Este artigo explica o que é um chip integrado, como os fabricantes o constroem e suas diferentes aplicações. Saiba mais sobre esse processo de fabricação econômico, protetor e eficiente.
Conheça
Ao abrir um conjunto eletrônico, você provavelmente viu uma bolha de aparência estranha em uma placa de circuito. Pode parecer estranho inicialmente, pois parece ter saído de forma. No entanto, após o teste, você verá que o blob executa a aplicação pretendida. Este estranho conjunto de circuito tem um Chip a bordo (ou COB, para abreviar) dentro.
O que é um chip a bordo?
Como o próprio nome indica, um chip-on-board é um conjunto de chips no topo de um PCB. Um COB compreende um circuito integrado (em uma matriz ou fatia de wafer de silício) ligado por fio ou soldado através de almofadas na placa de circuito. Após a colagem ou soldagem, uma máquina injeta revestimento epóxi ou plástico. Este revestimento protege a matriz sensível e as ligações do fio da umidade. Também os protege de tensões mecânicas e elétricas.
História do Chip on Boards
Os fabricantes de eletrônicos desenvolveram chips-on-boards (COBs) para reduzir os custos de fabricação. Eles eliminaram a necessidade de empacotamento de circuitos integrados e economizaram espaço nos layouts de circuitos. Normalmente você encontrará COBs em produtos eletrônicos baratos (como calculadoras, LCDs, brinquedos eletrônicos e similares). Você também pode encontrar COBs em áreas como iluminação LED e aplicações de radiofrequência. Eles também são usados em produtos eletrônicos miniaturizados, como telefones celulares e cartões inteligentes.
COBs são ótimos para iluminação LED. Isso ocorre porque os chips de LED podem ser agrupados em uma placa em um único pacote de LED (como você verá mais tarde). Além disso, os COBs têm boas características térmicas e de eficiência energética. Essas características são úteis para a referida aplicação.
Os COBs podem beneficiar os circuitos eletrônicos de RF, uma vez que um conjunto COB elimina a necessidade de uma estrutura de chumbo, resultando em comprimentos de chumbo mais curtos. Este recurso melhora as propriedades capacitivas e indutivas de um circuito. É ótimo para circuitos de RF.
Hoje em dia, os fabricantes empregam extensivamente COBs, uma vez que a tendência de miniaturização de produtos eletrônicos continua. Como resultado, mais empresas de fabricação de PCB podem oferecer a fabricação de COB. É melhor contatá-los sobre suas capacidades de fabricação de COB.
Como é construído um Chip on Board?
Várias etapas estão envolvidas na criação de um COB. Você precisará saber como manusear e conectar uma matriz de chip para COBs ligados por fio. Você também precisará preparar alguns materiais químicos para colocar a matriz e encapsular o conjunto do circuito integrado. Aqui estão as etapas:
1. O fabricante fabrica a placa de circuito impresso com almofadas prontas para receber uma matriz de chip ou fatia de wafer. O projetista deve calcular o espaçamento dessas almofadas para que possam ser fixadas com fio na matriz do cavaco de forma rápida e confiável.
2. A PCB é limpa e preparada para receber a matriz do chip. A matriz fica na parte do substrato da PCB, onde uma fina camada de material adesivo é aplicada para mantê-la no lugar.
3. A matriz do chip é manuseada e colocada no substrato exposto com material adesivo na PCB. O operador deve alinhar cuidadosamente essas matrizes com um acessório de matriz. Eles se fixam às almofadas de cobre expostas na superfície do substrato para ligação dos fios.
4. Uma máquina de colagem de fios une as almofadas da matriz aos padrões das almofadas expostas dos PCBs. As almofadas PCB devem suportar o calor do processo de ligação dos fios. Com isso, as pastilhas devem ser desenhadas com acabamento dourado ou possuir faixas de cobre mais grossas.
5. Aplicamos um material encapsulante, geralmente epóxi, na superfície da montagem. Ele protege as partes sensíveis (a matriz, as placas de PCB e o conjunto de ligação de fios) do meio ambiente. Esta parte é a mancha preta que você vê principalmente na parte superior da placa de circuito.
Algumas variantes de Chip on Boards
Existem diferentes variantes de COBs, e eles têm suas próprias vantagens e aplicações específicas.
1. COBs Flip-Chip
Flip-Chip COBs têm matrizes colocadas com almofadas de fixação sob o substrato. É daí que vem o termo; eles parecem chips invertidos quando montados. Esta configuração usa uma conexão do tipo BGA para conectar-se aos seus substratos de PCB. Esta configuração significa que eles têm saliências de solda embaixo deles. O encapsulante geralmente fica ao longo das juntas de solda e abaixo da matriz, o que é chamado de preenchimento inferior. Os operadores não precisam colocar fios nas matrizes superiores. Portanto, os COBs para aplicações de LED são muito mais brilhantes do que os COBs não flip-chip ligados por fio. Os fabricantes de LED usam COBs Flip-chip para que as matrizes dos chips de LED de montagem em superfície tenham espaços mais estreitos entre eles. Esta configuração produz um efeito de fonte de luz um tanto singular.
As matrizes de LED flip-chip geralmente se conectam a outros LEDs flip-chip para formar um circuito em série. As extremidades deste circuito se conectam às almofadas elétricas no substrato, reduzindo o número de almofadas nas embalagens de LED. O número de LEDs amontoados em um substrato determina o nível de brilho que um pacote de LED pode oferecer.
