מה זה Chip on Board?
Chip-on-Board (COB) או שבב על לוח היא טכנולוגיה המשמשת באריזה והרכבת אלקטרוניקה,
במיוחד בייצור של מעגלים משולבים (שבבים) והתקני מוליכים למחצה אחרים.
בתהליך COB, התבנית (שבב) המוליכה למחצה חשופה מותקנת ישירות ומודבקת על מצע,
כגון לוח מעגלים מודפסים (PCB) או מצע קרמי.
זה נעשה על ידי שימוש בטכניקות כמו חיבור תיל או הצמדת שבב הפוך
כדי ליצור חיבורים חשמליים בין השבב למצע.
בניגוד לשיטות אריזה מסורתיות שבהן השבב סגור באריזה נפרדת,
COB מונעת את הצורך בחבילות שבבים בודדות,
מה שיכול להפחית את הגודל והעלות הכוללת של המכשיר האלקטרוני.
טכנולוגיה זו משמשת באפליקציות שבהם החלל מהווה דאגה,
כגון תאורת LED, מכשירים ניידים, אלקטרוניקה לרכב ועוד.
היתרונות של טכנולוגיית Chip on-board כוללים:
גודל ויעילות שטח: COB מאפשרת עיצובים קומפקטיים על ידי הנחת השבב ישירות על המצע,
תוך צמצום השטח הנדרש לאריזה.
ביצועים תרמיים: מכיוון שהשבב נמצא במגע ישיר עם המצע,
פיזור החום יכול להיות יעיל יותר בהשוואה לשיטות אריזה מסורתיות,
מה שמוביל לביצועים תרמיים טובים יותר.
ביצועים חשמליים: אורכי חיבור קצרים יותר בין השבב למצע יכולים לגרום לביצועים חשמליים משופרים
עם התנגדות וקיבול נמוכים יותר.
חיסכון בעלויות: COB מבטלת את הצורך בחבילות שבבים בודדות,
מפחיתה את עלויות החומר ומפשטת את תהליך הייצור.
עם זאת, ל-COB יש גם כמה אתגרים ושיקולים:
אמינות: חיבור ישיר של השבב למצע דורש טכניקות חיבור זהירות
כדי להבטיח חיבורים חשמליים אמינים ולמנוע מתח מכני.
יכולת תיקון: מכיוון שהשבב מחובר ישירות,
תיקון שבב לא תקין יכול להיות מאתגר יותר בהשוואה לאריזה מסורתית.
גמישות עיצובית: COB מגבילה את הגמישות לשדרוג או החלפת רכיבים בודדים,
מכיוון שהשבב משולב ישירות על המצע.
טכנולוגיית Chip-on-board מציעה איזון בין שיקולי גודל, ביצועים ועלות,
מה שהופך אותה לבחירה מתאימה עבור יישומים ספציפיים שבהם גורמים אלו הם חיוניים.
מי צריך COB?
טכנולוגיית Chip-on-Board (COB) משמשת בתעשיות ויישומים שונים שבהם שיקולי יעילות שטח,
ביצועים ועלות חשובים.
חלק מהמגזרים והיישומים שיכולים להפיק תועלת מטכנולוגיית COB כוללים:
תאורת COD: LED משמשת ביישומי תאורת LED ליצירת מקורות אור בעוצמה גבוהה וקומפקטיות.
הטכנולוגיה מאפשרת ניהול תרמי יעיל ותפוקת לומן גבוהה יותר בפורמט קטן.
מוצרי אלקטרוניקה: טכנולוגיית COB משמשת בסמארטפונים, טאבלטים,
מכשירים לבישים ומכשירים ניידים אחרים שבהם המקום מוגבל,
וצריך לשלב שבבים בעלי ביצועים גבוהים בטביעת רגל קטנה.
אלקטרוניקה לרכב: ביישומי רכב, ניתן להשתמש ב-COB עבור רכיבים שונים כגון פנסים, פנסים אחוריים,
תצוגות לוח מחוונים ומודולי בקרה, כאשר המרחב, האמינות והביצועים התרמיים הם קריטיים.
