Découvrez ce qu'est la puce sur carte (COB) dans la technologie PCB

Introduction

Jetons un œil à la façon dont la technologie Chip on Board (COB) est l'un des derniers développements dans Fabrication de PCB. Obtenez une meilleure compréhension de la manière d'exploiter le COB pour offrir des performances thermiques améliorées, une conception à faible encombrement et des prix compétitifs dans le monde des applications électroniques, ce qui comprend DEL éclairage et automobileDécouvrez ses avantages, ses limites et ses utilisations variées.

Qu'est-ce que Chip on Board (COB) ?

C'est une technologie dans laquelle semi-conducteur Les puces sont nues et montées directement sur le circuit imprimé. Contrairement aux méthodes traditionnelles, le COB ne nécessite pas de conditionnement individuel des puces. Au lieu de cela, la puce nue est placée directement sur le PCB. La puce trouve ensuite son emplacement et les connecte à d'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 collée en place par une méthode appelée Tape Automated Bonding by COB. Ce montage direct permet d'économiser de l'espace dans le PCB et d'augmenter les performances globales.

Applications de puces embarquées

Les COB sont utilisés dans de nombreux domaines, l'automobile, l'électronique, médical appareils, etc. Cela prend en charge les applications qui nécessitent une forte conductivité thermique et électrique comme l'éclairage LED et smartwatchesDes assemblages hautes performances peuvent être réalisés avec des époxydes spéciaux sans pression. La matrice est généralement collée à l'or ou aluminium. Le collage par ruban permet d'améliorer la qualité du signal pour RF et les dispositifs à ondes millimétriques. L'encapsulation protège la puce, en particulier pour capteurPour une faible inductance, la technologie Flip Chip monte la puce face vers le bas en utilisant des billes de soudure ou des bosses en or. La puce est fixée aux pastilles PCB par thermocompression et remplie pour la protection. Des tests avancés fournissent des connexions fiables, tout en étant rapides prototypage Les choix confèrent au COB une grande adaptabilité.

Avantages du COB

Conception compacte et peu encombrante

Fournit un système extrêmement compact et petit Conception compacte. Vous obtenez plus dans un espace réduit. Cette conception permet d'économiser de l'espace sur votre PCB, ouvrant des possibilités pour tout autre chose. C'est idéal pour un appareil à espace restreint. De plus, cette configuration compacte améliore les performances de l'appareil. Avec COB, vous obtenez plus dans un espace plus petit.

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 seule carte. Cette configuration simplifie l'assemblage. Plus il y a de points de défaillance, plus ces connexions sont difficiles à atteindre. Il y a moins de câblage, donc vous obtenez une meilleure fiabilité. Les performances globales peuvent également être améliorées par une conception simple.

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 PCB est basée sur un cadre de connexion (BGA). Cela peut entraîner l'absence de connexions VCC ou de masse aux broches. Vous pouvez avoir des problèmes de CTE. Les matériaux réagissent à la chaleur différemment de ce qu'ils font lorsqu'ils ne sont pas constitués de couches différentes. Les connexions du substrat peuvent être médiocres et entraîner des problèmes de performances.

L'uniformité des couleurs est inférieure à celle de l'écran d'affichage

Vous constaterez que les couleurs ne sont pas aussi bien colorées que sur le l’affichage écran. Cela peut entraîner des points lumineux et une teinte qui n'est pas à sa place. Cela peut être un problème si votre projet nécessite une correspondance précise des couleurs. Des couleurs différentes peuvent perturber votre perception de votre produit. Vous aurez peut-être besoin d'une intervention supplémentaire pour corriger ces écarts. C'est peut-être pour cela que le COB n'est pas parfait pour les applications qui doivent avoir une précision de couleur parfaite.

Matériaux pour l'assemblage de puces sur carte

Il est tout aussi important de choisir les bons matériaux lors de l'assemblage des puces. Vous voulez donc Matériaux PCB d'un faible écart CTE par rapport au semi-conducteur. Malheureusement, très peu de matériaux standards répondent à ce souhait. Un écart CTE aussi faible que possible permet de réduire les contraintes sur les connexions lors des changements de température, réduisant ainsi les problèmes à long terme. Le principal matériau de la puce, le silicium, a un CTE d'environ 3 ppm/°C. Cependant, certains matériaux avancés peuvent aider :

• Stratifiés PTFE avec Céramique remplisseuse – 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 - Fait à partir de polyimide mélanges, adaptés 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 C'est là que l'on commence à fabriquer un boîtier COB. Il faut bien nettoyer le substrat. Une bonne connexion nécessite cette étape. Ensuite, on place une couche conductrice, légèrement fine, par dessus. Cette couche est souvent réalisée en cuivre. On le fait pour pouvoir poser une puce sur la surface. Cela permet d'avoir de meilleures performances si le substrat est propre et enduit.

• 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 en premier (en haut) couche. Sur la carte, de petites billes de soudure sont placées. Ces billes vont à la puce. La puce et la carte sont ensuite envoyées à travers soudure par refusion. Le résultat est une connexion électrique solide. Vous obtenez un design compact et minimaliste.

