Taal wijzigen
Introductie
Laten we eens kijken naar Chip on Board (COB)-technologie, een van de nieuwste ontwikkelingen in de printplaatproductie . Verkrijg een beter begrip van hoe COB kan worden ingezet voor betere warmteafvoer, een compact ontwerp en concurrerende prijzen in de wereld van elektronische toepassingen, waaronder LED-verlichting en de automobielindustrie. Ontdek de voordelen, beperkingen en uiteenlopende toepassingen.
Wat is Chip on Board (COB)?
Het is een technologie waarbij halfgeleiderchips kaal zijn en direct op de printplaat worden gemonteerd. In tegenstelling tot traditionele methoden vereist COB geen individuele chipverpakking. In plaats daarvan wordt de kale chip direct op de printplaat geplaatst. De chip vindt vervolgens zijn plaats en verbindt deze met andere componenten. De draden worden bedekt met epoxy of plastic om deze verbindingen te beschermen. Encapsulatie is het proces. De chip wordt vervolgens stevig op zijn plaats gelijmd met een methode die Tape Automated Bonding by COB wordt genoemd. Deze directe montage bespaart ruimte op de printplaat en verhoogt de algehele prestaties.
Chip-on-boardtoepassingen
COB's worden in veel sectoren gebruikt, zoals de automobielindustrie, elektronica en medische apparatuur. Ze ondersteunen toepassingen die een hoge thermische en elektrische geleidbaarheid vereisen, zoals LED-verlichting en smartwatches. Hoogwaardige assemblages kunnen worden gemaakt met speciale drukvrije epoxyharsen. De chip wordt meestal verbonden met goud of aluminium . Ribbon bonding zorgt voor een betere signaalkwaliteit voor RF- en millimetergolfcomponenten. Encapsulatie beschermt de chip, met name bij sensoren. Voor lage inductantie wordt de chip met de voorkant naar beneden gemonteerd met behulp van soldeerbolletjes of gouden contactpunten. De chip wordt door middel van thermocompressie aan de PCB-pads bevestigd en ondergevuld voor extra bescherming. Geavanceerde testmethoden garanderen betrouwbare verbindingen, terwijl snelle prototypingmogelijkheden de COB's een grote aanpasbaarheid geven.
Voordelen van COB
Compact en ruimtebesparend ontwerp
Biedt een extreem compact en klein ontwerp. U krijgt meer in minder ruimte. Dit ontwerp bespaart ruimte op uw PCB, waardoor er ruimte ontstaat voor andere dingen. Dit is ideaal voor een apparaat met beperkte ruimte. Bovendien verbetert deze compacte configuratie de prestaties van het apparaat. Met COB krijgt u meer in een kleinere ruimte.
Sterke intensiteit op korte afstand
In een nauwe omgeving krijgt u een krachtige, heldere output. Het is perfect voor gerichte verlichtingsbehoeften. Toepassingen zoals LED laten u de kracht ervan zien. COB geeft u een groter lichtvermogen per component dan anders mogelijk zou zijn. Dit verhoogt ook de algehele efficiëntie en elimineert de onnodige behoefte aan extra lichtbronnen. In kleine of afgesloten ruimtes biedt COB een goede zichtbaarheid.
Hoge uniformiteit van dichtbij
Het biedt een hoge uniformiteit, zelfs op korte afstand. Het resultaat is een vloeiende, consistente lichtopbrengst die schaduwen en oneffenheden verwijdert. En dit zou ideaal moeten zijn voor apparaten die heldere, gerichte verlichting nodig hebben. Licht in COB wordt gelijkmatig over de bundel verspreid, ongeacht de ruimte die het vult. Het is perfect voor precisietaken, zoals in medische of inspectieapparatuur vanwege de uniformiteit. Met het elimineren van schittering of lichtvariatie, hebt u beter zicht.
Eenvoudige enkelvoudige circuitlay-out
Het is eenvoudig om meerdere leds op één printplaat aan te sluiten. Deze opstelling maakt de montage eenvoudiger. Meer storingspunten betekent dat die aansluitingen moeilijker te bereiken zijn. Er is minder bedrading, dus u krijgt een betere betrouwbaarheid. De algehele prestaties kunnen ook worden verbeterd door een eenvoudiger ontwerp.
