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Introduction
Découvrons comment la technologie COB (Chip on Board) représente l'une des dernières avancées dans la fabrication de circuits imprimés . Apprenez-en davantage sur la manière d'exploiter la technologie COB pour optimiser la dissipation thermique, réduire l'encombrement et proposer des prix compétitifs dans le domaine de l'électronique, notamment pour l'éclairage LED et l'automobile. Découvrez ses avantages, ses limites et ses multiples applications.
Qu'est-ce que Chip on Board (COB) ?
Il s'agit d'une technologie dans laquelle les puces semi-conductrices sont nues et montées directement sur le circuit imprimé. Contrairement aux méthodes traditionnelles, le montage COB ne nécessite pas de packaging individuel. La puce nue est placée directement sur le circuit imprimé. La puce trouve ensuite son emplacement et est connectée aux autres composants. Les fils sont recouverts d'époxy ou de plastique pour protéger ces connexions. Le processus est l'encapsulation. La puce est ensuite solidement fixée grâce à une méthode appelée « Tape Automated Bonding » par COB. Ce montage direct permet de gagner de la place sur le circuit imprimé et d'améliorer les performances globales.
Applications de puces embarquées
Les puces COB sont utilisées dans de nombreux domaines, tels que l'automobile, l'électronique et les dispositifs médicaux. Elles sont particulièrement adaptées aux applications exigeant une conductivité thermique et électrique élevée, comme l'éclairage LED et les montres connectées. Des assemblages hautes performances peuvent être réalisés grâce à des résines époxy spéciales sans pression. La puce est généralement collée sur de l'or ou de l'aluminium . Le collage par ruban améliore la qualité du signal pour les dispositifs RF et ondes millimétriques. L'encapsulation protège la puce, notamment pour les capteurs. Pour une faible inductance, la technologie flip chip permet de monter la puce face vers le bas à l'aide de billes de soudure ou de plots en or. La puce est fixée aux pastilles du circuit imprimé par thermocompression et sous-remplie pour la protéger. Des tests avancés garantissent des connexions fiables, tandis que les options de prototypage rapide confèrent aux puces COB une grande adaptabilité.
Avantages du COB
Conception compacte et peu encombrante
Conception extrêmement compacte et compacte. Vous obtenez plus de puissance dans un espace réduit. Cette conception permet de gagner de la place sur votre circuit imprimé, libérant ainsi de l'espace pour d'autres composants. C'est idéal pour les appareils à espace restreint. De plus, cette configuration compacte améliore les performances de l'appareil. Avec COB, vous obtenez plus de puissance dans un espace réduit.
Forte intensité à courte portée
En configuration rapprochée, vous obtenez un rendu puissant et lumineux. Il est donc parfait pour les besoins d'éclairage ciblé. Des applications telles que la LED vous montreront sa force. Le COB vous offre une puissance lumineuse par composant supérieure à celle qui serait autrement possible. Cela augmente également l'efficacité globale et élimine le besoin inutile de sources lumineuses supplémentaires. Dans les espaces restreints ou fermés, le COB offre une bonne visibilité.
Haute uniformité de près
Il offre une grande uniformité même à courte distance. Le résultat est une sortie lumineuse uniforme et homogène qui élimine les ombres et les points irréguliers. Et cela devrait être idéal pour les appareils qui nécessitent un éclairage clair et focalisé. La lumière du COB est répartie uniformément sur le faisceau, quel que soit l'espace qu'il occupe. Il est parfait pour les tâches de précision, comme dans les équipements médicaux ou d'inspection en raison de son uniformité. L'éblouissement ou les variations de lumière étant éliminés, vous bénéficiez d'une meilleure visibilité.
Schéma simple d'un circuit unique
Il est facile de connecter plusieurs LED sur une même carte. Cette configuration simplifie l'assemblage. Plus les points de défaillance sont nombreux, plus les connexions sont difficiles à atteindre. Moins de câblage, donc une meilleure fiabilité. Une conception simple permet également d'améliorer les performances globales.
Excellentes performances thermiques pour la stabilité
Vous obtenez un meilleur contrôle de la température de vos appareils. Pour cette raison, les composants fonctionnent toujours de manière fluide et efficace. La chaleur est bien gérée avec le COB, ce qui réduit ses risques d'endommagement. Cependant, l'amélioration des performances thermiques augmente la durée de vie de vos produits.
