Elegir un enfoque de encapsulado de chip determina casi todo lo que sigue en un proyecto: el tamaño de la placa, el costo de ensamblaje, la capacidad de prueba y la facilidad con la que se puede retrabajar o actualizar un diseño.Chip-on-Board (COB), la tecnología de montaje superficial (SMT) y la matriz de rejilla de bolas (BGA) resuelven el mismo problema básico —conectar un dado o componente a una PCB— de diferentes maneras, y cada una presenta su propio conjunto de compensaciones.
Descripción rápida de cada método
Chip-on-Board (COB)monta un chip desnudo y sin encapsular directamente sobre el sustrato de la PCB y luego lo conecta a la placa mediante wire bonding. Después de esto, el chip suele sellarse con una “gota” de resina epoxi. COB presenta una huella muy pequeña y una altura de capa muy reducida, lo que lo hace muy común en diseños de consumo como módulos LED, etiquetas RFID y más.
Tecnología de montaje superficial (SMT)es menos un único tipo de encapsulado y más un método de ensamblaje: los componentes —ya encapsulados en formas como QFN, SOIC o pasivos discretos— se colocan y se sueldan por refusión directamente sobre la superficie de la placa, sin necesidad de orificios pasantes. La mayoría del ensamblaje moderno de PCB se basa en la tecnología SMT e incluye una amplia variedad de componentes y tamaños, desde una resistencia pasiva hasta un circuito integrado de paso fino.
Matriz de rejilla de bolas (BGA)es un tipo específico de encapsulado SMT diseñado para componentes con un alto conteo de pines. Las patillas en el borde del encapsulado se eliminan en favor de un patrón de esferas de soldadura en la parte inferior, proporcionando muchas más E/S en un área de encapsulado más pequeña de lo que sería posible con un encapsulado con patillas. Se utilizan en procesadores, FPGA y módulos de memoria donde la densidad de los pines es el factor limitante.
Comparación lado a lado
Empaquetado de troqueles:COB presenta un dado desnudo y sin encapsular montado directamente sobre el sustrato. Los componentes SMT vienen encapsulados como QFN, SOIC o discretos. Los componentes BGA también están preencapsulados, pero la matriz de esferas de soldadura se encuentra en la parte inferior en lugar de en los bordes.
Método de conexión:En COB, se utiliza el wire bonding del chip/sustrato. Para los componentes SMT generales, se utiliza la soldadura por refusión para fijarlos a las almohadillas de superficie. Los componentes BGA también se sueldan por refusión, excepto que se hace bajo una matriz de esferas de soldadura, no sobre almohadillas o terminales de superficie.
Huella:El perfil más bajo y la huella más pequeña de los tres es el COB, ya que no hay encapsulado alrededor del dado. La huella de un SMT general es variable y, por lo general, está estandarizada. El BGA tiene una pequeña cantidad de pines en comparación con su tamaño, pero suele ser más grande que una implementación COB para la misma funcionalidad.
Caso de uso típico:COB se utiliza con mayor frecuencia en matrices de LED, etiquetas RFID y otros módulos de consumo que son muy delgados y de gran volumen. El SMT general se utiliza en la mayoría de las operaciones diarias de ensamblaje para prácticamente todas las categorías de productos. Debido a que la densidad de E/S es el factor limitante, BGA se utiliza solo para circuitos integrados con un alto número de pines, incluidos procesadores, FPGAs y módulos de memoria.
Dificultad de retrabajo:El COB es extremadamente difícil de retrabajar y, por lo general, las uniones de alambre y chip no son reparables después de haber sido encapsuladas. Los componentes SMT generales son moderadamente retrabajables, ya que la mayoría pueden ser resoldados y reemplazados utilizando equipos estándar. El retrabajo de BGA también es complejo, ya que se requieren estaciones específicas de retrabajo de BGA yInspección por rayos Xes necesario para garantizar la calidad de la unión de soldadura detrás del encapsulado.
Consideraciones de costos:El COB tiende a ser más rentable en grandes volúmenes, aunque requiere pasos adicionales de proceso para el encapsulado y la manipulación de chips desnudos. En las líneas de producción estándar, los costos generales de SMT aumentan considerablemente con el número de componentes y la complejidad de su colocación. La inversión inicial en plantillas, perfilado de reflujo e inspección es mayor con BGA, pero puede compensarse gracias al ahorro de espacio derivado del aumento de la densidad de E/S.
Estas son generalizaciones amplias y los resultados reales de costos y retrabajos varían ampliamente según los volúmenes, la complejidad de la placa y el tipo de componente.
Cómo decidir
Es importante señalar que no existe una solución "mejor" entre COB, SMT o BGA: depende del proyecto concreto y de sus requisitos. Aquí tienes un par de preguntas para ayudar a acotar la elección:
¿Cuáles son las restricciones de tamaño y altura de tu tabla?Cuando el diseño requiere la huella y el perfil más pequeños, vale la pena considerar COB; sin embargo, para una amplia gama de tipos de componentes, el SMT general suele ser la base más práctica a tener en cuenta.
¿Cuántas unidades planeas fabricar?A medida que aumenta el volumen, es probable que COB sea más viable, ya que las etapas de encapsulado y manipulación de chips desnudos pueden distribuirse entre un mayor número de chips. Los componentes empaquetados tienden a ser más convenientes de obtener y volver a calificar, lo cual es ideal paralotes de menor volumen o prototipos.
¿Cuál es su nivel de tolerancia a la retrabajo?En general, los componentes SMT encapsulados son más fáciles de reemplazar que un dado con unión por hilo o un BGA, que requerirán equipo especial de retrabajo si el diseño va a cambiar varias veces o si es posible realizar reparaciones en campo.
¿En qué se basa su presupuesto, en el costo unitario o en el NRE?Es posible que los encapsulados BGA tengan mayores gastos iniciales de inspección y utillaje, pero podrían ahorrar tamaño de la placa y capas para componentes de alta E/S, lo que potencialmente daría como resultado un menor costo por unidad de placa a largo plazo.
Lo mejor es responder a estas preguntas con sinceridad, antes de que se complete un esquema, paraevitar una remodelación más adelante.
COB está optimizado para un tamaño y una altura reducidos en productos de gran volumen; SMT está optimizado para una gran variedad de componentes y una capacidad de retrabajo moderada para la mayoría de las líneas de productos; y BGA está optimizado para componentes con un alto número de pines; aunque la huella de BGA es más manejable, tiene requisitos de retrabajo e inspección más estrictos. Cuál es el mejor se determina por los requisitos del tamaño de la placa, el uso previsto, las necesidades de retrabajo y el presupuesto, no por qué método es superior.
Si está sopesando el uso de COB o ensamblaje a nivel de dado frente a alternativas encapsuladas para un próximo diseño, nuestro equipo puede analizar los compromisos específicos para su placa.Contactar a PCBCartpara hablar de tu proyecto con más detalle.
Recursos útiles
•Ensamblaje de alto volumen
•Ensamblaje de PCB de bajo volumen (HMLV)
•Ensamblaje avanzado de PCB
•Ensamblaje paquete sobre paquete
•Cuatro pasos para conocer el BGA
•Introducción a la tecnología de empaquetado BGA
•Factores que afectan la calidad del ensamblaje BGA
