Bevezetés
A mai digitális korszakban a CMOS képérzékelők nélkülözhetetlen alapvető alkotóelemekké váltak olyan területeken, mint az okostelefonok, a biztonsági felügyelet, az autóelektronika és az orvosi eszközök. A szenzorchip teljesítménye azonban nem csak a saját tervezésétől és gyártásától függ, hanem kritikusan a csomagolási folyamattól is. A csomagolás védi a törékeny chipet a külső környezeti tényezőktől (például por, nedvesség és mechanikai igénybevétel), és felelős az elektromos kapcsolatok kialakításáért és a hőkezelésért a chip és a külső áramkör között. Közvetlenül befolyásolja az érzékelő teljesítményét, méretét, költségét és megbízhatóságát
A számos csomagolási technológia közül a CSP, a COB és a PLCC a CMOS-érzékelő területén alkalmazott három fő folyamat. Mindegyiknek megvan a maga egyedi folyamatfolyamata, műszaki jellemzői és alkalmazási forgatókönyvei. Ez a cikk ennek a három csomagolási módszernek-mélyreható elemzését nyújtja, és összehasonlító elemzéssel segíti az olvasókat a különbségek és a kiválasztási kritériumok teljes megértésében.
I. A csomagolási folyamatok részletes magyarázata
1. CSP - Chip Scale Package
A CSP a Chip Scale Package rövidítése. Ahogy a név is sugallja, a legfontosabb jellemzője, hogy a csomagolás mérete közel azonos magának a chipnek a magméretével. Szabvány szerint a mag és a csomagolási terület aránya általában nem haladja meg az 1:1,1-et
Folyamatfolyamat:
A CSP egy ostyaszinten feldolgozott csomagolóforma. Az alapfolyamat magában foglalja a mikrolencsék és a színszűrők (ha szükséges) közvetlen feldolgozását az elkészült áramköri lapkán, majd egy golyós rácstömb kialakítását egy ütközési eljárással, végül pedig az ostyát egyedi érzékelőegységekre vágják. A kameramodul-gyártás során a CSP-csomagolást használó érzékelőket általában közvetlenül a PCB-re szerelik fel SMT-elhelyező gépekkel.
2. COB - chip a fedélzeten
A COB a Chip On Board rövidítése. Ez egy olyan csomagolási technológia, amelyben a csupasz szerszám közvetlenül fel van szerelve és elektromosan csatlakoztatva van a végső áramköri laphoz
Folyamatfolyamat:
A COB folyamat összetettebb, elsősorban az egyes chipek szintjén hajtják végre, és általában 1000-es vagy akár 100-as osztályú tisztateret igényel.
- Formák rögzítése: A felkockázott csupasz forgácsot (Die) hővezető epoxigyantával (pl. ezüstpasztával) a nyomtatott áramköri lapon a kijelölt helyre kell rögzíteni.
- Kikeményedés: Az ezüstpaszta melegítéssel keményedik, szilárdan rögzítve a forgácsot
- Huzalkötés: Arany- vagy alumíniumhuzalokkal a chipen lévő párnák hőkompressziós kötéssel, ultrahangos hegesztéssel vagy termohangos hegesztéssel csatlakoznak a PCB megfelelő párnáihoz.
- Tesztelés és tömítés: Előzetes elektromos tesztelés történik. Ezután speciális fekete epoxit vagy gyantát adagolnak a forgács és az aranyhuzalok védelmére. Ezt követi a végső kikeményedés és a végső tesztelés.
3. PLCC - Műanyag ólomforgácstartó
A PLCC a Plastic Leaded Chip Carrier rövidítése. Ez egy régebbi típusú felületre szerelhető-csomag, ahol a vezetékek a csomag testének mind a négy oldaláról kinyúlnak, és "J"-vezeték konfigurációban hajlanak lefelé.
Folyamatfolyamat:
- A PLCC-csomagolás magában foglalja a chip előre -csomagolását, hogy független komponenst képezzenek szabványos formájú és tűkkel.
- A chip egy ólomkerethez van rögzítve.
