ungewöhnliche Baugruppe enthält einen Chip-on-Board (kurz COB).
Was ist ein Chip on Board?
Wie der Name schon sagt, handelt es sich bei einem Chip-on-Board um eine Chipanordnung auf einer Leiterplatte. Ein COB besteht aus einem integrierten Schaltkreis (auf einem Chip oder einer Siliziumwaferscheibe), der über Pads auf der Leiterplatte drahtgebondet oder gelötet ist. Nach dem Kleben oder Schweißen spritzt eine Maschine eine Epoxid- oder Kunststoffbeschichtung ein. Diese Beschichtung schützt die empfindlichen Chip- und Drahtverbindungen vor Feuchtigkeit. Es schützt sie außerdem vor mechanischen und elektrischen Belastungen.
Geschichte von Chip on Boards
Elektronikhersteller entwickelten Chip-on-Boards (COBs), um die Produktionskosten zu senken. Sie machten integrierte Schaltkreise überflüssig und sparten Platz auf den Leiterplatten. COBs finden sich üblicherweise in günstigen Elektronikartikeln (wie Taschenrechnern, LCDs , elektronischem Spielzeug usw.). Sie kommen auch in Bereichen wie LED-Beleuchtung und Hochfrequenzanwendungen zum Einsatz. Darüber hinaus werden sie in miniaturisierten Elektronikprodukten wie Mobiltelefonen und Smartcards verwendet.
COBs eignen sich hervorragend für LED-Beleuchtung. Dies liegt daran, dass LED-Chips in einem einzigen LED-Paket auf einer Platine zusammengepfercht werden können (wie Sie später sehen werden). Außerdem verfügen COBs über gute thermische und energieeffiziente Eigenschaften. Diese Eigenschaften sind für die genannte Anwendung nützlich.
COBs können für elektronische HF-Schaltkreise von Vorteil sein, da bei einer COB-Baugruppe kein Leiterrahmen erforderlich ist, was zu kürzeren Leitungslängen führt. Diese Funktion verbessert die kapazitiven und induktiven Eigenschaften einer Schaltung. Es eignet sich hervorragend für HF-Schaltkreise.
Heutzutage setzen Hersteller in großem Umfang COBs ein, da der Trend zur Miniaturisierung elektronischer Produkte anhält. Infolgedessen bieten möglicherweise mehr PCB-Hersteller die COB-Fertigung an. Am besten kontaktieren Sie sie bezüglich ihrer Möglichkeiten zur COB-Fertigung.
Wie ist ein Chip on Board aufgebaut?
Zur Herstellung eines COB sind mehrere Schritte erforderlich. Sie müssen wissen, wie man einen Chipchip für drahtgebundene COBs handhabt und drahtbondt. Sie müssen außerdem einige chemische Materialien vorbereiten, um den Chip zu platzieren und die integrierte Schaltkreisbaugruppe einzukapseln. Hier sind die Schritte:
1. Der Hersteller stellt die Leiterplatte mit Pads her, die für die Aufnahme eines Chipchips oder einer Waferscheibe bereit sind. Der Designer sollte den Abstand dieser Pads so berechnen, dass sie schnell und zuverlässig auf dem Chipchip drahtgebondet werden können.
2. Die Leiterplatte wird gereinigt und für die Aufnahme des Chipchips vorbereitet. Der Chip landet im PCB-Substratteil, wo eine dünne Schicht Klebematerial aufgetragen wird, um ihn an Ort und Stelle zu halten.
3. Der Chip-Chip wird gehandhabt und mit Klebematerial auf der Leiterplatte auf dem freiliegenden Substrat platziert. Der Bediener sollte diese Matrizen sorgfältig mit einem Matrizenaufsatz ausrichten. Sie werden zum Drahtbonden an den freiliegenden Kupferpads auf der Oberfläche des Substrats befestigt.
4. Eine Drahtbondmaschine verbindet die Die-Pads mit den Mustern der freigelegten PCB-Pads. Die Leiterplattenpads müssen der Hitze des Drahtbondprozesses standhalten. Dabei sollten die Pads goldfarben ausgeführt sein oder über dickere Kupferbahnen verfügen.
5. Wir tragen ein Verkapselungsmaterial, normalerweise Epoxidharz, auf die Oberfläche der Baugruppe auf. Es schützt die empfindlichen Teile (Chip, PCB-Pads und Drahtbondbaugruppe) vor der Umgebung. Bei diesem Teil handelt es sich um den schwarzen Fleck, den Sie hauptsächlich oben auf der Leiterplatte sehen.