Uitstekende warmteprestaties voor stabiliteit
U krijgt een betere temperatuurregeling voor uw apparaten. Om deze reden werken de componenten altijd soepel en efficiënt. De warmte wordt goed beheerd met COB, waardoor de risico's op schade worden verminderd. Echter, het verbeteren van de warmteprestaties verhoogt de levensduur van uw producten.
Goedkoop
Andere verpakkingsmethoden zijn vrij duur, terwijl COB-technologie goedkoop is. U betaalt slechts ongeveer een derde daarvan voor dezelfde chip. Het is goedkoop in termen van kosteneffectiviteit en helpt u geld te besparen op de productie. COB bespaart ook ruimte op uw printplaat. Hiermee kunt u componenten in een kleinere ruimte plaatsen. Bovendien maakt het gebruik van volwassen vakmanschap om betrouwbare kwaliteit te produceren.
Nadelen van COB
Extra machines vereist
Deze technologie heeft enkele nadelen. U hebt mogelijk extra lasmachines nodig bij de montage. De laatste stappen vereisen ook verpakkingsmachines. Dat draagt bij aan uw initiële installatiekosten. De productie kan worden vertraagd door de behoefte aan meer apparatuur. Voordat u een keuze maakt voor COB, moet u deze overwegen.
Strengere milieueisen
De PCB-patch heeft strengere milieuvereisten. Als u deze regels echter wilt volgen, moet u dit nauwkeurig doen. Het kan uw productieproces bemoeilijken. COB-assemblages zijn ook moeilijk te onderhouden. Het is moeilijker te repareren als ze eenmaal zijn geïnstalleerd.
Problemen met de thermische uitzettingscoëfficiënt (CTE)
Meestal is de PCB-chip gebaseerd op een leadframe ( BGA ). Dit kan ertoe leiden dat er geen VCC- of massa-aansluitingen naar de pinnen zijn. Er kunnen problemen met de thermische uitzettingscoëfficiënt (CTE) optreden. De materialen reageren anders op warmte dan wanneer ze niet uit verschillende lagen bestaan. De verbindingen met het substraat kunnen slecht zijn en prestatieproblemen veroorzaken.
Kleuruniformiteit is minder dan op het beeldscherm
U zult merken dat de kleuren niet zo helder zijn als op het scherm. Dit kan resulteren in heldere vlekken en een tint die niet klopt. Dit kan een probleem zijn als uw project een nauwkeurige kleurafstemming vereist. Verschillende kleuren kunnen uw perceptie van uw product verstoren. Mogelijk heeft u extra interventie nodig om deze afwijkingen te corrigeren. COB is daarom mogelijk niet perfect voor toepassingen die een perfecte kleurnauwkeurigheid vereisen.
Materialen voor Chip-on-Board-assemblage
Het kiezen van de juiste materialen tijdens de chipassemblage is eveneens belangrijk. Je wilt dus PCB-materialen met een lage CTE-mismatch ten opzichte van de halfgeleider. Helaas voldoen maar weinig standaardmaterialen aan deze eis. Een zo laag mogelijke CTE-mismatch helpt de spanning op de verbindingen tijdens temperatuurschommelingen te verminderen en zo problemen op de lange termijn te voorkomen. Het belangrijkste chipmateriaal, silicium, heeft een CTE van ongeveer 3 ppm/°C. Er zijn echter enkele geavanceerde materialen die hierbij kunnen helpen:
- PTFE-laminaten met keramische vulstof – RO3003 (CTE = 6 ppm/°C) of RO4835 (CTE = 8 ppm/°C)
- Keramiek zoals aluminium nitride – CTE = 4-5 ppm/°C (gebruikt als IC-substraatmateriaal)
- Flexibele PCB's – Gemaakt van polyimidemengsels, geschikt voor chip-on-board-assemblages
- Silicium interposer – Werkt als een bufferlaag om de spanning tussen de chip en de PCB te verminderen
Stappen bij het maken van een COB-pakket
COB-pakket is vrij eenvoudig te maken. De halfgeleiderchip wordt direct op de PCB gemonteerd. Uiteindelijk integreert deze methode de chip en het substraat in één eenheid. U gebruikt geen leads of pads; u gebruikt geen traditioneel pakket. Integendeel, alles is geïntegreerd voor betere prestaties. Dit bespaart ruimte en maakt uw ontwerp eenvoudiger.