מכשירים רפואיים: מכשירים רפואיים דורשים עיצובים קומפקטיים עם שבבים בעלי ביצועים גבוהים.
ניתן להשתמש בטכנולוגיית COB במכשירים כגון ציוד הדמיה רפואי, צגי בריאות לבישים ומכשירי אבחון.
אלקטרוניקה תעשייתית: יישומים תעשייתיים כגון חיישנים, מערכות בקרה והתקני אוטומציה
נהנים מטכנולוגיית COB בשל יכולתה לספק פתרונות קומפקטיים ואמינים.
תעופה חלל והגנה: ניתן להשתמש בטכנולוגיית COB ביישומי תעופה חלל והגנה
שבהם אילוצי גודל ומשקל הם גורמים משמעותיים, כגון באווירוניקה,
מערכות תקשורת ורכיבי לוויין.
התקני IoT (האינטרנט של הדברים): התקני IoT דורשים שבבים קטנים וחסכוניים באנרגיה עם ביצועים אמינים.
טכנולוגיית COB יכולה להיות בחירה מתאימה ליצירת התקני IoT קומפקטיים ופונקציונליים.
טכנולוגיה לבישה: מכשירים לבישים, כגון שעונים חכמים ומעקבי כושר,
דורשים שבבים שניתן לשלב בצורה חלקה בגורמי צורה קטנים.
טכנולוגיית COB עוזרת להשיג אינטגרציה זו תוך שמירה על ביצועים.
התקני תקשורת: ניתן להשתמש בטכנולוגיית COB בהתקני תקשורת כמו נתבים,
מתגים וציוד רשת שבהם מזעור וניהול תרמי חשובים.
ציוד בדיקה אוטומטי: ניתן להשתמש בטכנולוגיית COB בציוד בדיקה
ומדידה שבו בקרה מדויקת ועיצוב קומפקטי חיוניים.
חשוב לציין שבעוד שטכנולוגיית COB מציעה יתרונות רבים,
התאמתה תלויה בדרישות הספציפיות של האפליקציה.
מהנדסים ומעצבים מעריכים גורמים כמו אילוצי מקום, צרכי ניהול תרמי,
דרישות ביצועים חשמליים ושיקולי עלות בעת החלטה אם להשתמש בטכנולוגיית COB
עבור פרויקט מסוים.
איך עובדת טכנולוגיית COB?
טכנולוגיית Chip-on-Board (COB) כוללת הרכבה וחיבור ישיר
של שבבי מוליכים למחצה חשופים (הידועים גם כ-dies) על גבי מצע,
כגון לוח מעגלים מודפסים (PCB) או מצע קרמי.
התהליך כולל מספר שלבים כדי להבטיח חיבורים חשמליים תקינים ותפעול אמין של המעגל המשולב.
להלן סקירה כללית של אופן הפעולה של COB:
הכנת מתלים: יצרן המוליכים למחצה מייצר מתכות מוליכים למחצה בודדים בתהליך הייצור.
מתלים אלה מכילים את הרכיבים האלקטרוניים הפעילים והמעגלים המבצעים פונקציות ספציפיות,
כגון עיבוד, אחסון זיכרון או הגברת אותות.
הכנת מצע: המצע, שיכול להיות PCB או מצע קרמי, מוכן לתהליך COB.
המצע מספק פלטפורמה להרכבת מתלי המוליכים למחצה ויצירת חיבורים חשמליים.
מיקום המות: מתות המוליכים למחצה החשופים מונחות בקפידה על המצע באמצעות ציוד מדויק.
תהליך המיקום כולל יישור רפידות החיבור על התבנית עם רפידות או עקבות מתאימים על המצע.
הדבקה: ישנן מספר טכניקות הדבקה המשמשות ב-COB,
כולל הדבקת חוטים והדבקת סיבוב-שבב:
הדבקת חוטים: בשיטה זו משתמשים בחוטים דקים העשויים מחומרים כמו זהב או אלומיניום
ליצירת חיבורים חשמליים בין רפידות החיבור על גבי המוליך למחצה לרפידות המקבילות על המצע.
