Die Wahl eines Chip-Gehäusekonzepts beeinflusst nahezu alle nachgelagerten Aspekte eines Projekts – Platinengröße, Bestückungskosten, Testbarkeit und die Frage, wie einfach ein Design überarbeitet oder aktualisiert werden kann.Chip-on-Board (COB), Surface-Mount Technology (SMT) und Ball Grid Array (BGA) lösen jeweils auf unterschiedliche Weise dasselbe grundlegende Problem – das Verbinden eines Dies oder Bauteils mit einer Leiterplatte (PCB) – und jede dieser Technologien bringt ihre eigenen Kompromisse mit sich.
Schneller Überblick über jede Methode
Chip-on-Board (COB)montiert einen blanken, unverpackten Die direkt auf das PCB-Substrat und verbindet ihn anschließend mittels Drahtbonden mit der Leiterplatte. Danach wird der Die in der Regel mit einem Epoxid-„Blob“ versiegelt. COB zeichnet sich durch eine sehr kleine Grundfläche und eine sehr geringe Schichthöhe aus, was es in Verbraucheranwendungen wie LED-Modulen, RFID-Tags und mehr sehr verbreitet macht.
Oberflächenmontagetechnologie (SMT)ist weniger eine einzelne Verpackungsart als vielmehr eine Montagemethode: Bauteile – bereits in Gehäuseformen wie QFN, SOIC oder als diskrete Passive verpackt – werden direkt auf der Leiterplattenoberfläche platziert und mittels Reflow-Löten befestigt, ohne dass Durchkontaktierungen erforderlich sind. Die meisten modernen Leiterplattenbestückungen basieren auf SMT und umfassen eine große Vielfalt an Bauteilen und Größen, von einem passiven Widerstand bis hin zu einem Fine-Pitch-IC.
Ball-Grid-Array (BGA)ist ein spezieller SMT-Gehäusetyp, der für Bauteile mit hoher Pin-Anzahl entwickelt wurde. Die Anschlüsse am Rand des Gehäuses entfallen zugunsten eines Musters aus Lotkugeln auf der Unterseite, was deutlich mehr Ein- und Ausgänge auf kleinerer Fläche ermöglicht, als es mit einem Gehäuse mit Anschlussbeinen möglich wäre. Sie werden in Prozessoren, FPGAs und Speichermodulen eingesetzt, bei denen die Pin-Dichte der begrenzende Faktor ist.
Gegenüberstellung
Die Verpackung:COB weist einen blanken, unverpackten Chip auf, der direkt auf dem Substrat montiert ist. Die SMT-Bauteile werden in Gehäusen wie QFN, SOIC oder als diskrete Bauteile geliefert. BGA-Bauteile sind ebenfalls vorverpackt, aber das Lötball-Array befindet sich auf der Unterseite statt an den Kanten.
Verbindungsmethode:Beim COB-Verfahren wird das Drahtbonden des Chips/Substrats verwendet. Für allgemeine SMT-Bauteile wird das Reflow-Löten eingesetzt, um sie an den Oberflächenpads zu befestigen. BGA-Bauteile werden ebenfalls durch Reflow-Löten verlötet, mit dem Unterschied, dass dies unter einem Lötkuge lgitter erfolgt und nicht an Oberflächenpads oder Anschlüssen.
FußabdruckDas niedrigste Profil und die kleinste Grundfläche der drei hat COB, da es kein Gehäuse um den Die gibt. Die Grundfläche eines allgemeinen SMT ist variabel und im Allgemeinen standardisiert. BGA hat im Verhältnis zu seiner Größe eine geringe Anzahl von Pins, ist aber für die gleiche Funktionalität typischerweise größer als eine COB-Implementierung.
Typischer Anwendungsfall:COB wird am häufigsten in LED-Arrays, RFID-Tags und anderen sehr dünnen und in hohen Stückzahlen gefertigten Verbrauchermodulen eingesetzt. Allgemeines SMT wird in den meisten alltäglichen Montagevorgängen für nahezu alle Produktkategorien verwendet. Da die I/O-Dichte der begrenzende Faktor ist, wird BGA nur für ICs mit hoher Pin-Anzahl verwendet, einschließlich Prozessoren, FPGAs und Speichermodulen.
Überarbeitungsaufwand:COB ist äußerst schwer nachzuarbeiten, und in der Regel sind die Draht- und Die-Bonds nach der Verkapselung nicht mehr reparierbar. Allgemeine SMT-Bauteile lassen sich in mäßigem Umfang nacharbeiten, da die meisten mittels Reflow erneut verlötet und mit Standardausrüstung ersetzt werden können. BGA-Nacharbeit ist ebenfalls anspruchsvoll, da spezielle BGA-Rework-Stationen undRöntgeninspektionist erforderlich, um die Qualität der Lötverbindung hinter dem Gehäuse sicherzustellen.