- A belső elektromos csatlakozások huzalkötéssel készülnek
- A szerelvény öntött és műanyaggal van tokozva.
- A kialakított PLCC szenzor, mint szabványos alkatrész, a NYÁK-ra van felszerelve reflow forrasztással.
II. Összehasonlító táblázat az alapvető jellemzőkről
| Összehasonlítási dimenzió |
CSP csomagolás
|
PLCC csomagolás
|
COB csomagolás
|
| Csomag felépítése | Tartós{0}}mentes, közvetlen forgácscsomagolás | Műanyag csomagtest + J- alakú csapok + ólomkeret | Csupasz forgács közvetlenül PCB-re szerelve, huzalkötés + beágyazódás |
| Méret | A legkisebb (kb. 1,2-szerese a chip méretének) | Közepes (kisebb, mint a DIP, nagyobb, mint a CSP) | Kicsi (nincs önálló csomagtartó test, legalacsonyabb magasság) |
| Pin jellemzői | Nincsenek látható érintkezők, dudorokon keresztül csatlakoztatva | J-alakú befelé ívelt, 18-84 tű | Nincsenek független tűk, kötőhuzalokon keresztül csatlakoztatva |
| Csomagolás költsége | Viszonylag magas (összetett eljárás, egységár 3-5-szöröse az SMD-nek) | Közepes (kiegyensúlyozott anyag- és folyamatköltségek) | A legalacsonyabb (kiküszöböli a konzolos és a független csomagolási folyamatokat) |
| Hőelvezetési teljesítmény | Jó (vékony csomagolóréteg, magas hővezető képesség) | Átlagos (hőállóság van a műanyag csomagolás testében) | Jó (közvetlen kapcsolat a chip és a PCB között) |
| Megbízhatóság | Közepes (átlagos ütésállóság, szennyeződésre érzékeny) | Viszonylag magas (műanyag csomagolás + ólomkeret védelem, jó mechanikai szilárdság) | Közepes (beépülés elleni védelem, alacsony holt pixelarány, de érzékeny az erős ütésekre) |
| Karbantarthatóság | Viszonylag egyszerű (felszíni szennyeződés ellen újra feldolgozható) | Viszonylag egyszerű (a csapok könnyen szétszedhetők, kényelmesek az átdolgozáshoz) | Rendkívül nehéz (a csupasz forgácsokat nem lehet egyenként kicserélni cserepesedés után) |
| Alkalmazás | Miniatürizált, nagy teljesítményű{0}}eszközök | Közepes{0}}összetettségű áramkörök, hagyományos elektronikus berendezések | Költségérzékeny{0}}forgatókönyvek laza méretkövetelményekkel |
III. Az egyes csomagolási módok részletes előnyei és hátrányai
CSP csomagolás
Előnyök:
- Az ultra-kompakt méret támogatja a termináleszközök miniatürizálását, különösen alkalmas mobiltelefonok mikrokameráihoz, okosórákhoz stb., minimalizálva az érzékelő méretét, és helyet takaríthat meg az objektívmodulok számára.
- Kiváló elektromos teljesítmény: A rövid összekapcsolási utak csökkentik a jelveszteséget és javítják az adatátviteli sebességet
- Jó hőelvezetési hatékonyság: A vékony csomagolóréteg és a konzol akadálymentessége elősegíti a hőelvezetést az érzékelőről.
Hátrányok:
- A magas folyamatpontossági követelmények lényegesen magasabb csomagolási költségeket eredményeznek, mint a másik két módszer
- Gyenge fényáteresztő képesség: Az üveg védőfelülete szellemképeket okozhat a háttérfény behatolása miatt, ami befolyásolja a CMOS érzékelők képminőségét.
- Gyenge szennyeződésállóság: Bár újrafeldolgozható, bizonyos követelményeket támaszt a gyártási környezettel szemben.
PLCC csomagolás
Előnyök:
- Nagy megbízhatóság: A műanyag csomagolású test és a fém ólomkeret kombinációja kiváló ütés- és rezgésállóságot biztosít
- Kényelmes beszerelés és átdolgozás: A J{0}}alakú csapok megkönnyítik a forrasztást, és könnyen szétszedhetők.