Einige Varianten von Chip-on-Boards
Es gibt verschiedene Varianten von COBs, die jeweils ihre eigenen Vorteile und besonderen Einsatzmöglichkeiten haben.
1. Flip-Chip-COBs
Bei Flip-Chip-COBs sind Chips mit Die-Attach-Pads unter dem Substrat platziert. Daher kommt der Begriff; Im zusammengebauten Zustand sehen sie aus wie umgekehrte Chips. Diese Konfiguration verwendet eine BGA-Verbindung zur Verbindung mit ihren PCB-Substraten. Dieser Aufbau bedeutet, dass sich unter ihnen Löthöcker befinden. Das Einkapselungsmittel befindet sich normalerweise entlang der Lötstellen und unterhalb des Chips, was als Unterfüllung bezeichnet wird. Bediener müssen keine Drahtbondverbindungen auf den oberen Chips anbringen. Daher sind COBs für LED-Anwendungen viel heller als drahtgebundene Nicht-Flip-Chip-COBs. LED-Hersteller verwenden Flip-Chip-COBs, damit oberflächenmontierte LED-Chipchips engere Abstände zwischen ihnen haben. Diese Konfiguration erzeugt einen etwas einzigartigen Lichtquelleneffekt.
Flip-Chip-LED-Chips werden normalerweise mit anderen Flip-Chip-LEDs verbunden, um eine Reihenschaltung zu bilden. Die Enden dieses Schaltkreises werden mit elektrischen Kontaktstellen auf dem Substrat verbunden, wodurch die Anzahl der Kontaktstellen auf der LED-Verpackung reduziert wird. Die Anzahl der auf einem Substrat zusammengepferchten LEDs bestimmt die Helligkeit, die ein LED-Paket bieten kann.
2. Drahtgebundene COBs
A. Drahtgebundene COBs (für LEDs)
Wie beim Flip-Chip verwenden Hersteller drahtgebundene COBs für LED-Anwendungen. Im Inneren einiger oberflächenmontierter Hochleistungs-LEDs sehen Sie eine drahtgebundene COB-Konfiguration. Zu sehen ist eine Golddrahtverbindung, die vom oberen Die-Attach mit dem entsprechenden elektrischen Anschluss auf dem Substrat verbunden ist. Diese Art der Montage macht LEDs elektrisch und thermisch effizient. Allerdings sind Flip-Chip-COBs effizienter. Sie sind elektrisch und thermisch besser. Dies liegt daran, dass ihnen die Drahtverbindungen fehlen, die zu Stromverlusten führen können.
Wie Flip-Chip-LEDs können auch drahtgebundene LEDs in Reihe geschaltet werden. Dadurch entsteht eine Reihenschaltung, wodurch die Anzahl der Pads in einem LED-Gehäuse reduziert und diese gleichzeitig heller werden. Flip-Chips haben jedoch einen zusätzlichen Vorteil, da sie keine Drahtbonds benötigen.
B. Drahtgebundene COBs mit Kapselung
Bei drahtgebundenen COBs ist der obere Die-Attach-Draht mit den freiliegenden Pads einer Leiterplatte verbunden. Anschließend verkapselt der Hersteller es zum Schutz mit einer Epoxidharzbeschichtung. Sie finden diese Konfiguration bei vielen günstigen elektronischen Produkten wie Taschenrechnern, Spielzeugen und LCD-Modulen. Drahtgebundene COBs lassen sich im Vergleich zu ihren Gegenstücken im IC-Gehäuse kostengünstig in großen Mengen herstellen. Sie können mit dieser Art der Konfiguration auch Platz bei Ihren Projekten sparen. Außerdem können Sie die Kapselung verwenden, um Ihre Komponente stabiler zu machen. Dadurch wird es auch thermisch effizient und geschützt.
Einige Kapselungstechniken auf COBs
Die COB-Baugruppe ist zerbrechlich. Die Chip- und Drahtbonds reagieren empfindlich auf physikalische Belastungen. Darüber hinaus können Feuchtigkeit und andere Verbindungen die Teile des COB beeinträchtigen und ihn mit der Zeit schädigen. Aus diesem Grund werden Kapselungstechniken zum Schutz der Baugruppe eingesetzt. Nachfolgend sind die üblichen Kapselungsmethoden aufgeführt.
1. Glob-Top-Ausgabe
Bei dieser Verkapselungstechnik wird eine Epoxidharzverbindung (oder eine Art UV-härtbare Verbindung) verwendet, die die gesamte COB-Baugruppe beim Trocknen schützt. Die Masse wird durch ein schmales Nadelventil aufgetragen und über den gesamten COB fließen gelassen. Die Messung der Viskosität der Verbindung ist wichtig, um sicherzustellen, dass die Drahtverbindung während der Einkapselung nicht beschädigt wird. Außerdem sollte ein Bediener die Menge der ausgegebenen Verbindung überwachen. Dadurch wird verhindert, dass die Höhe des COB die zulässigen Grenzwerte erreicht.