חוטים אלה מחוברים באמצעות חום ולחץ, ויוצרים חיבור חשמלי מאובטח.
Flip-Chip Bonding: בהדבקת Flip-Chip, תבנית המוליך למחצה הופכת ומיושרת
כך שרפידות החיבור שלה יוצרות קשר ישירות עם רפידות או בליטות מתאימות על המצע.
יישור זה מושג באמצעות ציוד מדויק.
החיבור נוצר באמצעות בליטות הלחמה או דבק מוליך ויוצר חיבורים חשמליים ומכניים בו זמנית.
אנקפסולציה: לאחר תהליך ההדבקה, המוליך למחצה מת והחיבורים מובלעים להגנה.
שרף אפוקסי או חומר הגנה אחר נמרחים על התבנית והחיבורים כדי להגן עליהם מפני גורמים סביבתיים,
מתח מכני ולחות.
בדיקה ובקרת איכות: מכלול COB עובר בדיקות קפדניות כדי לוודא שכל החיבורים החשמליים שלמים
ושהמעגל המשולב פועל כמתוכנן.
יחידות פגומות מזוהות ומושלכות בשלב זה.
תהליכים משניים: בהתאם ליישום, תהליכים נוספים כגון סימון לייזר,
חיתוך וציפוי מתבצעים כדי לשפר את הביצועים או המראה של מכלול COB.
טכנולוגיית COB מציעה יתרונות כגון גודל קומפקטי,
ביצועים תרמיים משופרים וחיסכון בעלויות עקב ביטול אריזת שבבים בודדים.
עם זאת, היא גם דורשת טיפול זהיר כדי להבטיח חיבורים חשמליים אמינים וביצועים כלליים.
הבחירה בין הצמדת חוט להצמדת שבב הפוך תלויה בגורמים כמו גודל השבב,
דרישות החשמל ושיקולים תרמיים.
הטמעת טכנולוגיית שבב על לוח
הטמעת טכנולוגיית Chip-on-Board (COB) כוללת מספר שלבים,
מתכנון והרכבה ועד לבדיקה ובקרת איכות.
להלן מתאר כללי כיצד ניתן לבצע הטמעת COB:
עיצוב ותכנון:
הגדר את הדרישות של המכשיר האלקטרוני, כולל מפרטי ביצועים, אילוצי גודל,
שיקולים תרמיים וחיבורים חשמליים.
בחר את שבבי המוליכים למחצה המתאימים (מתים) העונים על הפונקציונליות הרצויה.
תכנן את פריסת המצע (PCB או מצע קרמי) כך שיתאים למיקום השבבים
והעקבות החשמליות הנדרשות.
הכנת המות:
מוצאים או מייצרים את תבניות המוליכים למחצה התואמות את הפונקציונליות הנדרשת.
יש לבדוק ולמיין את הקוביות כדי להבטיח את האיכות והפונקציונליות שלהן.
הכנת מצע:
הכן את חומר התשתית על ידי ניקוי והבטחה שפני השטח שלו מתאימים להדבקה.
יש למרוח את כל שכבות תת-מילוי או דבק הדרושות
שיכולות לשפר את תהליך ההדבקה ולספק יציבות מכנית.
מיקום המות:
השתמש בציוד מדויק כדי למקם את קוביות המוליכים למחצה על גבי המצע,
תוך יישורם עם המיקומים והכיוונים המיועדים.
קשר:
בחר את טכניקת ההדבקה בהתבסס על גורמים כגון גודל שבב,
דרישות חשמל וצרכי ניהול תרמי (הדבקת חוטים או הצמדת שבב הפוך).
בצע את תהליך ההדבקה באמצעות ציוד מיוחד המכיל חום,
לחץ או פרמטרים אחרים של מליטה כדי ליצור את החיבורים החשמליים.