- Stabil jelteljesítmény: Az ésszerű érintkezési távolság csökkenti a tűk közötti áthallást, közepes{0}}sebességű jelátvitelre alkalmas.
Hátrányok:
- A nagy csomagméret miatt nem tudja kielégíteni a mikro CMOS érzékelők miniatürizálási igényeit
- Korlátozott tűsűrűség, ami megnehezíti az alkalmazkodást a nagy számú tűvel rendelkező összetett érzékelő chipekhez
- Átlagos hőelvezetési teljesítmény: A műanyagok alacsony hővezető képessége miatt alkalmatlan nagy{0}}teljesítményű érzékelőkhöz.
COB csomagolás
Előnyök:
- Jelentős költségelőny: Kiküszöböli a konzolokat és a független csomagolási folyamatokat, ami a legalacsonyabb anyag- és folyamatköltségeket eredményezi.
- A legalacsonyabb csomagolási magasság, amely hozzájárul a modul teljes vékonyságához, és alkalmas a vastagságra érzékeny eszközökhöz
- Kiforrott folyamat és magas szintű integráció: Támogatja a több-chip co-szubsztrát csomagolását, a holt pixel aránya 5/100 000 között szabályozható.
Hátrányok:
- Rendkívül rossz karbantarthatóság: A csupasz forgácsot nem lehet külön-külön kicserélni az ültetés után, meghibásodás esetén a teljes aljzatot ki kell cserélni.
- Szigorú követelmények a gyártási környezettel szemben: A NYÁK szerelése megköveteli a por és a nedvesség megelőzését, mivel a csupasz forgácsok érzékenyek a szennyeződésre.
- Hosszú folyamatidő és nagy ingadozások a hozamban, ami szigorú folyamatszabályozást igényel.
IV. Különbségek a CMOS érzékelők között
1. Méret és forma alkalmazkodóképessége
- A CSP-csomagolás az alapvető választás a CMOS-érzékelők miniatürizálásához, különösen a hordozható eszközökben, például mobiltelefonokban és okosórákban lévő mikrokamerák esetében. Minimalizálhatja az érzékelő méretét, és helyet takaríthat meg az objektívmodulok számára
- A méretkorlátozások miatt a PLCC-csomagolást csak néhány laza méretigényű CMOS-érzékelőben használják, például a korai megfigyelő kamerákban vagy az ipari kis{0}}felbontású érzékelőkben, és fokozatosan lecserélték.
- Bár a COB csomagolásnak van a legalacsonyabb magassága, a ragasztáshoz és a beágyazáshoz fenntartott hely szükséges. Leginkább olyan érzékelőmodulokban használják, amelyek érzékenyek a költségekre és laza méretkorlátozásokkal, például biztonsági felügyelettel és utángyártott{1}}autóipari eszközökben.
2. A képalkotási teljesítményre gyakorolt hatás
- A CSP csomagolás üvegvédő felülete csökkenti a fényáteresztést, ami befolyásolhatja a CMOS érzékelők érzékenységét. Az optikai tervezés optimalizálása szükséges a szellemkép kiegyenlítéséhez
- A műanyag csomagolás teste és a PLCC csomagolás tűelrendezése kevéssé zavarja a fényt, de a jelút hosszabb, mint a CSP-é, ami jelkésést okozhat a nagy sebességű képérzékelőkben.
- A COB csomagolásnak nincs további csomagolórétege, amely blokkolná a fényt, ami elméletileg nagyobb fényérzékenységet ér el. A csupasz forgácsok azonban közvetlenül ki vannak téve a virágzásnak; a nem megfelelő por elleni védelem foltosodáshoz vezethet az érzékelő felületén, ami befolyásolja a képminőséget.
3. Folyamat- és költségszabályozás
- A CSP-csomagolású CMOS-érzékelők rövid folyamatidővel és alacsony berendezésköltséggel, de magas chip-egységárakkal rendelkeznek. Alkalmasak közepes és -csúcskategóriás- zászlóshajókhoz, amelyek rendkívüli teljesítményre és méretre törekednek.
