Chip trên tàu là gì?

Bài viết này giải thích chip trên bo mạch là gì, cách các nhà sản xuất xây dựng nó và các ứng dụng khác nhau của nó. Tìm hiểu thêm về quy trình sản xuất tiết kiệm chi phí, bảo vệ và hiệu quả này.

Giới thiệu

Khi mở một bộ phận lắp ráp điện tử, bạn có thể nhìn thấy một đốm màu trông kỳ lạ trên bảng mạch. Ban đầu nó có thể trông kỳ dị vì dường như nó đã không còn hình dạng nữa. Tuy nhiên, khi thử nghiệm, bạn sẽ thấy blob thực hiện ứng dụng như mong muốn. Cụm mạch kỳ lạ này có một Chip trên tàu (hay gọi tắt là COB) bên trong.

Chip trên tàu là gì?

Đúng như tên gọi của nó, chip-on-board là một cụm chip đặt trên PCB. Một COB bao gồm một mạch tích hợp (trên một miếng khuôn hoặc tấm wafer silicon) được liên kết bằng dây hoặc hàn thông qua các miếng đệm trên bảng mạch. Sau khi liên kết hoặc hàn, máy sẽ phun lớp phủ epoxy hoặc nhựa. Lớp phủ này bảo vệ các liên kết khuôn và dây nhạy cảm khỏi độ ẩm. Nó cũng bảo vệ chúng khỏi những căng thẳng cơ học và điện.

Lịch sử của Chip trên bo mạch

Các nhà sản xuất thiết bị điện tử đã phát triển chip-on-board (COB) để giảm chi phí sản xuất. Họ đã loại bỏ nhu cầu đóng gói mạch tích hợp và tiết kiệm không gian trên bố cục mạch. Bạn thường sẽ tìm thấy COB trên các mặt hàng điện tử giá rẻ (chẳng hạn như máy tính, màn hình LCD, đồ chơi điện tử và những thứ tương tự). Bạn cũng có thể tìm thấy COB trong các lĩnh vực như đèn LED và ứng dụng tần số vô tuyến. Chúng cũng được sử dụng trong các sản phẩm điện tử thu nhỏ như điện thoại di động và thẻ thông minh.

COB rất tốt cho chiếu sáng LED. Điều này là do các chip LED có thể được nhồi nhét lại với nhau trên một bảng trong một gói đèn LED duy nhất (như bạn sẽ thấy sau). Ngoài ra, COB còn có đặc tính tiết kiệm năng lượng và nhiệt tốt. Những đặc điểm này rất hữu ích cho ứng dụng nói trên.

COB có thể mang lại lợi ích cho các mạch điện tử RF vì việc lắp ráp COB loại bỏ nhu cầu về khung dây dẫn, dẫn đến độ dài dây dẫn ngắn hơn. Tính năng này cải thiện các đặc tính điện dung và cảm ứng của mạch. Nó là tuyệt vời cho các mạch RF.

Ngày nay, các nhà sản xuất sử dụng COB rộng rãi do xu hướng thu nhỏ các sản phẩm điện tử vẫn tiếp tục. Do đó, nhiều nhà chế tạo PCB có thể cung cấp sản xuất COB. Tốt nhất nên liên hệ với họ về khả năng sản xuất COB của họ.

Chip trên bo mạch được cấu tạo như thế nào?

Một số bước liên quan đến việc tạo ra một COB. Bạn sẽ cần biết cách xử lý và nối dây khuôn chip cho các COB được liên kết bằng dây. Bạn cũng cần chuẩn bị một số vật liệu hóa học để đặt khuôn và bọc cụm mạch tích hợp. Dưới đây là các bước:

1. Nhà chế tạo sản xuất bảng mạch in có các miếng đệm sẵn sàng nhận khuôn chip hoặc lát bán dẫn. Người thiết kế nên tính toán khoảng cách của các miếng đệm này để chúng có thể được liên kết bằng dây trên khuôn chip một cách nhanh chóng và đáng tin cậy.

2. PCB được làm sạch và chuẩn bị tiếp nhận khuôn chip. Khuôn nằm trong phần nền PCB, nơi một lớp vật liệu kết dính mỏng được áp dụng để giữ nó đúng vị trí.

3. Khuôn chip được xử lý và đặt trên bề mặt tiếp xúc với vật liệu kết dính trên PCB. Người vận hành phải cẩn thận căn chỉnh các khuôn này bằng khuôn đính kèm. Chúng gắn vào các miếng đồng lộ ra trên bề mặt đế để liên kết dây.

4. Máy liên kết dây liên kết các miếng đệm khuôn với các mẫu của miếng đệm tiếp xúc với PCB. Các miếng PCB phải chịu được sức nóng của quá trình liên kết dây. Với điều này, các miếng đệm phải được thiết kế với lớp hoàn thiện bằng vàng hoặc có các rãnh đồng dày hơn.