עטיפה ואיטום:
יש למרוח חומרי עטיפה, כגון שרפי אפוקסי או ציפויים מגנים,
על גבי מתלי המוליכים למחצה וחיבורי ההדבקה.
שלב זה מספק הגנה מפני גורמים סביבתיים, מתח מכני ולחות.
בדיקות ובקרת איכות:
בצע בדיקות מקיפות כדי להבטיח את תקינות מכלול COB.
זה כולל בדיקות חשמליות, בדיקות תפקודיות ואימות ביצועים.
זהה וטפל בכל יחידות פגומות באמצעות תיקון, עיבוד מחדש או דחייה.
תהליכים משניים:
בצע תהליכים נוספים הנדרשים על ידי היישום, כגון סימון לייזר לזיהוי,
חיתוך כדי לכוונן את הביצועים, או מריחת ציפויים קונפורמיים להגנה משופרת.
שילוב:
שלב את מכלולי ה-COB לתוך המערכת האלקטרונית הגדולה יותר,
חבר אותם לרכיבים אחרים, מקורות חשמל וממשקים.
אימות:
אמת את הפונקציונליות והביצועים הכוללים
של המכשיר האלקטרוני המכיל את מכלולי ה-COB.
ודא שהמכשיר עומד במפרטים ובדרישות המיועדים.
ייצור המוני:
לאחר שתהליך ההרכבה של COB נבדק ושוכלל ביסודיות,
הגדל את תהליך הייצור לייצור המוני.
לאורך תהליך הטמעת COB, תשומת לב לפרטים, ציוד מדויק ואמצעי בקרת איכות
הם חיוניים כדי להבטיח שהמכשירים האלקטרוניים המתקבלים יהיו אמינים,
ביצועיים ועומדים בסטנדרטים הרצויים.
השלבים והטכניקות הספציפיות בהן נעשה שימוש יכולים להשתנות בהתאם ליישום,
התעשייה והדרישות הספציפיות של הפרויקט.
עלויות Chip-on-Board
העלויות הכרוכות בטכנולוגיית Chip-on-Board (COB) משתנות במידה רבה בהתאם לגורמים כמו מורכבות התכנון,
סוג שבבי המוליכים למחצה בשימוש, גודל המצע, טכניקת ההדבקה שנבחרה, רמת האוטומציה,
והיקף הייצור הכולל.
להלן כמה שיקולי עלות הקשורים לטכנולוגיית COB:
שבבי מוליכים למחצה: העלות של שבבי המוליכים למחצה (מתים) עצמם היא גורם משמעותי.
המורכבות, הפונקציונליות והביצועים של השבבים יכולים להשפיע על מחירם.
מצע: סוג וחומר המצע, כגון PCB או מצע קרמי, יכולים להשפיע על העלות.
חומרים מתקדמים יותר או מצעים מיוחדים עולים יותר.
טכניקת הדבקה: הבחירה בין הדבקת חוטים והצמדת שבב הפוך יכולה להשפיע על העלויות.
הדבקת שבב Flip, למרות שהיא מציעה ביצועים טובים יותר,
היא יקרה יותר בשל הצורך בציוד מדויק וחומרים מיוחדים כמו בליטות הלחמה.
ציוד וכלי עבודה: העלות של ציוד מיוחד וכלי עבודה הנדרשים להרכבת COB, לרבות הנחתי קוביות,
חיבורי תיל, חיבורי שבבים וציוד עטיפה, יכולים לתרום באופן משמעותי לעלות הכוללת.
עלויות חומרים: חומרים המשמשים להדבקה, מילוי תת, עטיפה וציפוי מגן תורמים לעלות הכוללת.
חומרים באיכות גבוהה מגדילים את העלויות אך גם משפרים את האמינות.
עלויות עבודה: עלויות העבודה כוללות טכנאים מיומנים המפעילים ציוד הרכבה,
ביצוע בקרת איכות וניהול תהליך הייצור.
בדיקות ובקרת איכות: אמצעי בדיקה ובקרת איכות קפדניים מוסיפים לעלות הכוללת
אך חיוניים להבטחת האמינות של מכלול COB.
