การประกอบชิปบนบอร์ด (COB) — การยึดติดไดแบบเปลือยโดยตรงเข้ากับซับสเตรตและห่อหุ้มด้วยก้อนอีพ็อกซี (glob top) — สามารถแก้ไขปัญหาทางวิศวกรรมชุดหนึ่งได้อย่างมีประสิทธิภาพ ขณะเดียวกันก็สร้างข้อจำกัดในด้านอื่น สำหรับวิศวกรที่กำลังชั่งน้ำหนักระหว่าง COB กับวิธีการแบบดั้งเดิมSMTหรือแพ็คเกจแบบ BGA การตัดสินใจโดยทั่วไปขึ้นอยู่กับปัจจัยเชิงปฏิบัติ 5 ประการ ได้แก่ ขนาดพื้นที่บนบอร์ด ความอ่อนไหวต่อราคาต้นทุนเมื่อผลิตในปริมาณมาก ความคาดหวังด้านการซ่อมแก้ไข ความต้องการด้านการป้องกันทางสิ่งแวดล้อม และระดับความซับซ้อนของการออกแบบรวมถึงระยะเวลาที่ทีมงานพร้อมจะรองรับ ส่วนต่อไปนี้จะวิเคราะห์ว่าปัจจัยแต่ละข้อมีน้ำหนักสนับสนุนหรือคัดค้านการใช้ COB อย่างไร
ข้อจำกัดด้านรอยเท้า
COB ช่วยขจัดชั้นบรรจุภัณฑ์ระหว่างไดและบอร์ด ทำให้ขนาดพื้นที่ติดตั้งมีความใกล้เคียงกับขนาดของไดเอง เมื่อพื้นที่บนบอร์ดเป็นข้อจำกัดหลัก เช่น อุปกรณ์สวมใส่ โมดูลเซ็นเซอร์ขนาดกะทัดรัด เครื่องมือวัดแบบมือถือ ประสิทธิภาพการใช้พื้นที่นี้มักเป็นเหตุผลหลักในการเลือกใช้ COB แทนไอซีแบบบรรจุภัณฑ์. ในกรณีที่ตัวกล่องหุ้มมีพื้นที่เพียงพอสำหรับใช้แพ็กเกจ QFN มาตรฐานBGAหรือฟุตพริ้นท์ SOIC ข้อได้เปรียบนี้ก็มีความสำคัญน้อยลง และปัจจัยที่เหลือจะกลายเป็นตัวตัดสินมากกว่า
ความอ่อนไหวต่อค่าใช้จ่ายที่ปริมาณการผลิต
ไดแบบเปลือยมักมีราคาต่อหน่วยถูกกว่ารุ่นที่บรรจุแพ็กเกจ เนื่องจากหลีกเลี่ยงต้นทุนของซับสเตรตแพ็กเกจ เฟรมลายวงจร และการขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์ อย่างไรก็ตาม COB ต้องใช้เครื่องมือสำหรับการบอนด์ลวด วัสดุยึดได และการจ่ายกาวเคลือบยอดกลม (glob-top) ซึ่งเป็นขั้นตอนกระบวนการที่มีทั้งต้นทุนเงินลงทุนและต้นทุนการตั้งค่าของตัวเอง และมีสเกลต่างจากต้นทุนไดเพียงอย่างเดียว ในปริมาณการผลิตต่ำถึงปานกลาง ค่าโสหุ้ยคงที่ของกระบวนการอาจหักล้างความประหยัดที่ได้จากไดเปลือยได้ ในปริมาณการผลิตที่สูงขึ้น การประหยัดต้นทุนต่อหน่วยด้านแพ็กเกจมักจะทบต้นเพิ่มขึ้น ปัจจัยชี้ขาดนั้นขึ้นอยู่กับต้นทุนไดเฉพาะ ปริมาณเป้าหมาย และค่าโสหุ้ยของกระบวนการ และควรได้รับการสร้างแบบจำลองด้วยตัวเลขจริง แทนที่จะสมมติว่า COB เป็นตัวเลือกที่มีต้นทุนต่ำกว่าโดยเนื้อแท้