5. Chúng tôi phủ vật liệu đóng gói, thường là epoxy, lên bề mặt của cụm lắp ráp. Nó bảo vệ các bộ phận nhạy cảm (khuôn, miếng PCB và cụm liên kết dây) khỏi môi trường. Phần này là đốm màu đen mà bạn nhìn thấy chủ yếu ở phía trên bảng mạch.

Một số biến thể của chip trên bo mạch

Có nhiều biến thể khác nhau của COB và chúng có những ưu điểm cũng như ứng dụng cụ thể riêng.

1. COB chip lật

COB Flip-Chip có các khuôn được đặt với các miếng đệm gắn khuôn bên dưới lớp nền. Đó là nơi thuật ngữ này xuất phát; chúng trông giống như những con chip đảo ngược khi được lắp ráp. Cấu hình này sử dụng kết nối loại BGA để kết nối với chất nền PCB của chúng. Thiết lập này có nghĩa là chúng có các vết hàn bên dưới. Chất đóng gói thường nằm dọc theo các mối hàn và bên dưới khuôn, được gọi là lớp lót. Người vận hành không cần phải đặt dây liên kết lên khuôn trên. Vì vậy, COB cho các ứng dụng LED sáng hơn nhiều so với COB không gắn chip lật. Các nhà sản xuất đèn LED sử dụng COB chip lật để các khuôn chip LED gắn trên bề mặt có khoảng cách chặt chẽ hơn giữa chúng. Cấu hình này tạo ra hiệu ứng nguồn sáng hơi kỳ lạ.

Đèn LED chip lật thường kết nối với các đèn LED chip lật khác để tạo thành mạch nối tiếp. Các đầu của mạch này kết nối với các miếng đệm điện trên đế, làm giảm số lượng miếng đệm trên bao bì đèn LED. Số lượng đèn LED được nhồi nhét trên đế xác định mức độ sáng mà gói đèn LED có thể cung cấp.

2. COB được liên kết bằng dây

Một. COB gắn dây (dành cho đèn LED)

Giống như Flip-Chip, các nhà sản xuất sử dụng COB nối dây cho các ứng dụng LED. Bên trong một số đèn LED gắn trên bề mặt công suất cao, bạn sẽ thấy cấu hình COB được gắn dây. Phải nhìn thấy một liên kết dây vàng được kết nối từ khuôn trên cùng với kết nối điện tương ứng của nó trên đế. Kiểu lắp ráp này làm cho đèn LED tiết kiệm điện và nhiệt. Tuy nhiên, COB Flip-chip hiệu quả hơn. Chúng tốt hơn về điện và nhiệt. Điều này là do chúng thiếu các liên kết dây có thể gây mất điện.

Giống như đèn LED lật chip, đèn LED liên kết bằng dây cũng có thể kết nối nối tiếp. Điều này tạo thành một mạch nối tiếp, giảm số lượng miếng đệm trong gói đèn LED đồng thời làm cho chúng sáng hơn. Tuy nhiên, chip lật có thêm một lợi thế là chúng không cần dây nối.

b. COB liên kết bằng dây có đóng gói

Các COB được liên kết bằng dây có dây gắn khuôn phía trên được liên kết với các miếng đệm hở của PCB. Sau đó, nhà sản xuất bọc nó trong một lớp phủ epoxy để bảo vệ. Bạn sẽ tìm thấy cấu hình này trên nhiều sản phẩm điện tử giá rẻ, chẳng hạn như máy tính, đồ chơi và mô-đun LCD. Các COB được liên kết bằng dây không tốn kém khi sản xuất số lượng lớn so với các COB được đóng gói bằng IC. Bạn cũng có thể tiết kiệm dung lượng cho các dự án của mình bằng loại cấu hình này. Ngoài ra, bạn có thể sử dụng tính năng đóng gói để làm cho thành phần của mình chắc chắn hơn. Nó cũng sẽ làm cho nó có hiệu quả về nhiệt và được bảo vệ.

Một số kỹ thuật đóng gói trên COB

Việc lắp ráp COB rất dễ vỡ; liên kết khuôn và dây rất nhạy cảm với ứng suất vật lý. Ngoài ra, độ ẩm và các hợp chất khác có thể ảnh hưởng đến các bộ phận của COB, khiến nó xuống cấp theo thời gian. Vì lý do này, các kỹ thuật đóng gói được sử dụng để bảo vệ tổ hợp. Dưới đây là các phương pháp đóng gói thông thường.

1. Phân phối hàng đầu toàn cầu

Kỹ thuật đóng gói này sử dụng hợp chất epoxy (hoặc một loại hợp chất có thể chữa được bằng tia cực tím) để bảo vệ toàn bộ tổ hợp COB khi nó khô. Hợp chất được đưa qua một van kim hẹp và được phép chảy qua toàn bộ COB. Đo độ nhớt của hợp chất là điều cần thiết để đảm bảo nó không làm hỏng bất kỳ liên kết dây nào trong quá trình đóng gói. Ngoài ra, người vận hành nên theo dõi lượng hợp chất được phân phối. Điều này khiến chiều cao của COB không đạt đến giới hạn cho phép.

