La scelta di un approccio di incapsulamento del chip determina quasi tutto ciò che segue in un progetto: le dimensioni della scheda, i costi di assemblaggio, la verificabilità e la facilità con cui un progetto può essere rielaborato o aggiornato.Chip-on-Board (COB)La tecnologia a montaggio superficiale (SMT) e il Ball Grid Array (BGA) risolvono tutti lo stesso problema di base — collegare un die o un componente a un PCB — in modi diversi, e ognuno presenta il proprio insieme di compromessi.
Panoramica rapida di ciascun metodo
Chip-on-Board (COB)monta un die nudo, non incapsulato, direttamente sul substrato del PCB, quindi lo collega alla scheda tramite wire bonding. Successivamente il die viene solitamente sigillato con una “goccia” di resina epossidica. Il COB presenta un ingombro molto ridotto e un’altezza di strato molto bassa, il che lo rende molto comune nei progetti consumer come moduli LED, tag RFID e altro ancora.
Tecnologia a montaggio superficiale (SMT)è meno un singolo tipo di packaging e più un metodo di assemblaggio: i componenti — già confezionati in forme come QFN, SOIC o componenti passivi discreti — vengono posizionati e saldati a rifusione direttamente sulla superficie della scheda, senza bisogno di fori passanti. Gran parte dell’assemblaggio PCB moderno si basa sull’SMT e comprende un’ampia varietà di componenti e dimensioni, da un resistore passivo a un circuito integrato a passo fine.
Ball Grid Array (BGA)è un tipo specifico di package SMT progettato per componenti con un elevato numero di pin. I terminali sul bordo del package vengono eliminati a favore di una matrice di sfere di saldatura sul lato inferiore, offrendo molti più I/O in un’area di package più piccola rispetto a quanto sarebbe possibile con un package con terminali. Vengono utilizzati in processori, FPGA e moduli di memoria in cui la densità dei pin è il fattore limitante.
Confronto affiancato
Confezionamento del dieCOB presenta un die nudo e non incapsulato montato direttamente sul substrato. I componenti SMT sono forniti in package QFN, SOIC o discreti. Anche i componenti BGA sono preincapsulati, ma la matrice di sfere di saldatura si trova sul lato inferiore anziché sui bordi.
Metodo di connessione:Nel COB si utilizza il wire bonding del die/sottostrato. Per i componenti SMT generici si utilizza la saldatura a rifusione per fissarli ai pad di superficie. I componenti BGA vengono anch’essi saldati mediante saldatura a rifusione, con la differenza che ciò avviene sotto una griglia di sfere di saldatura, e non su pad o terminali di superficie.
Impronta:Il profilo più basso e l’ingombro minore tra i tre è quello del COB, poiché non c’è alcun package attorno al die. L’ingombro di un generico SMT è variabile e generalmente standardizzato. Il BGA ha un numero ridotto di pin rispetto alle sue dimensioni, ma è in genere più grande di un’implementazione COB con la stessa funzionalità.
Caso d’uso tipico:Il COB è utilizzato più frequentemente in array di LED, tag RFID e altri moduli consumer che sono molto sottili e prodotti in grandi volumi. L’SMT generico è utilizzato nella maggior parte delle operazioni di assemblaggio quotidiane per praticamente tutte le categorie di prodotto. Poiché la densità di I/O è il fattore limitante, il BGA è utilizzato solo per circuiti integrati con un elevato numero di pin, inclusi processori, FPGA e moduli di memoria.
Difficoltà di rielaborazione:Il COB è estremamente difficile da rilavorare e, in genere, i collegamenti a filo e a die non sono riparabili dopo l’incapsulamento. I componenti SMT generali sono moderatamente rilavorabili, poiché la maggior parte può essere rifusa e sostituita utilizzando apparecchiature standard. Anche la rilavorazione dei BGA è impegnativa poiché sono necessarie specifiche stazioni di rilavorazione BGA eIspezione a raggi Xè necessario per garantire la qualità del giunto di saldatura dietro il package.
Considerazioni sui costi:Il COB tende a essere più conveniente in termini di costi su alti volumi, con ulteriori fasi di processo per l’incapsulamento e la movimentazione dei die nudi. Con le linee di produzione standard, i principali costi generali SMT crescono in funzione del numero di componenti e della complessità del loro posizionamento. L’investimento iniziale in stencil, profilazione del reflow e ispezione è più elevato con i BGA, ma può essere compensato dal risparmio di spazio derivante dall’aumento della densità di I/O.
Si tratta di ampie generalizzazioni e i risultati reali in termini di costi e rifacimenti variano notevolmente in base ai volumi, alla complessità della scheda e al tipo di componente.
Come decidere
È importante notare che non esiste una soluzione "migliore" tra COB, SMT o BGA: dipende dal progetto specifico e dai suoi requisiti. Ecco alcune domande che possono aiutare a restringere il campo:
Quali sono le vostre restrizioni in termini di dimensioni e altezza della tavola?Quando il design richiede l’ingombro e il profilo più ridotti, il COB è una soluzione da prendere in considerazione; tuttavia, per un’ampia gamma di tipologie di componenti, l’SMT generale è in genere la base più pratica da valutare.
Quante unità pensi di produrre?Man mano che il volume aumenta, il COB tende a diventare più praticabile, poiché le fasi di incapsulamento e di gestione del die nudo possono essere ripartite su un numero maggiore di die. I componenti confezionati tendono a essere più comodi da reperire e da riqualificare, il che è ideale perlotti a basso volume o prototipali.
Qual è il tuo livello di tolleranza alla rilavorazione?In generale, i componenti SMT confezionati sono più facili da sostituire rispetto a un die con wire-bonding o a un BGA, che richiederanno attrezzature speciali di rilavorazione se il progetto dovrà cambiare più volte o se è prevista una possibile riparazione sul campo.
Il tuo budget si basa sul costo unitario o sui costi NRE?I package BGA possono comportare spese iniziali più elevate per ispezione e attrezzaggio, ma potrebbero consentire di risparmiare sulle dimensioni della scheda e sul numero di strati per i componenti ad alto numero di I/O, con il potenziale risultato di un costo per scheda per pezzo inferiore nel lungo periodo.
È meglio rispondere a queste domande in modo veritiero, prima che uno schema sia completato, perevitare una riprogettazione in seguito.
Il COB è ottimizzato per dimensioni ridotte e basso profilo nei prodotti ad alto volume, l’SMT è ottimizzato per un’ampia varietà di componenti e una moderata possibilità di rilavorazione per la maggior parte delle linee di prodotto, e il BGA è ottimizzato per componenti ad alto numero di pin; sebbene l’ingombro del BGA sia più gestibile, esso presenta requisiti di rilavorazione e ispezione più stringenti. Quale sia il migliore è determinato dai requisiti relativi alle dimensioni della scheda, all’uso previsto, alle esigenze di rilavorazione e al budget, non da quale metodo sia superiore.
Se stai valutando l’assemblaggio COB o a livello di die rispetto alle alternative in package per un prossimo progetto, il nostro team può analizzare con te i compromessi specifici per la tua scheda.Contatta PCBCartper discutere il tuo progetto in modo più dettagliato.
Risorse utili
•Assemblaggio ad alto volume
•Assemblaggio PCB a basso volume (HMLV)
•Assemblaggio PCB avanzato
•Assemblaggio Package on Package
•Quattro passaggi per conoscere il BGA
•Un’introduzione alla tecnologia di packaging BGA
•Fattori che influenzano la qualità dell’assemblaggio BGA