Voorbereiding van de ondergrond
Het substraat is waar je begint met het maken van een COB-pakket. Maak het substraat goed schoon. Een goede verbinding vereist deze stap. Plaats vervolgens een geleidende laag, iets dunner, erop. Deze laag is vaak van koper. Dit wordt gedaan zodat je een chip op het oppervlak kunt plaatsen. Dit zorgt voor betere prestaties als het substraat schoon en gecoat is.
Plaatsing en uitlijning van chips
Dan leg je de halfgeleiderchip op het substraat. Zorg er ook voor dat deze uitgelijnd is met de geleidende sporen. Het is erg belangrijk om deze uitlijning te hebben. Het zorgt voor een goede verbinding. Een chip werkt alleen goed met een nauwkeurige plaatsing. Neem hiervoor de tijd.
Chipbinding met geleidende lijm
U plaatst de chip en lijmt deze vervolgens. Gebruik voor deze stap een geleidende lijm. Zilver die hecht epoxy, siliconen of acrylaat zijn allemaal gangbare keuzes. Breng vervolgens de lijm voorzichtig aan op de chip waarmee deze aan het substraat moet worden bevestigd. Deze hechting ontwikkelt een sterke en betrouwbare verbinding. Het zorgt ervoor dat de chip goed werkt in uw apparaat. Zorg ervoor dat de hechting in goede staat is voordat u verdergaat.
Draadverbinding voor elektrische verbindingen
Vervolgens klemt u bonddraden vast aan de chip. Deze stap moet worden uitgevoerd met behulp van een wire bonding-proces. Deze machine plaatst dunne draden tussen de chip en het substraat. Deze draden maken het mogelijk om de elektrische verbinding te maken. Ze bevestigen de chip aan het substraat. Zorg ervoor dat de netwerkverbinding sterk is.
Afdichting en inkapseling
Het COB-pakket wordt verzegeld nadat de bonddraden zijn geplaatst. Hiervoor kan een beschermend materiaal worden gebruikt. Epoxy-vormmassa of vloeibare inkapseling kan worden gebruikt. Het beschermt de chip en de bonddraden. Het beschermt ze tegen beschadiging. Zorg dat deze verzegeling sterk en compleet is.
Soorten chips op het bord
Flip Chip
Het apparaat bevindt zich tijdens dit proces ondersteboven. De printplaat ligt op de eerste (bovenste) laag. Op de printplaat worden kleine soldeerbolletjes geplaatst. Deze bolletjes verbinden zich met de chip. Vervolgens worden de chip en de printplaat door een reflow-soldeerproces geleid. Het resultaat zijn sterke elektrische verbindingen. Je krijgt een klein en minimalistisch ontwerp.
Dam & Vulling
Halfgeleiderchips worden hierdoor goed beschermd. Je plaatst de laag op een chip. Vervolgens bedek je de chip met epoxy. Of het nu een dam is of specifiek een barrière, door ontwerp of natuurlijke processen, het creëert een barrière aan de randen. Vul de chip vervolgens met een ander materiaal. Het is veilig voor beschadiging, en dit beschermt de chip tegen beschadiging. Je hardt beide materialen uit met hitte of uv-licht en vervolgens... Dit is geweldig voor chips op lastige plekken zoals auto's of vliegtuigen. Zo werken de chips goed, zelfs onder zware omstandigheden.
Glob-Top
De epoxy wordt op de chip aangebracht en vervolgens effectief beschermd door een bolvormige of ronde structuur, een soort inkapseling. Deze bol beschermt de chip tegen beschadiging en vuil. Eerst wordt de chip op een substraat geplaatst. Vervolgens wordt het bolvormige materiaal over de chip aangebracht en opgevuld, zodat de bolvorm ontstaat. Daarna wordt het materiaal uitgehard met warmte of UV-licht. De chip is bestand tegen dit soort mechanische belasting en de methode isoleert de chip van andere onderdelen. Het bespaart ook kosten omdat er geen extra afdichting nodig is en het vermindert elektromagnetische interferentie.
Draadverlijming
Zo zit het bij het bord. Eerst plak je de chip vast met lijm. Daarna wordt elke pad op de chip met dunne draden verbonden met een printplaat. Zowel de chip als het bord worden aan deze draden gelast. Het is vergelijkbaar met het verbinden van een geïntegreerd circuit met het frame. Maar daar wordt de chip direct met draad aan de printplaat vastgemaakt.