Đóng gói toàn cầu có thể cách nhiệt COB. Nó cũng bảo vệ nó khỏi các hóa chất và độ ẩm nguy hiểm. Kỹ thuật này cũng có thể hỗ trợ toàn bộ cấu trúc COB. Nó làm được điều đó do áp lực cơ học trong quá trình xử lý.

2. Phân phối đập và lấp đầy

Việc phân phối Dam and Fill sử dụng hai loại vật liệu có độ nhớt. Đầu tiên là vật liệu có độ nhớt cao tạo ra một con đập ở hai bên của COB, và thứ hai là vật liệu có độ nhớt thấp hơn ở bên trong con đập.

Vật liệu có độ nhớt cao hơn sẽ hạn chế dòng chảy của vật liệu có độ nhớt thấp hơn. Nó làm như vậy bên ngoài các khu vực được bảo vệ bởi con đập. Sau đó, nhà chế tạo phân phối vật liệu có độ nhớt thấp hơn ở tốc độ cao hơn so với vật liệu có độ nhớt cao hơn.

Kỹ thuật phân phối này nhanh hơn kỹ thuật toàn cầu. Nó tạo nên một cấu trúc đồng nhất, tốt hơn. Cấu trúc có thể dự đoán được và có dung sai chặt chẽ hơn. Do các đặc tính đã nói ở trên, việc phân phối đập và lấp đầy được sử dụng nhiều hơn trên các thiết bị điện tử có cấu hình thấp.

Các ứng dụng khác nhau cho Chip trên bo mạch

Các nhà sản xuất có thể sử dụng bo mạch chip trong nhiều ứng dụng. Dưới đây là một số ví dụ.

1. Ứng dụng chiếu sáng

Đặc tính hiệu suất nhiệt và năng lượng của COB khiến chúng rất phù hợp cho các ứng dụng chiếu sáng LED. Các COB được liên kết bằng dây có các liên kết dây rất ngắn là chất dẫn điện vượt trội. Ví dụ về các dây này là vàng, nhôm, đồng và bạc. COB chip lật tốt hơn vì chúng không sử dụng liên kết dây và có thể gắn điện vào các miếng đệm hoặc rãnh trực tiếp thông qua các điểm hàn.

2. Mạch RF

COB tốt hơn cho mạch RF. Các mạch này bị ảnh hưởng bởi tính chất điện cảm và điện dung của vật liệu. Họ làm điều này thông qua các kết nối điện rất ngắn. COB loại bỏ khung chì và gói của IC. Khuôn kết nối với các miếng đệm/rãnh mạch thông qua liên kết dây hoặc các mối hàn giống như BGA.

3. Mạch tích hợp giá rẻ

Như đã đề cập trước đó, các nhà sản xuất sử dụng rộng rãi COB cho hàng điện tử giá rẻ. Những mặt hàng này được hưởng lợi từ việc giảm chi phí khi sử dụng mạch tích hợp không có bao bì. Chi phí thiết lập ban đầu tồn tại trong sản xuất. Tuy nhiên, họ bị lu mờ bởi số lượng lớn sản phẩm được sản xuất hàng loạt.

4. Kỹ thuật hàng không vũ trụ

COB có thể trở nên đáng tin cậy và bền bỉ theo thời gian. Sau đó nó có thể chịu được các điều kiện khắc nghiệt. Điều kiện này là hoàn hảo cho ngành hàng không vũ trụ. Họ cần các thành phần có tỷ lệ hỏng hóc thấp trong thời gian dài.

Bản chất nhỏ gọn của COB giúp ích cho các thiết kế có không gian hạn chế, rất quan trọng đối với kỹ thuật hàng không vũ trụ. Ví dụ, các nhà thiết kế có thể áp dụng COB vào các mạch điện. Các mạch điện được nhúng trong các bảng được nhét vào các mô-đun khác nhau trong tàu con thoi tiết kiệm không gian.

Người vận hành có thể khiến các bộ phận hàng không vũ trụ phải chịu áp lực nhiệt cao. Một thiết bị điện toán nhúng cao cấp là một ví dụ. Nhôm anodized có thể được áp dụng để đóng gói COB để cải thiện độ dẫn nhiệt tổng thể.

Kết luận

Sản xuất COB là một quá trình tiết kiệm chi phí và không gian. Nó có thể giúp hầu hết các công ty thiết kế điện tử. Bài viết này thảo luận về lịch sử, cấu trúc, các kỹ thuật đóng gói khác nhau và các ứng dụng khác nhau của COB.