- A PLCC csomagolású érzékelők jól kompatibilisek a folyamatokkal és alacsonyak a karbantartási költségek, de magasabbak az anyagköltségek, mint a COB. Alkalmasak magas megbízhatósági követelményeket támasztó ipari érzékelőkhöz
- A COB-csomagolású érzékelők csomagolási költsége a legalacsonyabb, de nagy beruházást igényelnek a technológiai berendezésekbe, és nehézségekkel kell szembenézniük a hozamszabályozás terén. Alkalmasak közepes és -alacsony-fogyasztói-minőségű érzékelőkhöz vagy sorozatgyártású megfigyelőberendezésekhez.
4. Környezeti alkalmazkodóképesség
- A CSP-csomagolású érzékelők gyenge ütésállósággal rendelkeznek, és hajlamosak meghibásodásra zord környezetben, így jobban megfelelnek normál beltéri hőmérsékleti forgatókönyvekhez.
- A PLCC-csomagolt érzékelők jó mechanikai védelemmel és stabil J- alakú érintkezőkkel rendelkeznek, így alkalmazkodnak a közepesen zord környezetekhez, például autóipari és ipari alkalmazásokhoz.
- A COB-csomagolt érzékelők IP65-ös védettséget érnek el a cserepesedés révén, anélkül, hogy a kezelés során holt sarkok keletkeznének. Erősen ellenállnak a nedvességnek, a hőnek és a sópermetnek, így alkalmasak összetett környezetekhez, például kültéri megfigyeléshez.
V. A CMOS-érzékelő csomagolásának kiválasztására vonatkozó ajánlások
1. Szórakoztató elektronika (okostelefonok, okos hordható eszközök).
- Alapvető igények: Kis méret, nagy pixel, gyors adatátvitel
- Ajánlott: CSP csomagolás
- Ok: illeszkedik a vékony/könnyű kialakításhoz, csökkenti a jelveszteséget a tiszta, nagy{0}}felbontású képek érdekében; Megjegyzés: egyenlegköltség közepes-alacsony-termékeknél.
2. Biztonsági felügyelet, alacsony-költségű intelligens otthoni kamerák
- Alapvető igények: Alacsony költség, stabil, hosszú távú{0}}használat
- Ajánlott: COB csomagolás
- Ok: Csomagolási költségek megtakarítása, jó hőelvezetés; Megjegyzés: tartsa tisztán, hogy elkerülje a képfoltokat
3. Hagyományos ipari érzékelés, karbantartható berendezések
- Alapvető igények: Könnyű javítás, -rezgéscsillapítás
- Ajánlott: PLCC csomagolás (kiegészítő).
- Ok: Könnyen szétszedhető, tartós; Megjegyzés: nem nagy-pixel/kis{1}}méretű érzékelőkhöz.
Összegzés
A CSP, COB és PLCC csomagolási technológiák alkotják a CMOS képérzékelők alkalmazásának három sarokkövét. Mindegyiknek megvannak a maga előnyei és hátrányai, amelyek megfelelnek a különböző piaci igényeknek és a termékpozíciónak. CSP, annakkompaktság és gazdaságosság, népszerűsítette a fényképezőgépeket; A COB magával foglalja el a csúcskategóriás{0}}piacotkiváló teljesítmény és megbízhatóság; míg a PLCC a csomagolástechnika fejlődésének volt tanúja, és továbbra is szerepet játszik bizonyos területeken.
Ahogy a technológia folyamatosan fejlődik, a fejlettebb csomagolási és integrációs technológiák, mint plFlip{0}}ChipésWafer{0}}szint optikais fejlődnek. Azonban ezeknek az alapvető és főbb csomagolási folyamatoknak a megértése -CSP, COB és PLCC-létfontosságú a terméktervezés, a gyártás és a kiválasztás szempontjából, ami kulcsfontosságú a CMOS érzékelőalkalmazások világának megnyitásához.