Flexibele printplaat
De chip zelf heeft metalen contactpunten waarmee hij verbonden is. Deze contactpunten zijn verbonden met de soldeerpunten van het apparaat. Vervolgens worden ze vastgesoldeerd aan de printplaat. Dit zorgt voor sterke verbindingen. Een inkapseling bedekt de chip en de verbindingen. Deze beschermt de chip tegen vocht en schadelijke gassen. Daarnaast zorgt de inkapseling voor warmteafvoer en beschermt de draadverbindingen tegen beschadiging. De printplaat kan bijvoorbeeld in een zakrekenmachine in het eindproduct worden verwerkt. Bij modules met meerdere chips kan de printplaat verbonden zijn met een andere printplaat. Sommige printplaten hebben speciale lagen voor warmteafvoer, waardoor ze de warmte van krachtige componenten, zoals LED's, aankunnen. Andere, verliesarme printplaten zijn ontworpen voor microgolffrequenties.
COB LED-technologie uitgelegd
Met deze technologie worden rode, groene en blauwe chips rechtstreeks op een printplaat (PCB) gemonteerd. Hierdoor passen er meer chips op een kleinere ruimte. Bovendien zorgt het voor een vlak en egaal LED-oppervlak. Met drie kleuren kan COB (Color, Optical, Bioluminescentie) schitterende beelden produceren met levendige kleuren, net als in de werkelijkheid. Het is mogelijk om meer LED's op dezelfde ruimte te plaatsen als met andere methoden zoals Dual In-Line Package (DIP) en Surface Mounted Device (SMD). COB neemt minder ruimte in beslag doordat er geen verbindingsdraden nodig zijn. Dit betekent een kleinere pixelafstand. Hoe hoger de resolutie, hoe dichter de pixels bij elkaar staan (de pixelafstand). De beeldkwaliteit, betrouwbaarheid en energie-efficiëntie van COB-technologie kunnen hierdoor verbeterd worden.
Chip-on-Board verpakkingsproces (voor LED-chips)
Hoge kwaliteit assemblage en prestaties worden gegarandeerd in een gedetailleerde methode van het chip-on-board (COB) verpakkingsproces voor LED-chips. Door deze stappen te ondernemen, creëert u een compact ontwerp en maakt u uw producten ook efficiënter. Hier is een overzicht van de belangrijkste stappen:
Stap 1: Kristaluitbreiding
Maak gebruik van de kristaluitbreidingsmachine. Deze breidt de LED-chipfolie gelijkmatig uit en trekt de strak gerangschikte LED-chip uit elkaar.
Stap 2: Voorbereiding van de lijm
De uitgebreide kristallen ring wordt op een oppervlak geplaatst dat bedekt is met een laag zilverpasta. De pasta wordt aangebracht om de hechting te bevorderen.
Stap 3: De LED-chip doorboren
Plaats de kristaluitbreidingsring in de piercinghouder en bevestig de LED-chip met een piercingpen aan de printplaat op een microscoop.
Stap 4: Thermische cyclus oven
Omdat we de LED-chipcoating op de printplaat niet willen beschadigen, plaatsen we de geperforeerde printplaat in een thermische oven, zodat de zilverpasta snel kan uitharden.
Stap 5: Plaatsing van de chip
Breng rode lijm aan op de IC-positie en verwijder de IC-chip met een antistatisch apparaat. Plaats de chip vervolgens op de lijm in de juiste positie.
Stap 6: De matrijs drogen
Laat de gelijmde matrijs uitharden door deze op een vlakke verwarmingsplaat in een oven met thermische cyclus te leggen, of door deze langere tijd in de natuur te laten uitharden.
Stap 7: Draadverbinding
Vervolgens verbindt u de chip (LED-chip of IC-chip) met aluminiumdraden met de printplaat. Hiervoor gebruikt u een aluminiumdraadverbindingsapparaat.
Stap 8: Pre-testinspectie
Met behulp van gespecialiseerde inspectie-instrumenten wordt een voortest op de COB-printplaat uitgevoerd om te zien of er gebreken zijn. Als de instrumenten niet gekwalificeerd zijn, wordt de printplaat vervolgens gerepareerd.
Stap 9: Lijm aanbrengen
De gelijmde LED-chip wordt met een lijmpistool voorzien van de juiste hoeveelheid AB-lijm. Zwarte lijm wordt over de bovenkant van de IC aangebracht.
Stap 10: De assemblage uitharden
Laat de PCB bij een constante temperatuur in een thermische oven uitharden, sluit de PCB af en plaats hem in de oven.