Peu coûteux
Les autres méthodes d'emballage sont assez chères, tandis que la technologie COB est peu coûteuse. Vous ne paierez qu'environ un tiers de ce prix pour la même puce. Elle est bon marché en termes de rentabilité et vous permet d'économiser de l'argent sur la production. La technologie COB permet également d'économiser de l'espace sur votre circuit imprimé. Elle vous permet de placer des composants dans un espace plus petit. De plus, elle utilise un savoir-faire éprouvé pour produire une qualité fiable.
Inconvénients du COB
Machines supplémentaires requises
Cette technologie présente quelques inconvénients. Vous aurez peut-être besoin de machines de soudage supplémentaires lors de l'assemblage. Les étapes finales nécessitent également des machines d'emballage. Cela augmente vos coûts de configuration initiaux. La production peut être ralentie par le besoin d'équipements supplémentaires. Avant de faire un choix pour le COB, vous devriez les considérer.
Des exigences environnementales plus strictes
Le patch PCB a des exigences environnementales plus strictes. Cependant, si vous souhaitez suivre ces règles, vous devez le faire à la lettre. Cela peut compliquer votre processus de fabrication. Les assemblages COB sont également difficiles à entretenir. Il est plus difficile de les réparer une fois installés.
Problèmes liés au coefficient de dilatation thermique (CTE)
Le plus souvent, la puce du circuit imprimé est montée sur un support BGA (Block Frame ). Dans ce cas, il peut arriver que les broches ne soient pas alimentées (VCC) ou ne soient pas à la masse. Des problèmes de coefficient de dilatation thermique (CTE) peuvent survenir. Les matériaux réagissent différemment à la chaleur que lorsqu'ils ne sont pas constitués de plusieurs couches. Des connexions de substrat défectueuses peuvent entraîner des problèmes de performance.
L'uniformité des couleurs est inférieure à celle de l'écran d'affichage
Vous constaterez que les couleurs ne sont pas aussi nettes qu'à l'écran. Cela peut entraîner des points lumineux et une teinte décalée. Cela peut poser problème si votre projet nécessite une correspondance précise des couleurs. Des couleurs différentes peuvent perturber la perception de votre produit. Une intervention supplémentaire peut être nécessaire pour corriger ces écarts. C'est peut-être pour cette raison que le COB n'est pas idéal pour les applications nécessitant une précision des couleurs parfaite.
Matériaux pour l'assemblage de puces sur carte
Le choix des matériaux lors de l'assemblage de la puce est tout aussi important. Il est donc essentiel d'utiliser des matériaux pour circuit imprimé présentant un faible écart de coefficient de dilatation thermique (CTE) par rapport au semi-conducteur. Malheureusement, très peu de matériaux standards répondent à cette exigence. Un écart de CTE aussi faible que possible contribue à réduire les contraintes sur les connexions lors des variations de température, limitant ainsi les problèmes à long terme. Le silicium, matériau principal des puces, possède un CTE d'environ 3 ppm/°C. Cependant, certains matériaux avancés peuvent offrir des solutions :
- Stratifiés PTFE avec charge céramique – RO3003 (CTE = 6 ppm/°C) ou RO4835 (CTE = 8 ppm/°C)
- Céramique comme le nitrure d'aluminium – CTE = 4-5 ppm/°C (utilisé comme matériau de substrat de CI)
- PCB flexibles – Fabriqué à partir de mélanges de polyimides, adapté aux assemblages de puces sur carte
- Interposeur en silicium – Agit comme une couche tampon pour réduire les contraintes entre la puce et le PCB
Étapes de la création d'un package COB
Le boîtier COB est assez simple à réaliser. La puce semi-conductrice sera directement montée sur le PCB. Au final, cette méthode intègre la puce et le substrat en une seule unité. Vous n'utilisez pas de fils ou de pastilles ; vous n'utilisez pas de boîtier traditionnel. Au contraire, tout est intégré pour de meilleures performances. Cela permet de gagner de la place et de simplifier votre conception.