2. COBs ligados por fio
a. COBs ligados por fio (para LEDs)
Assim como o Flip-Chip, os fabricantes empregam COBs Wire-Bonded para aplicações de LED. Dentro de alguns LEDs montados em superfície de alta potência, você verá uma configuração COB Wire-Bonded. Uma ligação de fio de ouro conectada da parte superior da matriz à sua conexão elétrica correspondente no substrato deve ser vista. Esse tipo de montagem torna os LEDs elétrica e termicamente eficientes. No entanto, os COBs Flip-chip são mais eficientes. Eles são melhores eletricamente e termicamente. Isso ocorre porque eles não possuem ligações de fios que podem causar perda de energia.
Assim como os LEDs flip-chip, os LEDs ligados por fio também podem ser conectados em série. Isso forma um circuito em série, reduzindo o número de pads em um pacote de LED e tornando-os mais brilhantes. No entanto, os flip-chips têm uma vantagem adicional, pois não precisam de ligações de fios.
b. COBs ligados por fio com encapsulamento
Os COBs ligados por fio têm seu fio de fixação superior ligado às almofadas expostas de uma PCB. Depois disso, o fabricante o encapsula em um revestimento epóxi como proteção. Você encontrará essa configuração em muitos produtos eletrônicos baratos, como calculadoras, brinquedos e módulos LCD. Os COBs ligados por fio são baratos de produzir em volume, em comparação com seus equivalentes embalados com IC. Você também pode economizar espaço em seus projetos neste tipo de configuração. Além disso, você pode usar o encapsulamento para tornar seu componente mais resistente. Também o tornará termicamente eficiente e protegido.
Algumas técnicas de encapsulamento em COBs
A montagem do COB é frágil; as ligações da matriz e do fio são sensíveis ao estresse físico. Além disso, a umidade e outros compostos podem afetar as partes do COB, degradando-o com o tempo. Por causa disso, técnicas de encapsulamento são empregadas para proteger a montagem. Abaixo estão os métodos usuais de encapsulamento.
1. Dispensação Glob Top
Esta técnica de encapsulamento usa um composto epóxi (ou um tipo de curável por UV) que protege todo o conjunto COB quando ele seca. O composto é aplicado através de uma válvula de agulha estreita e pode fluir por todo o COB. Medir a viscosidade do composto é essencial para garantir que ele não danifique nenhuma ligação do fio durante o encapsulamento. Além disso, o operador deve observar a quantidade de composto dispensado. Isto evita que a altura do COB atinja os limites permitidos.
O encapsulamento glob-top pode isolar o COB. Ele também o protege de produtos químicos perigosos e umidade. Esta técnica também pode suportar toda a estrutura COB. Isso ocorre devido a tensões mecânicas durante o manuseio.
2. Dispensação de barragem e enchimento
A distribuição Dam and Fill usa dois tipos de materiais de viscosidade. O primeiro é um material de alta viscosidade que cria uma barragem nas laterais do COB, e o segundo é um material de baixa viscosidade no interior da barragem.
O material de maior viscosidade limita o fluxo do material de menor viscosidade. Fá-lo fora das áreas protegidas pela barragem. Depois disso, o fabricante distribui o material de menor viscosidade em velocidades mais altas em comparação com o material de maior viscosidade.
Esta técnica de distribuição é mais rápida que a técnica glob top. Faz uma estrutura melhor e uniforme. A estrutura é previsível e tem uma tolerância mais restrita. Devido às referidas propriedades, a distribuição de barragens e preenchimentos é mais usada em eletrônicos de baixo perfil.
Diferentes aplicações para Chip on Boards
Os fabricantes podem usar placas chip-on em diversas aplicações. Abaixo estão alguns exemplos.
1. Aplicações de iluminação
As características de potência e eficiência térmica dos COBs os tornam adequados para aplicações de iluminação LED. Os COBs ligados por fio têm ligações de fio muito curtas que são condutores superiores de eletricidade. Exemplos desses fios são ouro, alumínio, cobre e prata. Os COBs flip-chip são melhores porque não usam ligações de fio e podem ser conectados eletricamente a almofadas ou trilhas diretamente através de saliências de solda.
2. Circuitos de RF
COBs são melhores para circuitos de RF. Esses circuitos são afetados pelas propriedades indutivas e capacitivas dos materiais. Eles fazem isso através de conexões elétricas muito curtas. Os COBs eliminam o leadframe e o pacote de um IC. A matriz se conecta às almofadas/trilhas do circuito por meio de ligações de fios ou saliências de solda semelhantes a BGA.
3. Circuitos Integrados Baratos
Como mencionado anteriormente, os fabricantes utilizam amplamente COBs para produtos eletrônicos baratos. Esses itens se beneficiam da redução de custos pelo uso de circuitos integrados sem embalagem. Os custos de configuração inicial existem na fabricação. Mas são ofuscados pelo grande número de produtos fabricados através da produção em massa.
4. Engenharia Aeroespacial
O COB pode se tornar confiável e durável com o tempo. Ele pode então suportar condições difíceis. Esta condição é perfeita para a indústria aeroespacial. Eles precisam de componentes com baixas taxas de falhas por muito tempo.
A natureza compacta dos COBs ajuda em projetos com espaço limitado, cruciais para a engenharia aeroespacial. Por exemplo, os projetistas podem aplicar COBs aos circuitos. Os circuitos são incorporados em placas amontoadas em diferentes módulos em um ônibus espacial com consciência espacial.
Os operadores podem submeter componentes aeroespaciais a alto estresse térmico. Um dispositivo de computação embarcado de última geração é um exemplo. O alumínio anodizado pode ser aplicado ao encapsulamento COB para melhorar a condutividade térmica geral.
Conclusão
A fabricação COB é um processo que economiza custos e espaço. Pode ajudar a maioria das empresas de design de eletrônicos. Este artigo discutiu a história, construção, várias técnicas de encapsulamento e aplicações variadas do COB.