Sissejuhatus
Tänasel digiajastul on CMOS-pildiandurid muutunud asendamatuteks põhikomponentideks sellistes valdkondades nagu nutitelefonid, turvavalve, autoelektroonika ja meditsiiniseadmed. Andurikiibi jõudlus ei sõltu aga mitte ainult selle disainist ja valmistamisest, vaid kriitiliselt ka pakkimisprotsessist. Pakend kaitseb habrast kiipi väliste keskkonnategurite (nt tolm, niiskus ja mehaaniline pinge) eest ning vastutab elektriliste ühenduste loomise ja soojusjuhtimise eest kiibi ja välise vooluahela vahel. See mõjutab otseselt anduri jõudlust, suurust, maksumust ja töökindlust
Paljude pakendamistehnoloogiate hulgas on CSP, COB ja PLCC kolm peamist protsessi, mida CMOS-anduri valdkonnas rakendatakse. Igal neist on ainulaadne protsessi voog, tehnilised omadused ja rakenduse stsenaariumid. See artikkel sisaldab nende kolme pakkimismeetodi süvaanalüüsi-, aidates lugejatel võrdleva analüüsi abil täielikult mõista nende erinevusi ja valikukriteeriume.
I. Pakendamisprotsesside üksikasjalik selgitus
1. CSP - kiibi skaala pakett
CSP tähistab Chip Scale Package. Nagu nimigi viitab, on selle põhiomadus see, et pakendi suurus on peaaegu identne kiibi enda tuuma suurusega. Tavapäraselt ei ületa südamiku ja pakendi pindala suhe tavaliselt 1:1,1.
Protsessi voog:
CSP on vahvlitasandil töödeldud pakendivorm. Põhiprotsess hõlmab mikroläätsede ja värvifiltrite (vajaduse korral) otsest töötlemist lõpetatud vooluringi vahvlil, millele järgneb pallivõre massiivi moodustamine põrutusprotsessi kaudu ja lõpuks vahvli kuubikuteks lõikamine üksikuteks anduriüksusteks. Kaameramoodulite valmistamisel paigaldatakse CSP-pakendit kasutavad andurid tavaliselt otse PCB-le, kasutades SMT paigutusmasinaid.
2. COB - kiip pardal
COB tähistab Chip On Board. See on pakkimistehnoloogia, kus paljas stants on otse paigaldatud ja elektriliselt ühendatud lõpliku trükkplaadiga
Protsessi voog:
COB-protsess on keerulisem, peamiselt viiakse läbi üksikute kiipide tasemel ja tavaliselt on vaja klassi 1000 või isegi klassi 100 puhast ruumi.
- Stantsi kinnitamine: kuubikuteks lõigatud paljas kiip (Die) kinnitatakse trükkplaadil selleks ettenähtud kohta, kasutades soojust juhtivat epoksüvaiku (nt hõbepasta).
- Kõvenemine: Hõbedapasta kõveneb kuumutamisel, kinnitades kiibi kindlalt.
- Traadi liimimine: Kuld- või alumiiniumtraatide abil ühendatakse kiibil olevad padjad trükkplaadi vastavate padjadega termokompressioonliimimise, ultrahelikeevituse või termosooniga keevitamise teel.
- Testimine ja pitseerimine: Tehakse eelnev elektriline testimine. Seejärel väljastatakse spetsiaalset musta epoksiidi või vaiku, mis katab kiibi ja kaitseks kuldtraadid. Sellele järgneb lõplik kõvenemine ja lõplik testimine.
3. PLCC - pliiplastist kiibikandur
PLCC tähistab Plastic Leaded Chip Carrier. See on vanemat tüüpi pind-kinnituspakett, mille juhtmed ulatuvad pakendi korpuse kõigist neljast küljest ja painduvad allapoole J--juhtme konfiguratsioonis.
Protsessi voog:
- PLCC pakkimine hõlmab kiibi eelpakkimist-, et moodustada standardkuju ja tihvtidega sõltumatu komponent.
- Kiip on kinnitatud juhtraami külge.
- Sisemised elektriühendused tehakse traadiga ühendamise teel
- Koost on vormitud ja kapseldatud plastmaterjaliga.
- Moodustatud PLCC-andur kui standardkomponent, paigaldatakse trükkplaadile, kasutades reflow-jootmist.
