การเลือกวิธีการบรรจุชิปมีผลต่อแทบทุกอย่างในขั้นตอนถัดไปของโครงการ ไม่ว่าจะเป็นขนาดบอร์ด ต้นทุนการประกอบ ความสามารถในการทดสอบ และความง่ายในการปรับแก้หรืออัปเดตการออกแบบชิปออนบอร์ด (COB)เทคโนโลยีการติดตั้งบนพื้นผิว (SMT) และบอลกริดอาร์เรย์ (BGA) ต่างก็แก้ปัญหาพื้นฐานเดียวกันคือการเชื่อมต่อไดหรือคอมโพเนนต์เข้ากับแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ด้วยวิธีที่แตกต่างกัน และแต่ละวิธีก็มาพร้อมกับข้อดีข้อเสียของตนเอง
ภาพรวมอย่างย่อของแต่ละวิธี
ชิปบนบอร์ด (COB)ติดตั้งไดแบบเปลือยที่ยังไม่ได้บรรจุห่อโดยตรงลงบนซับสเตรตของแผ่น PCB จากนั้นเชื่อมต่อเข้ากับบอร์ดด้วยการบอนด์ลวด หลังจากนั้นไดมักจะถูกปิดผนึกด้วยอีพ็อกซีเป็น “จุดบล็อบ” เทคโนโลยี COB มีพื้นที่ติดตั้ง (footprint) เล็กมากและความสูงของชั้นบางมาก ทำให้ถูกใช้อย่างแพร่หลายในงานออกแบบสำหรับผู้บริโภค เช่น โมดูล LED แท็ก RFID และอื่น ๆ
เทคโนโลยีการติดตั้งบนพื้นผิว (SMT)เป็นประเภทบรรจุภัณฑ์เดี่ยว ๆ น้อยกว่า แต่เป็นวิธีการประกอบมากกว่า: ส่วนประกอบต่าง ๆ — ที่ถูกบรรจุมาแล้วในรูปแบบอย่างเช่น QFN, SOIC หรืออุปกรณ์ Passive แบบแยกชิ้น — จะถูกวางและบัดกรีรีโฟลว์โดยตรงบนผิวหน้าของแผงวงจร โดยไม่ต้องใช้รูทะลุ ส่วนใหญ่ของการประกอบแผงวงจรพิมพ์สมัยใหม่อาศัย SMT และครอบคลุมชิ้นส่วนและขนาดที่หลากหลายมาก ตั้งแต่ตัวต้านทานแบบ Passive ไปจนถึง IC ระยะพิชละเอียด
ตะแกรงตะกั่วแบบลูกบอล (BGA)เป็นประเภทแพ็กเกจ SMT เฉพาะสำหรับคอมโพเนนต์ที่มีจำนวนขาสูง ขาที่อยู่บริเวณขอบแพ็กเกจจะถูกตัดออกและแทนที่ด้วยลายลูกบอลบัดกรีที่ด้านล่าง ช่วยให้มี I/O ได้มากขึ้นในพื้นที่แพ็กเกจที่เล็กลงเมื่อเทียบกับแพ็กเกจแบบมีขา ใช้ในโปรเซสเซอร์ FPGA และโมดูลหน่วยความจำที่ความหนาแน่นของจำนวนขาเป็นปัจจัยจำกัด
การเปรียบเทียบแบบเคียงข้างกัน
บรรจุภัณฑ์ไดซ์COB มีไดแบบเปลือยที่ไม่ได้บรรจุแพ็กเกจและติดตั้งโดยตรงบนซับสเตรต ส่วนประกอบ SMT จะมาในรูปแบบแพ็กเกจ QFN, SOIC หรือดิสครีต ส่วนประกอบ BGA ก็ถูกบรรจุไว้ล่วงหน้าเช่นกัน แต่แถวของบอลบัดกรีจะอยู่ด้านล่างแทนที่จะอยู่ที่ขอบ
วิธีการเชื่อมต่อใน COB จะใช้การเชื่อมลวดระหว่างได/ซับสเตรต สำหรับชิ้นส่วน SMT ทั่วไป จะใช้การบัดกรีแบบรีโฟลว์เพื่อติดตั้งลงบนแผ่นรองผิวหน้า ชิ้นส่วน BGA ก็ใช้การบัดกรีแบบรีโฟลว์เช่นกัน ยกเว้นว่าจะทำใต้ตะแกรงลูกบอลบัดกรี ไม่ใช่บนแผ่นรองผิวหน้าหรือขาอุปกรณ์
รอยเท้าโปรไฟล์ที่ต่ำที่สุดและขนาดพื้นที่ติดตั้งเล็กที่สุดในทั้งสามแบบคือ COB เนื่องจากไม่มีแพ็กเกจล้อมรอบได ฟุตพรินต์ของ SMT ทั่วไปนั้นแปรผันได้และโดยทั่วไปมีมาตรฐานกำหนดไว้ BGA มีจำนวนขาน้อยเมื่อเทียบกับขนาดของมัน แต่โดยปกติจะมีขนาดใหญ่กว่าโครงสร้างแบบ COB ที่ให้ฟังก์ชันการทำงานเทียบเท่ากัน