Kostenaspekte:COB ist bei hohen Stückzahlen tendenziell kostengünstiger, erfordert jedoch zusätzliche Prozessschritte für die Verkapselung und Handhabung nackter Dies. In Standard-Produktionslinien steigen die allgemeinen SMT-Kosten im Wesentlichen mit der Anzahl der Bauteile und der Komplexität ihrer Platzierung. Die Anfangsinvestitionen in Schablonen, Reflow-Profilierung und Inspektion sind bei BGA höher, können jedoch durch die Platzersparnis aufgrund der erhöhten I/O-Dichte ausgeglichen werden.
Dies sind weit gefasste Verallgemeinerungen, und die tatsächlichen Kosten- und Nacharbeitswerte variieren in der Praxis stark in Abhängigkeit von Stückzahlen, Leiterplattenkomplexität und Bauteilart.
Wie man entscheidet
Es ist wichtig zu beachten, dass es keine „beste“ Lösung zwischen COB, SMT oder BGA gibt – sie hängt vom jeweiligen Projekt und dessen Anforderungen ab. Hier sind ein paar Fragen, die bei der Eingrenzung helfen können:
Wie groß darf Ihr Board sein und welche Höhenbeschränkungen gibt es?Wenn das Design die kleinste Grundfläche und das niedrigste Profil erfordert, ist COB eine Überlegung wert; für eine breite Palette von Bauteilarten ist jedoch die allgemeine SMT in der Regel die praktischere Grundlage.
Wie viele Einheiten planen Sie zu produzieren?Mit zunehmendem Volumen ist COB wahrscheinlich wirtschaftlicher, da die Verkapselungs- und Bare-Die-Handhabungsphasen auf mehr Dies verteilt werden können. Gehäuste Komponenten sind in der Regel einfacher zu beschaffen und erneut zu qualifizieren, was ideal ist fürKleinserien- oder Prototypenläufe.
Wie hoch ist Ihre Toleranz gegenüber Nacharbeiten?Im Allgemeinen lassen sich verpackte SMD-Bauteile leichter austauschen als ein drahtgebondeter Die oder ein BGA, für den spezielle Nacharbeitsgeräte erforderlich sind, wenn das Design mehrfach geändert werden soll oder wenn eine Reparatur im Feld möglich ist.
Worauf basiert Ihr Budget, auf Stückkosten oder NRE?BGA-Gehäuse können anfangs höhere Prüf- und Werkzeugkosten verursachen, aber sie können für Komponenten mit hoher I/O-Anzahl Platinenfläche und -lagen einsparen, was langfristig möglicherweise zu niedrigeren Stückkosten der Leiterplatte führt.
Es ist am besten, diese Fragen wahrheitsgemäß zu beantworten, bevor ein Schaltplan fertiggestellt ist, umeine spätere Neugestaltung vermeiden.
COB ist für geringe Größe und Höhe in Produkten mit hohen Stückzahlen optimiert, SMT ist für eine große Vielfalt an Bauteilen und eine mäßige Nacharbeitsfähigkeit bei den meisten Produktlinien optimiert, und BGA ist für Bauteile mit hoher Pin-Anzahl optimiert; während das BGA-Footprint leichter handhabbar ist, stellt es strengere Anforderungen an Nacharbeit und Inspektion. Welche Methode die beste ist, wird durch die Anforderungen an die Platinengröße, den voraussichtlichen Einsatz, den Nacharbeitsbedarf und das Budget bestimmt, nicht dadurch, welches Verfahren überlegen ist.
Wenn Sie für ein anstehendes Design COB- oder Die-Level-Assembly gegen verpackte Alternativen abwägen, kann unser Team die Kompromisse für Ihre spezifische Leiterplatte mit Ihnen durchgehen.Kontakt zu PCBCartum Ihr Projekt ausführlicher zu besprechen.
Hilfreiche Ressourcen
•Montage mit hohem Durchsatz
•Leiterplattenbestückung in Kleinserien (HMLV)
•Fortgeschrittene Leiterplattenbestückung
•Package-on-Package-Montage
•Vier Schritte, um BGA kennenzulernen
•Eine Einführung in die BGA-Verpackungstechnologie
•Faktoren, die die Qualität der BGA-Bestückung beeinflussen
