チップのパッケージング手法の選択は、プロジェクトにおけるその後のほぼすべて――基板サイズ、組立コスト、テストのしやすさ、そして設計の改修や更新の容易さ――を左右します。チップ・オン・ボード（COB）表面実装技術（SMT）やボールグリッドアレイ（BGA）は、それぞれ異なる方法で、ダイまたはコンポーネントをPCBに接続するという同じ基本的な問題を解決しており、いずれも固有のトレードオフを伴います。
各方法の概要
チップ・オン・ボード（COB）パッケージ化されていないベアダイを直接PCB基板上に実装し、その後ワイヤボンディングによってボードに接続します。その後、ダイは通常エポキシの「ブロブ」で封止されます。COBはフットプリントが非常に小さく、層の高さも非常に低いため、LEDモジュールやRFIDタグなどのコンシューマ向け設計で非常によく用いられます。
表面実装技術（SMT）は、単一のパッケージ形態というよりも組立手法であり、QFN、SOIC、あるいは個別の受動部品といった形であらかじめパッケージ化されたコンポーネントを、スルーホールを必要とせず、基板表面上に直接配置してリフローはんだ付けするものである。ほとんどの現代のPCB組立はSMTに依存しており、受動抵抗からファインピッチICに至るまで、非常に多様なコンポーネントとサイズを包含している。
ボールグリッドアレイ（BGA）は、高ピン数コンポーネント向けに設計された特定のSMTパッケージタイプです。パッケージの縁にあるリードは取り除かれ、その代わりに底面に配置されたはんだボールのパターンが用いられます。これにより、リード付きパッケージでは不可能なほど小さなパッケージ面積で、はるかに多くの入出力端子を実現できます。ピン密度が制約要因となるプロセッサ、FPGA、メモリモジュールなどで使用されます。
サイドバイサイド比較
ダイパッケージングCOB は、ベアでパッケージされていないダイを基板上に直接実装する方式です。SMT 部品は QFN、SOIC、または個別部品としてパッケージされています。BGA 部品もあらかじめパッケージされていますが、はんだボールアレイは縁ではなく底面側に配置されています。
接続方法：COB では、ダイ／基板のワイヤボンディングが用いられます。一般的な SMT 部品には、リフローはんだ付けが用いられ、表面パッドに実装されます。BGA 部品もリフローはんだ付けによって実装されますが、表面パッドやリードではなく、はんだボールグリッドの下で行われる点が異なります。
フットプリントこの3つの中で最も薄型で占有面積が小さいのはCOBであり、ダイの周囲にパッケージが存在しないためです。一般的なSMTのフットプリントは可変であり、おおむね標準化されています。BGAはそのサイズに対してピン数は少ないものの、同じ機能を実現する場合、通常はCOB実装よりも大きくなります。
一般的な使用例：COBは、非常に薄型で大量生産されるLEDアレイ、RFIDタグ、その他のコンシューマーモジュールで最も頻繁に使用されます。一般的なSMTは、ほぼすべての製品カテゴリにおいて、日常的な組立作業の大部分で使用されています。I/O密度が制約要因となるため、BGAはプロセッサ、FPGA、メモリモジュールなど、高ピン数ICにのみ使用されます。
手直しの難易度：COB はリワークが極めて困難であり、通常、封止後のワイヤボンドおよびダイボンドは修理不能である。一般的な SMT 部品は、ほとんどがリフロー可能であり、標準的な装置を用いて交換できるため、リワーク性は中程度である。BGA のリワークもまた困難であり、専用の BGA リワーク装置とX線検査は、パッケージ背面のはんだ接合部の品質を確保するために必要です。
コスト面の検討事項：COB は、ベアダイの封止および取り扱いのための追加プロセス工程が必要になるものの、大量生産時にはよりコスト効率が高くなる傾向があります。標準的な生産ラインでは、一般的な SMT コストの大部分は、部品点数およびその実装位置の複雑さに応じて増加します。BGA ではステンシル、リフロープロファイル、検査への初期投資がより高くなりますが、I/O 密度の向上によるスペース削減効果によってそのコストが相殺される場合があります。
これらは大まかな一般論であり、実際のコストや手直しの結果は、生産数量、基板の複雑さ、部品の種類によって大きく異なります。
決め方
COB、SMT、BGA の間に「最適」な解決策があるわけではなく、実際のプロジェクトとその要件によって異なることに注意することが重要です。絞り込みの助けとなるいくつかの質問を以下に示します。
ボードのサイズと高さにはどのような制限がありますか？設計において最小のフットプリントとプロファイルが求められる場合、COB を検討する価値がありますが、幅広い種類の部品を扱う場合には、一般的な SMT の方が実用的な基盤となることが多いです。
何台製造する予定ですか。ボリュームが増えるにつれて、COB はより実現性の高い選択肢となる可能性があります。これは、封止およびベアダイの取り扱い工程を、より多くのダイに分散させることができるためです。パッケージ品のコンポーネントは、調達や再認定が比較的容易である傾向があり、これは～にとって理想的です。小ロットまたは試作段階の生産。
あなたの手戻り許容度はどの程度ですか。一般的なパッケージ済みSMT部品は、ワイヤボンドされたダイや、設計が複数回変更される場合や現場での修理が可能な場合に特別なリワーク装置を必要とするBGAよりも、交換が容易です。
あなたの予算は、単価に基づいていますか、それともNREに基づいていますか？BGAパッケージは、当初は検査および治工具費用が高くなる可能性がありますが、高I/Oコンポーネントに対して基板サイズや層数を削減できるため、長期的には1枚あたりの基板コストが低くなる可能性があります。
回路図が完成する前に、これらの質問に正直に答えることが最善であり、後からの再設計を避ける。
COBは大量生産品において小型化と薄型化に最適化されており、SMTは多種多様な部品と、ほとんどの製品ラインに対する中程度のリワーク性に最適化されています。一方、BGAは高ピン数部品に最適化されており、BGAのフットプリントはより扱いやすいものの、より厳しいリワークおよび検査要件があります。どれが最適かは、基板のサイズ、想定される使用状況、リワークの必要性、予算といった要件によって決まり、どの方式が優れているかによって決まるわけではありません。
これからの設計で、COB やダイレベル実装とパッケージ品との比較を検討している場合、当社チームがお客様の特定の基板におけるトレードオフを一緒に検討いたします。PCBCartにお問い合わせあなたのプロジェクトについて、より詳しく話し合うために。
役立つリソース
•大量組立
・少量生産PCB実装（HMLV）
•高度なPCB実装
•パッケージ・オン・パッケージ実装
•BGAを理解するための4つのステップ
•BGAパッケージ技術の概要
•BGA実装の品質に影響を与える要因