Préparation du substrat
Le substrat est le point de départ de la fabrication d'un boîtier COB. Nettoyez soigneusement le substrat. Une bonne connexion est essentielle. Ensuite, appliquez une couche conductrice légèrement fine par-dessus. Cette couche est souvent en cuivre. Elle permet d'y placer une puce. Un substrat propre et revêtu améliore les performances.
Placement et alignement des puces
Ensuite, vous posez la puce semi-conductrice sur le substrat. Assurez-vous également qu'elle s'aligne avec les pistes conductrices. Il est très important d'avoir cet alignement. Cela garantit une bonne connexion. Une puce ne fonctionne bien qu'avec un placement précis. En faisant cela, prenez votre temps.
Collage de puces avec adhésif conducteur
Placez la puce, puis collez-la. Pour cette étape, utilisez un adhésif conducteur. L'époxy, le silicone ou l'acrylate sont tous des choix courants. Appliquez ensuite soigneusement l'adhésif sur la puce à laquelle elle doit être connectée au substrat. Cette liaison développe une liaison solide et fiable. Elle permet à la puce de bien fonctionner dans votre appareil. Assurez-vous que la liaison est en bon état avant de continuer.
Liaison par fils pour connexions électriques
Ensuite, vous fixez des fils de liaison sur la puce. Cette étape doit être réalisée à l'aide d'un procédé de liaison par fils. Cette machine place un fil fin entre la puce et le substrat. Ces fils permettent de créer la connexion électrique. Ils fixent la puce au substrat. Assurez-vous que la connexion réseau est solide.
Scellement et encapsulation
Le boîtier COB est scellé après avoir placé les fils de liaison. Un matériau de protection peut être utilisé à cet effet. Un composé de moulage époxy ou un encapsulant liquide peut être utilisé. Il protège la puce ainsi que les fils de liaison. Il les protège des dommages. Assurez-vous que ce joint est solide et complet.
Types de puces embarquées
Flip Chip
L'appareil est à l'envers pendant ce processus. Le circuit imprimé se trouve sur la première couche (supérieure). De petites billes de soudure sont déposées sur le circuit imprimé. Ces billes sont reliées à la puce. La puce et le circuit imprimé sont ensuite soudés par refusion. On obtient ainsi des connexions électriques robustes. Le résultat est un design compact et minimaliste.
Barrage et remblai
Les puces semi-conductrices sont ainsi bien protégées. Il suffit de placer la couche sur la puce, puis de la recouvrir d'époxy. Qu'il s'agisse d'un barrage, d'une barrière spécifique, conçue ou naturelle, elle crée une barrière sur les bords. On la remplit ensuite d'un autre matériau. Ce matériau est à l'abri des dommages, et la puce est ainsi protégée. Les deux matériaux sont durcis à la chaleur ou aux UV. C'est idéal pour les puces situées dans des endroits difficiles d'accès, comme les voitures ou les avions. C'est ainsi que les puces fonctionnent efficacement, même dans des conditions difficiles.
Glob-Top
L'époxy est ensuite appliqué sur la puce et la protège efficacement grâce à une encapsulation, sous forme de gouttelette ou de capsule. Cette capsule protège la puce des dommages et de la poussière. La puce est d'abord placée sur un substrat. Ensuite, le matériau de couverture est déposé sur la puce et remplit l'espace, formant ainsi une gouttelette. Le matériau est ensuite polymérisé à la chaleur ou aux UV. La puce peut ainsi résister à ce type de contraintes mécaniques, et cette méthode l'isole des autres composants. Elle permet également de réaliser des économies car aucun barrage supplémentaire n'est nécessaire et elle réduit les interférences électromagnétiques.
Liaison par fil
Voici comment cela accompagne la carte. Vous fixez d'abord la puce avec de la colle. Ensuite, chaque pastille de la puce est connectée à un circuit imprimé par des fils fins. La puce et la carte sont toutes deux soudées à ces fils. C'est similaire à la connexion d'un circuit intégré au cadre. Mais là, la puce est directement reliée par fil au circuit imprimé.
