Le choix d’une méthode d’encapsulation de puce influence presque tous les aspects ultérieurs d’un projet — la taille de la carte, le coût d’assemblage, la testabilité, ainsi que la facilité avec laquelle une conception peut être retouchée ou mise à jour.Puce sur carte (COB)La technologie de montage en surface (SMT) et le boîtier à billes (BGA) résolvent chacun de manière différente le même problème fondamental — connecter une puce ou un composant à un PCB — et chacun présente son propre ensemble de compromis.
Aperçu rapide de chaque méthode
Puce sur carte (COB)monte une puce nue, non encapsulée, directement sur le substrat du PCB, puis la connecte à la carte à l’aide de connexions par fils (wire bonding). Ensuite, la puce est généralement scellée avec une « goutte » d’époxy. La technologie COB offre une empreinte au sol très réduite et une hauteur de couche très faible, ce qui la rend très courante dans les conceptions grand public comme les modules LED, les étiquettes RFID et bien d’autres.
Technologie de montage en surface (SMT)est moins un type d’emballage unique qu’une méthode d’assemblage : les composants — déjà conditionnés sous des formes comme QFN, SOIC ou composants passifs discrets — sont placés et soudés par refusion directement sur la surface de la carte, sans nécessiter de trous traversants. La plupart des assemblages de PCB modernes reposent sur la technologie SMT et englobent une grande variété de composants et de tailles, allant d’une résistance passive à un circuit intégré à pas fin.
Boîtier à billes (BGA)est un type spécifique de boîtier CMS conçu pour les composants ayant un nombre élevé de broches. Les broches situées sur le bord du boîtier sont supprimées au profit d’un motif de billes de soudure sur la face inférieure, offrant beaucoup plus d’E/S dans une surface de boîtier plus petite que ce qui serait possible avec un boîtier à broches. Ils sont utilisés dans les processeurs, les FPGA et les modules mémoire, où la densité des broches est le facteur limitant.
Comparaison côte à côte
Encapsulation de puce :La technologie COB utilise une puce nue et non encapsulée directement montée sur le substrat. Les composants SMT sont fournis sous forme de boîtiers QFN, SOIC ou de composants discrets. Les composants BGA sont également pré-encapsulés, mais la matrice de billes de soudure se trouve au bas du boîtier plutôt que sur les bords.
Méthode de connexion :En COB, le wire bonding de la puce/substrat est utilisé. Pour les composants SMT classiques, la soudure par refusion est utilisée pour les fixer aux pastilles de surface. Les composants BGA sont également soudés par refusion, sauf que cela se fait sous une matrice de billes de soudure, et non sur des pastilles de surface ou des broches.
EmpreinteLe profil le plus bas et l’encombrement le plus réduit des trois sont ceux du COB, puisqu’il n’y a aucun boîtier autour de la puce. L’empreinte d’un composant CMS classique est variable et généralement normalisée. Le BGA possède un nombre de broches faible par rapport à sa taille, mais il est généralement plus grand qu’une implémentation COB offrant les mêmes fonctionnalités.
Cas d’utilisation typique :La technologie COB est le plus souvent utilisée dans les matrices de LED, les étiquettes RFID et d’autres modules grand public qui sont très fins et produits en grands volumes. La technologie SMT classique est utilisée dans la plupart des opérations d’assemblage quotidiennes pour pratiquement toutes les catégories de produits. Comme la densité d’E/S est le facteur limitant, le boîtier BGA n’est utilisé que pour les circuits intégrés à nombre élevé de broches, notamment les processeurs, les FPGA et les modules mémoire.
Difficulté de retouche :Le COB est extrêmement difficile à retoucher et, en général, les connexions par fils et par puce ne sont pas réparables après encapsulation. Les composants CMS classiques sont modérément retouchables, car la plupart peuvent être refondus et remplacés à l’aide d’équipements standard. La retouche des BGA est également difficile, car elle nécessite des stations de retouche BGA spécifiques etInspection par rayons Xest nécessaire pour garantir la qualité du joint de soudure derrière le boîtier.
Considérations de coûts :Le COB a tendance à être plus rentable à haut volume, avec des étapes de procédé supplémentaires pour l’encapsulation et la manipulation des puces nues. Avec des lignes de production standard, les principaux coûts généraux de la SMT augmentent avec le nombre de composants et la complexité de leur positionnement. L’investissement initial dans les pochoirs, le profilage de refusion et l’inspection est plus élevé avec les BGA, mais peut être compensé par le gain d’espace résultant de l’augmentation de la densité d’E/S.
Ce sont des généralisations larges et les résultats réels en termes de coûts et de retouches varient largement en fonction des volumes, de la complexité des cartes et du type de composants.
Comment décider
Il est important de noter qu’il n’existe pas de solution « meilleure » entre COB, SMT ou BGA — cela dépend du projet concret et de ses exigences. Voici quelques questions pour aider à affiner le choix :
Quelles sont les restrictions concernant la taille et la hauteur de votre planche ?Lorsque la conception exige l’empreinte et le profil les plus réduits, la technologie COB mérite d’être envisagée ; cependant, pour une large gamme de types de composants, la technologie SMT générale constitue généralement la base la plus pratique à considérer.
Combien d’unités prévoyez-vous de fabriquer ?À mesure que le volume augmente, la technologie COB est susceptible d’être plus viable, car les étapes d’encapsulation et de manipulation de puces nues peuvent être réparties sur un plus grand nombre de puces. Les composants encapsulés ont tendance à être plus pratiques à s’approvisionner et à requalifier, ce qui est idéal pourséries de faible volume ou de prototypes.
Quel est votre niveau de tolérance à la reprise ?De manière générale, les composants CMS encapsulés sont plus faciles à remplacer qu’une puce à fils de liaison ou qu’un boîtier BGA, qui nécessiteront un équipement de retouche spécial si la conception doit changer plusieurs fois ou si une réparation sur le terrain est possible.
Votre budget est-il basé sur le coût unitaire ou sur les frais NRE ?Les boîtiers BGA peuvent entraîner des frais plus élevés d’inspection et d’outillage au départ, mais ils peuvent permettre de réduire la taille et le nombre de couches des cartes pour les composants à E/S élevées, ce qui peut potentiellement aboutir à un coût par carte inférieur à long terme.
Il est préférable de répondre honnêtement à ces questions, avant qu’un schéma ne soit terminé, afin deéviter une refonte ultérieure.
La technologie COB est optimisée pour une taille et une hauteur réduites dans les produits à grand volume, la technologie SMT est optimisée pour une grande variété de composants et une possibilité de retouche modérée pour la plupart des gammes de produits, et la technologie BGA est optimisée pour les composants à nombre de broches élevé ; bien que l’empreinte BGA soit plus facile à gérer, elle impose des exigences plus strictes en matière de retouche et d’inspection. Le choix de la meilleure solution est déterminé par les exigences liées à la taille de la carte, à l’utilisation prévue, aux besoins de retouche et au budget, et non par la supériorité d’une méthode sur une autre.
Si vous comparez l’assemblage COB ou au niveau de la puce avec des alternatives sous forme de boîtier pour un prochain projet de conception, notre équipe peut examiner avec vous les compromis propres à votre carte.Contacter PCBCartpour discuter de votre projet plus en détail.
Ressources utiles
•Assemblage à haut volume
•Assemblage de PCB en faible volume (HMLV)
•Assemblage avancé de circuits imprimés
•Assemblage Package sur Package
•Quatre étapes pour connaître le BGA
•Une introduction à la technologie d'encapsulation BGA
•Facteurs influençant la qualité de l’assemblage BGA