กรณีการใช้งานทั่วไป:COB ถูกใช้บ่อยที่สุดในอาร์เรย์ LED แท็ก RFID และโมดูลผู้บริโภคอื่น ๆ ที่มีความบางมากและมีปริมาณการผลิตสูง ส่วนการใช้ SMT ทั่วไปนั้นใช้ในงานประกอบประจำวันเกือบทั้งหมดสำหรับแทบทุกหมวดหมู่ผลิตภัณฑ์ และเนื่องจากความหนาแน่นของ I/O เป็นปัจจัยจำกัด BGA จึงถูกใช้เฉพาะกับ IC ที่มีจำนวนขาสูงเท่านั้น รวมถึงโปรเซสเซอร์ FPGA และโมดูลหน่วยความจำ
ระดับความยากในการปรับแก้:COB นั้นยากอย่างยิ่งต่อการซ่อมแก้ และโดยทั่วไปแล้วการเชื่อมลวดและไดไม่สามารถซ่อมได้หลังจากถูกอัดหุ้มแล้ว คอมโพเนนต์ SMT ทั่วไปสามารถซ่อมแก้ได้ในระดับปานกลาง เนื่องจากส่วนใหญ่สามารถทำการรีโฟลว์และเปลี่ยนใหม่ได้โดยใช้อุปกรณ์มาตรฐาน การซ่อม BGA ก็เป็นความท้าทายเช่นกันเนื่องจากต้องใช้สถานีซ่อม BGA เฉพาะทางและการตรวจสอบด้วยเอ็กซเรย์จำเป็นเพื่อให้มั่นใจในคุณภาพของจุดบัดกรีที่อยู่ด้านหลังแพ็กเกจ
ข้อพิจารณาด้านต้นทุนCOB มักมีความคุ้มค่ามากกว่าในกรณีที่มีปริมาณการผลิตสูง แม้ว่าจะต้องมีขั้นตอนกระบวนการเพิ่มเติมสำหรับการหุ้มป้องกันและการจัดการไดเปลือยก็ตาม สำหรับสายการผลิตมาตรฐาน ต้นทุน SMT ทั่วไปส่วนใหญ่จะปรับเพิ่มตามจำนวนชิ้นส่วนและความซับซ้อนของการจัดวางชิ้นส่วน การลงทุนเริ่มต้นในสเตนซิล การปรับโปรไฟล์การรีโฟลว์ และการตรวจสอบจะสูงกว่าสำหรับ BGA แต่สามารถชดเชยได้ด้วยการประหยัดพื้นที่จากความหนาแน่นของ I/O ที่เพิ่มขึ้น
สิ่งเหล่านี้เป็นการเหมารวมในภาพกว้าง และผลลัพธ์ด้านต้นทุนและการทำงานซ้ำในสถานการณ์จริงอาจแตกต่างกันอย่างมาก ขึ้นอยู่กับปริมาณ ความซับซ้อนของบอร์ด และประเภทของส่วนประกอบ
วิธีตัดสินใจ
ควรสังเกตว่าไม่มีวิธีแก้ปัญหาแบบใดที่ “ดีที่สุด” ระหว่าง COB, SMT หรือ BGA — ทั้งหมดขึ้นอยู่กับโปรเจกต์จริงและข้อกำหนดของมัน ต่อไปนี้คือคำถามสองสามข้อที่จะช่วยให้จำกัดตัวเลือกให้แคบลง:
ข้อจำกัดเกี่ยวกับขนาดและความสูงของกระดานของคุณคืออะไร?เมื่อการออกแบบต้องการขนาดพื้นที่และความสูงที่เล็กที่สุด ควรพิจารณาใช้ COB อย่างไรก็ตาม สำหรับประเภทของคอมโพเนนต์ที่หลากหลาย การใช้ SMT ทั่วไปมักเป็นพื้นฐานที่มีความเหมาะสมในทางปฏิบัติมากกว่า
คุณวางแผนจะผลิตกี่หน่วย?เมื่อปริมาณเพิ่มขึ้น COB มีแนวโน้มที่จะใช้งานได้จริงมากกว่า เนื่องจากขั้นตอนการห่อหุ้มและการจัดการไดแบบไม่หุ้มสามารถกระจายไปยังไดจำนวนมากขึ้นได้ ส่วนประกอบแบบแพ็กเกจมักสะดวกกว่าในการจัดหาและการรับรองคุณสมบัติใหม่ ซึ่งเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการผลิตในปริมาณน้อยหรือการผลิตต้นแบบ.