Circuit imprimé flexible
La puce elle-même possède des fils métalliques qui la relient aux pastilles de connexion du composant. Ces fils sont ensuite soudés à la carte de circuit imprimé, assurant ainsi des connexions robustes. Un encapsulant recouvre la puce et les connexions, les protégeant de l'humidité et des gaz nocifs. De plus, il favorise la dissipation thermique et protège les liaisons filaires. Par exemple, dans les calculatrices de poche, la carte de circuit imprimé peut être intégrée à des produits finaux. Pour les modules multi-puces, la carte peut être connectée à une autre carte de circuit imprimé. Certaines cartes comportent des couches de dissipation thermique, capables de gérer la chaleur dégagée par des composants haute puissance , notamment les LED. D'autres, à faibles pertes, peuvent être conçues pour fonctionner aux fréquences micro-ondes.
La technologie LED COB expliquée
Grâce à cette technologie, les puces rouges, vertes et bleues sont montées directement sur un circuit imprimé (PCB). Il est ainsi possible d'intégrer davantage de puces dans un espace réduit. La surface des LED est également plane et uniforme. Avec ses trois couleurs, la technologie COB permet de créer des images exceptionnelles aux couleurs vives, d'un réalisme saisissant. On peut loger plus de LED dans le même espace qu'avec d'autres technologies comme le DIP (Dual In-line Package) ou le SMD (Surface Mounted Device). L' absence de fils de connexion confère à la technologie COB un encombrement réduit, ce qui permet d'obtenir un espacement plus fin entre les pixels. Plus la résolution est élevée, plus les pixels sont rapprochés. La qualité d'image, la fiabilité et l'efficacité énergétique de la technologie COB sont ainsi optimisées.
Processus d'emballage de puces sur carte (pour puces LED)
Un assemblage de haute qualité et des performances élevées sont garantis par une méthode détaillée du processus d'emballage de puces LED sur carte (COB). En effectuant ces étapes, vous créerez une conception compacte et rendrez également vos produits plus efficaces. Voici une répartition des étapes clés impliquées :
Étape 1 : Expansion cristalline
Profitez de la machine d'expansion de cristal, elle a uniformément élargi le film de puce LED et a séparé la matrice LED étroitement disposée.
Étape 2 : Préparation de l'adhésif
L'anneau en cristal expansé est placé sur une surface recouverte d'une couche de pâte d'argent et la pâte est appliquée pour faciliter la liaison.
Étape 3 : Perçage de la puce LED
Placez l'anneau d'expansion en cristal dans le support de perçage et, à l'aide d'un stylo de perçage, fixez la puce LED au PCB sur un microscope.
Étape 4 : Four à cycle thermique
Parce que nous ne voulons pas endommager le revêtement de la puce LED sur le PCB, nous placerons le PCB percé dans un four à cycle thermique pour durcir rapidement la pâte d'argent.
Étape 5 : Placement de la puce
Appliquez de la colle rouge sur la position du circuit intégré et retirez la puce du circuit intégré avec un appareil antistatique, placez-la sur l'adhésif dans la bonne position.
Étape 6 : Séchage de la matrice
Faites durcir la matrice collée soit en la plaçant sur une plaque chauffante plate dans un four à cycle thermique pour la durcir, soit en la laissant durcir plus longtemps dans la nature.
Étape 7 : Liaison par fil
Ensuite, vous connectez la puce (matrice LED ou puce IC) au PCB avec des fils en aluminium à l'aide d'une machine de liaison de fils en aluminium.
Étape 8 : Inspection préalable au test
Des outils d'inspection spécialisés sont utilisés pour effectuer un pré-test sur la carte COB afin de voir s'il y a des défauts, puis réparer la carte si elle n'est pas qualifiée.
Étape 9 : Distribution de la colle
La matrice LED collée reçoit une quantité appropriée de colle AB appliquée dessus avec un distributeur de colle, et de la colle noire est conditionnée sur le dessus du circuit intégré.
Étape 10 : Durcissement de l'assemblage
Faites durcir le PCB à une température constante dans un four à cycle thermique, scellez le PCB et placez-le dans le four.
Étape 11 : Évaluation post-test
Les performances électriques des cartes PCB conditionnées sont testées sur des outils de test spéciaux pour tester leur qualité et leur fonctionnalité.