Eine Glob-Top-Kapselung kann den COB isolieren. Es schützt es auch vor gefährlichen Chemikalien und Feuchtigkeit. Diese Technik kann auch die gesamte COB-Struktur unterstützen. Dies geschieht durch mechanische Belastungen während der Handhabung.
2. Dam-and-Fill-Dosierung
Bei der Dam-and-Fill-Dosierung werden zwei Arten von Materialien mit Viskosität verwendet. Das erste ist ein Material mit hoher Viskosität, das an den Seiten des COB einen Damm bildet, und das zweite ist ein Material mit niedrigerer Viskosität an der Innenseite des Damms.
Das höherviskose Material begrenzt den Fluss des niedrigerviskosen Materials. Dies geschieht außerhalb der durch den Damm geschützten Gebiete. Danach dosiert der Hersteller das Material mit niedrigerer Viskosität mit höherer Geschwindigkeit als das Material mit höherer Viskosität.
Diese Dosiertechnik ist schneller als die Glob-Top-Technik. Es sorgt für eine bessere, gleichmäßigere Struktur. Die Struktur ist vorhersehbar und weist eine engere Toleranz auf. Aufgrund dieser Eigenschaften wird die Dam-and-Fill-Dosierung eher bei Elektronikgeräten mit geringer Bauhöhe eingesetzt.
Verschiedene Anwendungen für Chip-on-Boards
Hersteller können Chip-on-Boards in mehreren Anwendungen einsetzen. Nachfolgend finden Sie einige Beispiele.
1. Beleuchtungsanwendungen
Aufgrund ihrer Leistungs- und Wärmeeffizienzeigenschaften eignen sich COBs gut für LED-Beleuchtungsanwendungen. Drahtgebundene COBs verfügen über sehr kurze Drahtverbindungen, die hervorragende Stromleiter sind. Beispiele für diese Drähte sind Gold, Aluminium, Kupfer und Silber. Flip-Chip-COBs sind besser, weil sie keine Drahtverbindungen verwenden und über Löthöcker direkt elektrisch an Pads oder Leiterbahnen angeschlossen werden können.
2. HF-Schaltkreise
COBs eignen sich besser für HF-Schaltkreise. Diese Schaltkreise werden durch die induktiven und kapazitiven Eigenschaften von Materialien beeinflusst. Dies erreichen sie durch sehr kurze elektrische Verbindungen. COBs machen den Leadframe und das Gehäuse eines IC überflüssig. Der Chip wird über Drahtbonds oder BGA-ähnliche Löthöcker mit den Leiterplatten/Leiterbahnen verbunden.
3. Günstige integrierte Schaltkreise
Wie bereits erwähnt, verwenden Hersteller häufig COBs für billige elektronische Geräte. Diese Artikel profitieren von den Kostensenkungen durch die Verwendung integrierter Schaltkreise ohne Verpackung. In der Fertigung fallen Ersteinrichtungskosten an. Sie werden jedoch von der großen Zahl an Produkten überschattet, die in Massenproduktion hergestellt werden.
4. Luft- und Raumfahrttechnik
COB kann mit der Zeit zuverlässig und langlebig werden. Dann hält es harten Bedingungen stand. Dieser Zustand ist perfekt für die Luft- und Raumfahrt. Sie benötigen Komponenten mit geringen Ausfallraten über einen langen Zeitraum.
Die kompakte Beschaffenheit von COBs hilft bei platzbeschränkten Designs, die für die Luft- und Raumfahrttechnik von entscheidender Bedeutung sind. Designer können beispielsweise COBs auf Schaltkreise anwenden. Die Schaltkreise sind in Platinen eingebettet, die in verschiedenen Modulen eines raumsparenden Space Shuttles untergebracht sind.
Bediener können Luft- und Raumfahrtkomponenten einer hohen thermischen Belastung aussetzen. Ein Beispiel ist ein High-End-Embedded-Computing-Gerät. Eloxiertes Aluminium kann auf die COB-Einkapselung aufgetragen werden, um die Gesamtwärmeleitfähigkeit zu verbessern.
Fazit
Die COB-Herstellung ist ein kosten- und platzsparender Prozess. Es kann den meisten Elektronikdesignunternehmen helfen. In diesem Artikel werden die Geschichte, der Aufbau, die verschiedenen Verkapselungstechniken und die vielfältigen Anwendungen von COB erörtert.