การพิจารณาการทำงานใหม่และการซ่อมแซม
ปัจจัยนี้มักจะมีความสำคัญชี้ขาด และเป็นข้อเสียเปรียบต่อ COB เมื่อแม่พิมพ์ถูกการเชื่อมต่อด้วยลวดและเมื่อถูกห่อหุ้มด้วยกาวโกลบท็อปแล้ว จะไม่สามารถทำการรีเวิร์กได้เหมือนกับคอมโพเนนต์แบบแพ็กเกจที่สามารถถอดออกและนำไปรีโฟลว์ใหม่ได้ ไดที่มีปัญหามักทำให้ต้องทิ้งแอสเซมบลีในตำแหน่งนั้น แทนที่จะซ่อมแซม ในกรณีที่ต้องการให้สามารถซ่อมบำรุงภาคสนามได้ หรือในกรณีที่ยังไม่รู้ค่าผลผลิตของไดอย่างชัดเจนและความยืดหยุ่นในการรีเวิร์กมีคุณค่าในช่วงเริ่มต้นการผลิต การใช้ COB จะเพิ่มความเสี่ยง แต่หากไดมีการจำแนกคุณลักษณะอย่างดีแล้ว และแอสเซมบลีถูกมองว่าไม่สามารถซ่อมแซมได้ในระดับนั้น ความกังวลนี้ก็จะมีน้ำหนักน้อยลง
ข้อกำหนดด้านการห่อหุ้มและการปกป้องสิ่งแวดล้อม
โกลบ-ท็อปการห่อหุ้มทำหน้าที่เชิงการใช้งานมากกว่าด้านรูปลักษณ์: มันช่วยปกป้องไดเปลือยและลวดเชื่อมต่อจากความชื้น สิ่งปนเปื้อน และความเค้นทางกล ในกรณีที่ไม่มีแพ็กเกจแบบปิดผนึก สำหรับผลิตภัณฑ์ที่ต้องเผชิญกับความชื้น การสั่นสะเทือน หรือการจับต้องใช้งานในสภาพแวดล้อมภาคสนาม การปกป้องนี้ถือเป็นข้อได้เปรียบที่แท้จริงของ COB เมื่อเทียบกับไดที่เปิดเผย ข้อได้เปรียบนี้จะเด่นชัดน้อยลงในกรณีที่ผลิตภัณฑ์ถูกบรรจุอยู่ภายในโครงหุ้มที่ปิดผนึกอย่างดีอยู่แล้ว ซึ่งให้การปกป้องด้านสภาพแวดล้อมในตัวเอง ทำให้ประโยชน์ส่วนเพิ่มของการใช้ก๊อบท็อปแคบลง
ความซับซ้อนของการออกแบบและระยะเวลาในการพัฒนา
COB แนะนำกฎการจัดวางแผ่นเชื่อมต่อ (bonding pad) ข้อกำหนดด้านความสูงของลูปการเชื่อมลวด (wire-bond loop height) และบริเวณห้ามวาง (keep-out) รวมถึงรูปแบบการจ่ายวัสดุเคลือบป้องกัน (glob-top dispensing patterns) ที่ไม่ได้จำเป็นต้องมีในเลย์เอาต์ของชิ้นส่วนที่บรรจุภัณฑ์มาตรฐาน นอกจากนี้ยังขึ้นอยู่กับความสามารถที่ผ่านการรับรองด้านการยึดติดได (die-attach) และการเชื่อมลวด (wire-bond) ของพาร์ตเนอร์ EMS และในหลายกรณี ต้องมีโซ่อุปทานที่มั่นคงสำหรับไดที่รับรองแล้วว่าใช้งานได้ดี (known-good die) เมื่อกรอบเวลาค่อนข้างจำกัดและทีมออกแบบมีประสบการณ์จำกัดกับไดเปลือย ควรคาดการณ์ถึงการทำซ้ำด้านการออกแบบเพื่อการประกอบ (design-for-assembly iteration) เพิ่มเติมตั้งแต่ช่วงต้น มากกว่าจะมาพบปัญหาในระหว่างการทบทวน DFM (design for manufacturability)