מורכבות עיצובית: עיצובים מורכבים יותר עם מספר שבבים,
חיבורים מורכבים ותכונות מתקדמות מגדילים את העלויות
בשל המאמץ ההנדסי הנוסף ואתגרי ההרכבה.
נפח ייצור: יתרונות קנה מידה ממלאים תפקיד; נפחי ייצור גדולים יותר נוטים להפחית את העלות
ליחידה שכן עלויות קבועות מתחלקות על יותר יחידות.
בדיקה ואימות: עלויות הקשורות לבדיקה ואימות כדי להבטיח שמכלולי COB
עומדים במפרטים ובסטנדרטים הנדרשים.
תהליכים משניים: תהליכים נוספים כגון סימון לייזר, חיתוך וציפוי תורמים לעלויות.
שרשרת אספקה: זמינות ומקור של חומרים, רכיבים וציוד יכולים להשפיע על העלויות,
במיוחד אם יש שיבושים או מחסור בשרשרת האספקה.
חשוב לציין שבעוד שטכנולוגיית COB יכולה להציע חיסכון בעלויות בהשוואה לשיטות אריזת שבבים מסורתיות,
ישנן עלויות התקנה ראשוניות ושיקולים להשגת תפוקות ואיכות מיטביים.
ארגונים צריכים להעריך בקפידה את דרישות הפרויקט והיעדים הספציפיים שלהם כדי לקבוע אם COB
היא הבחירה הנכונה ולתקצב בהתאם את היישום.
שאלות ותשובות בנושא Chip-on-Board
ש: אילו שיקולים יש לקחת בחשבון בעת יישום COB?
ת: דרישות עיצוב, בחירת שבבים, הכנת מצע, טכניקות הדבקה, עטיפה, בדיקות, בקרת איכות,
תהליכים משניים ואינטגרציה הם כולם גורמי מפתח ביישום COB.
ש: מהם האתגרים של טכנולוגיית COB?
ת: האתגרים כוללים הבטחת חיבורים חשמליים אמינים, ניהול שיקולים תרמיים,
טיפול בפגמים פוטנציאליים ויכולת תיקון מוגבלת עקב הצמדת השבב הישירה.
ש: האם ניתן להשתמש בטכנולוגיית COB עבור יישומים בעלי ביצועים גבוהים?
ת: כן, ניתן להתאים את טכנולוגיית COB ליישומים בעלי ביצועים גבוהים
על ידי בחירה קפדנית של טכניקת ההדבקה, החומרים והעיצוב לניהול תרמי אופטימלי.
ש: איך COB בהשוואה לשיטות אריזת שבבים מסורתיות?
ת: COB מציעה יתרונות במונחים של גודל, ביצועים תרמיים וחיסכון בעלויות.
עם זאת, היא דורשת ציוד ומומחיות מיוחדים ויש לה מגבלות מבחינת יכולת התיקון
בהשוואה לשיטות אריזה מסורתיות.
ש: איזה תפקיד ממלאת האוטומציה בהרכבת COB?
ת: אוטומציה חיונית בהרכבת COB כדי להבטיח מיקום מדויק של שבבים, הדבקה עקבית ועטיפה יעילה,
מה שמוביל לתשואות ייצור גבוהות יותר ולעלויות מופחתות.
ש: האם יש מגבלות כלשהן לטכנולוגיית COB?
ת: לטכנולוגיית COB יש מגבלות במונחים של יכולת תיקון וגמישות לשדרוג רכיבים בודדים
בשל תהליך ההצמדה הישירה של השבבים והכיסום.
ש: כיצד משפיעה טכנולוגיית COB על האמינות של מכשירים אלקטרוניים?
ת: טכנולוגיית COB, כאשר מיושמת כהלכה, יכולה לשפר את האמינות
על ידי צמצום מספר החיבורים ושיפור הביצועים התרמיים,
וכתוצאה מכך להתקנים אלקטרוניים עמידים יותר.
