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チップオンボード(COB)は、あなたの製品にとっていつ有効なのか?

Chip on Board(COB)実装――ベアダイを基板に直接実装し、グロブトップで封止する手法――は、特定の一連の工学的課題に対して効果的に対処する一方で、別の部分に制約をもたらします。COB と従来方式を比較検討しているエンジニアにとってSMTあるいは BGA パッケージングを選択するかどうかの判断は、一般的にフットプリント、量産時のコスト感度、リワーク(再加工)の想定、環境保護要件、そしてチームが受け入れ可能な設計の複雑さとスケジュールという、5つの実務的な要因にかかっています。以下のセクションでは、それぞれの要因が COB を支持する方向、あるいは不利に働く方向のどちらに作用するかを検討します。


COB vs SMT | PCBCart


フットプリント制約

COBはダイと基板の間のパッケージ層を排除するため、実装フットプリントはダイそのもののサイズに近づきます。基板の実装面積が制約条件となるウェアラブル機器、コンパクトなセンサーモジュール、ハンドヘルド計測機器などでは、この空間効率こそが、COBを他方式よりも選択する主な根拠となることがよくあります。パッケージ化されたIC筐体に標準的なQFNを収めるのに十分なスペースがある場合は、BGAあるいは SOIC フットプリントの場合、この利点の重要性は低くなり、残りの要因がより決定的になります。

生産数量におけるコスト感度

ベアダイは、パッケージ基板、リードフレーム、およびモールドのコストが不要になるため、パッケージ品と比べて単価が安くなることが多い。しかしCOBでは、ワイヤボンディング装置、ダイアタッチ用材料、グロブトップ塗布などが必要となり、これらの工程には、それぞれダイのコストとは異なるスケールで増減する設備投資やセットアップコストが発生する。低~中程度の生産量では、こうした固定的なプロセスオーバーヘッドが、ベアダイによるコスト削減分を相殺してしまう場合がある。一方、高い生産量では、1ユニットあたりのパッケージングコスト削減効果が累積しやすくなる。決定要因は、特定のダイコスト、目標生産量、およびプロセスオーバーヘッドに依存しており、「COBは本質的に低コストである」と仮定するのではなく、実際の数値を用いたモデリングによって評価する必要がある。

再加工および修理に関する考慮事項

この要因はしばしば決定的となり、COB に不利に働きます。いったんダイがワイヤボンド接続されたグロブトップで封止されている場合、パッケージ部品のように取り外して再リフローする形でのリワークはできません。欠陥のあるダイが発生すると、通常はその位置のアセンブリ全体を修理するのではなく廃棄することになります。現場でのサービス性が要求される場合や、ダイの歩留まりがまだ十分に把握されておらず、試作・初期生産段階でリワークの柔軟性が重要となる場合、COB は追加のリスクをもたらします。一方、ダイの特性や歩留まりが十分に把握されており、その階層のアセンブリを非修理品として扱う場合には、この懸念の重要性は低くなります。

カプセル化および環境保護に関する要件

グロブトップ外観上の見た目を超えた機能的な目的として、エンキャプシュレーションは、気密パッケージがない場合に、ベアダイやワイヤボンドを湿気、汚染物質、および機械的ストレスから保護する役割を果たします。湿度、振動、あるいは現場での取り扱いにさらされる製品にとって、この保護は、露出したダイに対する COB の実質的な利点となります。製品自体がすでに十分に密閉された筐体内にあり、その筐体が環境保護機能を提供している場合には、この利点はそれほど顕著ではなく、グロブトップによる追加的なメリットは小さくなります。


COB Assembly Design Considerations | PCBCart


設計の複雑さと開発スケジュール

COB では、標準的なパッケージ部品レイアウトでは要求されないボンディングパッドのレイアウトルール、ワイヤボンドのループ高さと立ち入り禁止領域の検討事項、さらにグロブトップのディスペンスパターンが導入される。また、EMS パートナーの実績あるダイアタッチおよびワイヤボンド能力、そして多くの場合、既知良品ダイの確立されたサプライチェーンにも依存している。スケジュールに余裕がなく、設計チームがベアダイの経験に乏しい場合、DFM レビューの段階で問題として顕在化するよりも前に、組立容易化設計(DFA)のための追加の反復作業が必要になることを、早い段階で見込んでおくべきである。

COB が適切な選択ではない場合

COB は、現場での修理が求められる場合、ダイ歩留まりがまだ実証されておらず初期ビルド段階でリワークの柔軟性が重要な場合、あるいは基板スペースが実際には制約されていない場合には、適切とは言えません。 後者のケースでは、標準パッケージ部品の方が、調達の容易さ、リワークのしやすさ、ワイヤボンディング工程への非依存性を備えつつ、同等の性能を発揮することが多くあります。 また、必要とされる特定品目について、既知良品ダイの確立されたサプライチェーンを組織が持たない場合には、COB 採用は再考に値します。こうした場合、調達の不確実性が、このパッケージング手法の利点を上回り得るためです。 このような状況では、妥協案とするのではなく、一般的には従来型の SMT や BGA 実装の方が、より現実的な選択肢となります。


EMS Factory Capability for Chip on Board PCB Assembly | PCBCart


要素を総合的に検討する

単一の要因だけで結果が決まるわけではありません。フットプリント、コスト、修理のしやすさ、保護性能、そして設計の成熟度は、対象となる製品およびその生産量に照らして総合的に評価する必要があります。この判断に取り組むチームにとっては、前提となるプロセスや能力の詳細を確認することが、次の妥当なステップとなります。

代替的なパッケージング手法と比較して COB を評価しているエンジニアリングチーム向けに、PCBCart の実装チームは具体的な設計要件を確認し、ダイアタッチ、ワイヤボンド、および封止(エンキャプシュレーション)に関する対応能力についてガイダンスを提供できます。プロジェクトの詳細を送信してくださいお客様のアプリケーションに関するお見積もりと対応可能性の評価を受け取るために。


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