Technologie d'emballage SMD vs COB
Fils de liaison vs. adhésif
Dans les CMS, les fils de liaison sont utilisés pour connecter les composants au PCB. Ces connexions sont créées par une machine à souder, qui chauffe et presse un fil sur un matériau afin de créer une connexion. Ces connexions peuvent être faibles ou solides, et si elles ne sont pas effectuées correctement, elles échouent. D'autre part, la technologie COB utilise une liaison adhésive qui garantit une interface solide et fiable qui échouera moins sous l'effet des effets de l'environnement ou d'une erreur de soudure.
COB dans des environnements difficiles
Les composants CMS sont plus sensibles aux dommages causés par la chaleur, l'humidité et les chocs. Ces facteurs externes les forment à la surface du circuit imprimé. La technologie COB, quant à elle, est moins exposée à ces conditions difficiles grâce à son adhérence robuste.
Pas de pixel plus fin avec COB
Sans fils de liaison, cette technologie n'a pas besoin d'être aussi fine, car elle n'a pas besoin de fils de liaison. Elle crée des écrans plus petits et à haute résolution. Cela permet de produire des images plus nettes.
Limites de taille des composants
La technologie CMS est limitée en taille. Elle est généralement limitée aux composants de plus de 0.5 mm. Cependant, la technologie COB peut utiliser des composants encore plus petits, de quelques micromètres seulement. C'est un avantage de la technologie COB, car si l'on doit utiliser un écran avancé, cette flexibilité constitue la solution privilégiée.
FAQ sur la puce à bord
Pourquoi le COB est-il souvent utilisé dans l’éclairage automobile ?
On les retrouve dans les spots, les downlights et les phares. Ils produisent un faisceau lumineux puissant et précis, comme on les retrouve dans les voitures. Ils sont parfaits pour un éclairage directionnel intense. Leur conception facilite la gestion de la chaleur. Plusieurs puces LED composent un seul module, ce qui permet de diffuser la chaleur plus loin. Les LED COB permettent également un réglage précis de l'éclairage. Elles sont idéales pour les applications automobiles où la précision est essentielle.
En quoi le COB diffère-t-il de l’emballage traditionnel des chips ?
Le COB est une technologie de packaging spéciale. Les puces semi-conductrices sont montées directement sur le circuit imprimé. C'est différent des méthodes traditionnelles. En revanche, les puces sont conditionnées une par une dans les méthodes traditionnelles. Les puces nues sont directement placées sur la carte avec le COB. Cela augmente les performances et économise de l'espace. Elles sont également plus petites et plus efficaces. De plus, elles sont moins chères à produire. La technologie COB offre une meilleure qualité et des coûts inférieurs.
La technologie COB est-elle rentable pour la production à grande échelle ?
Oui. Le produit permet une plus grande efficacité et une réduction des coûts. Il s'agit d'un processus simple et peu coûteux. Des coûts réduits vont de pair avec moins d'étapes de fabrication. Pour de bonnes raisons, la technologie COB attire les marchés haut de gamme. Les écrans LED COB peuvent être installés facilement et rapidement. Au final, cela réduit le temps et l'argent des fabricants.
Quels matériaux sont utilisés dans le COB pour la dissipation de la chaleur ?
Le cuivre est utilisé car il est un bon conducteur de chaleur. De plus, les adhésifs thermoconducteurs contribuent au refroidissement. Le nitrure d'aluminium est un excellent conducteur thermique, plus performant que l'aluminium ou l'alumine. Les substrats céramiques et le cuivre à liaison directe sont d'autres options efficaces. La dissipation thermique des conceptions électroniques est améliorée. La combinaison de ces matériaux permet d'améliorer les performances et la fiabilité.
Conclusion
Dans ce blog PCBTok, nous avons approfondi la technologie des puces sur carte (Chip on Board), où les semi-conducteurs sont montés directement sur des circuits imprimés. Parmi ses avantages, on peut citer sa compacité, son efficacité et ses performances élevées, notamment dans les applications d'éclairage LED et automobiles. Cependant, elle a également révélé des inconvénients, notamment le besoin de machines supplémentaires et des réglementations environnementales plus strictes. Le COB est un composant essentiel de l'électronique moderne.