เมื่อ COB ไม่ใช่ตัวเลือกที่เหมาะสม
COB ไม่เหมาะสมในกรณีที่จำเป็นต้องซ่อมแซมหน้างาน ที่ผลผลิตของไดยังไม่ได้รับการพิสูจน์ และต้องการความยืดหยุ่นในการทำรีเวิร์กในช่วงต้นของการประกอบ หรือในกรณีที่พื้นที่บนบอร์ดไม่ได้ถูกจำกัดอย่างแท้จริง ในกรณีหลังนี้ การใช้ชิ้นส่วนแบบแพ็กเกจมาตรฐานมักให้สมรรถนะเทียบเท่ากัน แต่จัดหาง่ายกว่า รีเวิร์กสะดวกกว่า และไม่ต้องพึ่งพากระบวนการเชื่อมลวด (wire-bond) นอกจากนี้ ยังควรทบทวนการใช้ COB ใหม่ในกรณีที่องค์กรไม่มีโซ่อุปทานที่ชัดเจนสำหรับไดที่ผ่านการคัดเลือกแล้ว (known-good die) ตามสเปกชิ้นส่วนที่ต้องการ เนื่องจากความไม่แน่นอนในการจัดหาอาจมีน้ำหนักมากกว่าข้อดีของแนวทางการแพ็กเกจ ในสถานการณ์เช่นนี้ การใช้การประกอบแบบ SMT หรือ BGA แบบดั้งเดิมมักเป็นตัวเลือกที่มีความเป็นภาคปฏิบัติมากกว่า ไม่ใช่การประนีประนอม
การชั่งน้ำหนักปัจจัยต่าง ๆ ร่วมกัน
ไม่มีปัจจัยใดเพียงปัจจัยเดียวที่สามารถกำหนดผลลัพธ์ได้อย่างโดดเดี่ยว ต้องประเมินรอยเท้า ต้นทุน ความสามารถในการซ่อมแซม การป้องกัน และความพร้อมด้านการออกแบบร่วมกัน โดยอิงตามผลิตภัณฑ์เฉพาะและปริมาณการผลิตที่เกี่ยวข้อง สำหรับทีมที่กำลังตัดสินใจในเรื่องนี้ การทบทวนกระบวนการพื้นฐานและรายละเอียดด้านขีดความสามารถถือเป็นก้าวถัดไปที่เหมาะสม
สำหรับทีมวิศวกรรมที่กำลังประเมิน COB เทียบกับวิธีการบรรจุภัณฑ์ทางเลือกอื่น ๆ ทีมประกอบของ PCBCart สามารถตรวจสอบข้อกำหนดการออกแบบเฉพาะและให้คำแนะนำเกี่ยวกับความสามารถด้านการยึดได (die-attach) การเชื่อมลวด (wire-bond) และการหุ้มป้องกัน (encapsulation) ได้ส่งรายละเอียดโครงการของคุณเพื่อรับใบเสนอราคาและการประเมินขีดความสามารถสำหรับแอปพลิเคชันของคุณ
แหล่งข้อมูลที่มีประโยชน์
•ทำไมทองคำจึงมีความสำคัญต่อการเคลือบผิวหน้าของแผ่นวงจรพิมพ์ (PCB)
•กระบวนการประกอบ PCB - บทนำสู่การประกอบ PCBA
•เคล็ดลับการจัดเลย์เอาต์สำหรับชิป BGA ที่ห้ามพลาด
•วิธีสั่งประกอบแผงวงจรพิมพ์ออนไลน์หรือขอใบเสนอราคาฟรี