Barrage et remblai

Les puces semi-conductrices sont bien protégées par cela. Ainsi, vous placez la couche sur une puce. Ensuite, recouvrez la puce d'époxy. Qu'il s'agisse d'un barrage ou d'une barrière spécifique par conception ou par des processus naturels, cela crée une barrière sur les bords. Remplissez ensuite avec un matériau différent. Il est à l'abri des dommages, et cela protège la puce des dommages. Vous durcissez les deux matériaux avec de la chaleur ou lumière UV et puis. C'est idéal pour les puces dans des endroits difficiles comme les voitures ou les avions. C'est ainsi que les puces fonctionnent bien, même dans des conditions difficiles.

Glob-Top

Appliqué sur la puce, l'époxy est ensuite appliqué et protégé efficacement avec une boule ou une forme ronde qui est un type d'encapsulation. Cette boule protège la puce des dommages et de la saleté. Tout d'abord, vous placez la puce sur un substrat. Ensuite, vous placez le matériau supérieur de la boule sur la puce et le remplissez, créant la forme de la boule. Vous durcissez ensuite le matériau avec de la chaleur ou une lumière UV. La puce peut résister à ce type de contrainte mécanique et la méthode l'isole des autres pièces. Cela permet également de réduire les coûts car il n'y a pas besoin de barrage supplémentaire et cela réduit interférence électromagnétique.

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 est dotée de fils métalliques qui la relient. Les pastilles de l'appareil sont connectées par ces fils. Elles sont ensuite soudées au circuit imprimé. Cela permet de réaliser des connexions solides. Un encapsulant recouvre la puce et les connexions. Il la protège de l'humidité et des gaz nocifs. De plus, il assure la dissipation de la chaleur, tout en protégeant les liaisons filaires contre les dommages. Par exemple, la poche calculatrices, le circuit imprimé peut être intégré dans les produits finis. Pour les modules multipuces, la carte peut être connectée à une autre carte de circuit imprimé. Certaines cartes comportent des couches pour gérer la chaleur, où ces cartes peuvent gérer la chaleur pendant haute puissance dispositifs, y compris les LED. D'autres dispositifs à faible perte peuvent être conçus à micro-onde fréquences.

La technologie LED COB expliquée 

Grâce à cette technologie, des puces rouges, vertes et bleues sont montées directement sur un circuit imprimé (PCB). Le résultat est que vous pouvez placer plus de puces dans moins d'espace en utilisant cette méthode. Elle produit également un plat, même surface LED. Avec trois couleurs, COB peut créer des images stellaires, avec des couleurs vives, tout comme la réalité. Il est possible d'intégrer plus de LED dans le même espace que d'autres méthodes telles que Boîtier double en ligne (DIP) et Dispositif monté en surface (CMS). La technologie COB utilise moins d'espace sans fils de liaison. Cela signifie que vous obtenez un pas de pixel plus serré. Plus la résolution est élevée, plus les pixels sont proches les uns des autres (pas de pixel). La qualité d'image, la fiabilité et l'efficacité énergétique de la technologie COB peuvent être améliorées.

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

SMD composants électriques Les circuits imprimés COB sont plus sensibles aux dommages causés par la chaleur, l'humidité et les chocs. Comme il s'agit de facteurs externes, ils se trouvent à la surface du PCB. La technologie COB souffre toutefois moins de ces conditions difficiles en raison de sa liaison adhésive 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 ?

Il est utilisé dans les projecteurs, les downlights et les phares. Ils produisent un faisceau solide et net et vous les verrez dans les voitures. Il est parfait pour une lumière directionnelle brillante. Il aide à la gestion de la chaleur car ils sont fabriqués comme ça. Plusieurs puces LED composent un seul module. Ici, la chaleur est en fait répartie plus loin. Les LED COB offrent également un réglage précis du contrôle de l'éclairage. Ils sont parfaits pour automobile utilisations où la précision est importante.

• 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 conducteurs de chaleur aident à refroidir les objets. Nitrure d'aluminium est un produit remarquable en matière de gestion de la chaleur. En fait, il est un meilleur conducteur de chaleur que aluminium ou de l'alumine. D'autres options efficaces sont substrats céramiques et le cuivre à liaison directe. La dissipation thermique dans les conceptions électroniques est améliorée. La combinaison de ces matériaux permet d'améliorer les performances et la fiabilité.

Conclusion

Dans ce nouvel article concernant notre nouveau projet PCBTok Dans notre blog, nous avons étudié en profondeur la technologie Chip on Board, où les semi-conducteurs sont montés directement sur des circuits imprimés. Parmi les avantages mis en évidence, citons la compacité, l'efficacité et les performances élevées dans les applications d'éclairage LED et automobiles. Mais elle a également montré certains inconvénients, notamment le besoin de machines supplémentaires et des règles environnementales plus strictes. Le COB est un élément très important de l'électronique moderne.