ระดับความทนทานต่อการทำงานแก้ไขซ้ำของคุณคือเท่าไร?โดยทั่วไปแล้วชิ้นส่วน SMT แบบบรรจุภัณฑ์สำเร็จจะเปลี่ยนทดแทนได้ง่ายกว่าชิปไดแบบเชื่อมลวด (wire-bonded die) หรือ BGA ซึ่งจะต้องใช้เครื่องมือซ่อมแซมเฉพาะทาง หากมีการเปลี่ยนแปลงการออกแบบหลายครั้ง หรือหากมีความเป็นไปได้ที่จะต้องซ่อมแซมในภาคสนาม
งบประมาณของคุณอ้างอิงจากอะไร ต้นทุนต่อหน่วยหรือค่า NRE?แพ็กเกจ BGA อาจมีค่าใช้จ่ายในการตรวจสอบและเครื่องมือที่สูงขึ้นในช่วงเริ่มต้น แต่สามารถช่วยประหยัดขนาดบอร์ดและจำนวนเลเยอร์สำหรับคอมโพเนนต์ที่มี I/O สูง ซึ่งอาจทำให้ต้นทุนบอร์ดต่อชิ้นลดลงในระยะยาว
ควรตอบคำถามเหล่านี้ตามความเป็นจริงก่อนที่แบบแปลนจะเสร็จสิ้น เพื่อหลีกเลี่ยงการออกแบบใหม่ในภายหลัง.
COB ได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับขนาดที่เล็กและความสูงต่ำในผลิตภัณฑ์ปริมาณมาก, SMT ได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับความหลากหลายของชิ้นส่วนที่มากและความสามารถในการรีเวิร์กในระดับปานกลางสำหรับสายผลิตภัณฑ์ส่วนใหญ่, และ BGA ได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับชิ้นส่วนที่มีจำนวนขาพินสูง ในขณะที่ฟุตพริ้นต์ของ BGA จัดการได้ง่ายกว่า แต่มีข้อกำหนดด้านการรีเวิร์กและการตรวจสอบที่เข้มงวดกว่า ตัวเลือกที่ดีที่สุดถูกกำหนดโดยข้อกำหนดของขนาดบอร์ด การใช้งานที่คาดการณ์ไว้ ความต้องการในการรีเวิร์ก และงบประมาณ ไม่ใช่โดยวิธีการใดที่เหนือกว่า
หากคุณกำลังชั่งน้ำหนักระหว่างการประกอบแบบ COB หรือระดับไดกับทางเลือกที่เป็นแพ็กเกจสำหรับการออกแบบที่กำลังจะมาถึง ทีมงานของเราสามารถช่วยคุณพิจารณาข้อดีข้อเสียที่เหมาะกับบอร์ดของคุณโดยเฉพาะติดต่อ PCBCartเพื่อพูดคุยเกี่ยวกับโครงการของคุณอย่างละเอียดมากขึ้น
แหล่งข้อมูลที่เป็นประโยชน์
•การประกอบปริมาณมาก
•การประกอบแผงวงจรพิมพ์ปริมาณต่ำ (HMLV)
•การประกอบแผงวงจรพิมพ์ขั้นสูง
•การประกอบแพ็กเกจบนแพ็กเกจ
•สี่ขั้นตอนในการรู้จัก BGA
•บทนำเกี่ยวกับเทคโนโลยีการบรรจุภัณฑ์แบบ BGA
•ปัจจัยที่มีผลต่อคุณภาพของการประกอบ BGA