Stap 11: Evaluatie na de test
De elektrische prestaties van de verpakte PCB-borden worden getest met speciale testinstrumenten om de kwaliteit en functionaliteit ervan te testen.
SMD versus COB-verpakkingstechnologie
Verbindingsdraden versus lijm
In SMD worden bonding-draden gebruikt om componenten aan PCB's te verbinden. Deze verbindingen worden gemaakt door een soldeermachine, die een draad verhit en op een materiaal drukt om een verbinding te maken. Deze verbindingen kunnen zwak of sterk zijn en als ze niet correct worden uitgevoerd, falen ze. COB-technologie maakt daarentegen gebruik van lijmverbindingen die zorgen voor een sterke, betrouwbare interface die minder snel faalt door de effecten van de omgeving of soldeerfouten.
COB in zware omgevingen
SMD-componenten zijn gevoeliger voor schade door hitte, vocht en schokken. Omdat dit externe factoren zijn, zitten ze op het PCB-oppervlak. COB-technologie heeft echter minder last van dergelijke zware omstandigheden dankzij de robuuste lijmverbinding.
Fijnere pixelpitch met COB
Zonder bonding wires hoeft deze technologie niet zo fijn te zijn, omdat er geen bonding wires nodig zijn. Het creëert kleinere, hoge resolutie displays. Het is om scherpere beelden te kunnen produceren.
Componentgroottelimieten
SMD heeft een beperking in grootte. Meestal beperkt tot onderdelen groter dan 0.5 mm. COB kan echter nog kleinere componenten gebruiken, slechts enkele micrometers groot. Dit is een voordeel van COB, want als men een geavanceerd display moet gebruiken, biedt deze flexibiliteit de voorkeursoplossing.
Veelgestelde vragen over Chip on Board
Waarom wordt COB vaak gebruikt in autoverlichting?
Het wordt gebruikt in spotlights, downlights en koplampen. Ze produceren een solide, scherpe lichtbundel en je ziet ze in auto's. Het is perfect voor helder, gericht licht. Het helpt bij warmtebeheer, omdat ze zo gemaakt zijn. Meerdere ledchips vormen één module. Hier wordt de warmte juist verder verspreid. COB-leds bieden ook een nauwkeurige afstemming van de lichtregeling. Ze zijn ideaal voor toepassingen in de auto-industrie, waar nauwkeurigheid van belang is.
Waarin verschilt COB van traditionele chipverpakkingen?
COB is een speciale verpakkingstechnologie. Direct op het circuitbord worden halfgeleiderchips gemonteerd. Dat is anders dan tradities. Chips worden daarentegen één voor één verpakt op traditionele wijze. Kale chips gaan direct op het bord met COB. Het draagt bij aan de prestaties en bespaart ruimte. Ze zijn ook kleiner en efficiënter. Bovendien zijn ze goedkoper om te produceren. COB-technologie biedt betere kwaliteit en lagere kosten.
Is COB-technologie kosteneffectief voor grootschalige productie?
Ja. Het product creëert een hogere efficiëntie en een verlaging van de kosten. Het is een eenvoudig en goedkoop proces. Lagere kosten gaan hand in hand met minder productiestappen. Om goede redenen trekt COB-technologie high-end markten aan. COB LED-displays kunnen eenvoudig en snel worden geïnstalleerd. Uiteindelijk bespaart het tijd en geld voor fabrikanten.
Welke materialen worden in COB gebruikt voor warmteafvoer?
Koper wordt gebruikt omdat koper een goede warmtegeleider is. Bovendien helpen thermisch geleidende lijmen dingen te koelen. Aluminiumnitride is een uitblinker als het gaat om warmtebeheer. Het geleidt warmte beter dan aluminium of alumina. Andere effectieve opties zijn keramische substraten en directe verlijming van koper. De warmteafvoer in elektronische ontwerpen wordt verbeterd. De combinatie van deze materialen zorgt voor betere prestaties en betrouwbaarheid.
Conclusie
In deze PCBTok-blog zijn we dieper ingegaan op Chip-on-Board-technologie, waarbij halfgeleiders direct op printplaten worden gemonteerd. De voordelen die werden benadrukt, zijn onder meer de compactheid, efficiëntie en de sterke prestaties in LED-verlichting en autotoepassingen. Er kwamen echter ook enkele nadelen aan het licht, waaronder de noodzaak voor extra machines en strengere milieuregels. COB is een zeer belangrijk onderdeel van moderne elektronica.