II. Põhiomaduste võrdlev tabel
| Võrdlusmõõde |
CSP pakend
|
PLCC pakend
|
COB pakend
|
| Pakendi struktuur | Klambriteta-otse kiibi pakend | Plastpakendi korpus + J-kujulised tihvtid + juhtraam | Paljas kiip, mis on otse trükkplaadile paigaldatud, traadiga liimimine + paigaldamine |
| Suurus | Väikseim (umbes 1,2 korda suurem kiibi suurus) | Keskmine (väiksem kui DIP, suurem kui CSP) | Väike (pole iseseisva pakendi korpus, madalaim kõrgus) |
| Pin omadused | Puuduvad paljastatud tihvtid, ühendatud konaruste kaudu | J-kujuline sissepoole kumer, 18–84 tihvti | Sõltumatuid tihvte pole, ühendatud ühendusjuhtmete kaudu |
| Pakkimiskulu | Suhteliselt kõrge (keeruline protsess, ühiku hind 3-5 korda kõrgem kui SMD) | Keskmine (tasakaalustatud materjali- ja protsessikulud) | Madalaim (välistab sulg- ja sõltumatud pakkimisprotsessid) |
| Soojuse hajumise jõudlus | Hea (õhuke pakkekiht, kõrge soojusjuhtivus) | Keskmine (plastpakendi korpuses on soojustakistus) | Hea (otsene kontakt kiibi ja PCB vahel) |
| Töökindlus | Keskmine (keskmine löögikindlus, vastuvõtlik saastumisele) | Suhteliselt kõrge (plastpakend + pliiraami kaitse, hea mehaaniline tugevus) | Keskmine (kaitse, madal surnud pikslite määr, kuid tundlik tugeva löögi suhtes) |
| Hooldatavus | Suhteliselt lihtne (pindade saastumise jaoks ümbertöödeldav) | Suhteliselt lihtne (tihvte lihtne lahti võtta, mugav ümbertöötamiseks) | Äärmiselt raske (paljast laastud ei saa pärast istutamist ükshaaval välja vahetada) |
| Rakendus | Miniatuursed suure jõudlusega{0}}seadmed | Keskmise-keerukusega vooluringid, traditsioonilised elektroonikaseadmed | Kulutundlikud-stsenaariumid, mille suuruse nõuded on lahtised |
III. Iga pakkimismeetodi üksikasjalikud eelised ja puudused
CSP pakend
Eelised:
- Ultra-kompaktne suurus toetab lõppseadmete miniatuursust, mis sobib eriti hästi mobiiltelefonide mikrokaamerate, nutikellade jms jaoks, minimeerides anduri suurust ja säästes ruumi objektiivimoodulite jaoks.
- Suurepärane elektriline jõudlus: lühikesed ühendusteed vähendavad signaali kadu ja parandavad andmeedastuskiirust
- Hea soojuse hajumise efektiivsus: õhuke pakkekiht ja kronsteini takistuste puudumine hõlbustavad soojuse hajumist andurist.
Puudused:
- Protsessi kõrge täpsuse nõuded toovad kaasa oluliselt suuremad pakendamiskulud kui ülejäänud kaks meetodit
- Halb valguse läbilaskvus: klaasist kaitsepind võib taustavalguse läbitungimise tõttu põhjustada kummitusi, mis mõjutab CMOS-andurite pildikvaliteeti.
- Nõrk saastekindlus: kuigi ümbertöödeldav, on sellel tootmiskeskkonnale siiski teatud nõuded.
PLCC pakend
Eelised:
- Kõrge töökindlus: plastpakendi korpuse ja metallist juhtraami kombinatsioon tagab suurepärase löögi- ja vibratsioonikindluse
- Mugav paigaldamine ja ümbertegemine: J{0}}-kujulised tihvtid hõlbustavad jootmist ja neid on lihtne lahti võtta.
- Stabiilne signaali jõudlus: mõistlik kontaktide samm vähendab kontaktide vahelist ülekõnet, sobib keskmise{0}}kiirusega signaaliedastuseks.
Puudused:
- Pakendi suur suurus ei võimalda täita mikro-CMOS-andurite miniatuursuse vajadusi
- Piiratud kontaktide tihedus, mistõttu on keeruline kohaneda suure hulga kontaktidega keerukate andurikiipidega
- Keskmine soojuse hajumise jõudlus: plastmaterjalide madal soojusjuhtivus muudab selle suure võimsusega{0}}andurite jaoks sobimatuks.
COB pakend
Eelised:
- Märkimisväärne kulueelis: välistab sulgud ja sõltumatud pakkimisprotsessid, mille tulemuseks on madalaimad materjali- ja protsessikulud.
- Madalaim pakendamiskõrgus, mis aitab kaasa mooduli üldisele peenusele ja sobib paksuse suhtes tundlikele seadmetele
- Küps protsess ja kõrge integreeritus: toetab mitme{0}}kiibi{1}}substraadi pakkimist, mille surnud pikslite määr on reguleeritav vahemikus 5/100 000.
Puudused:
- Äärmiselt halb hooldatavus: paljaid laastu ei saa pärast istutamist ükshaaval välja vahetada, mistõttu tuleb rikke korral välja vahetada kogu substraat.
- Ranged nõuded tootmiskeskkonnale: PCB paigaldamine nõuab tolmu ja niiskuse vältimist, kuna paljad laastud on vastuvõtlikud saastumisele.
- Pikk protsessiaeg ja suured saagikuse kõikumised, mis nõuavad ranget protsessikontrolli.
IV. CMOS-andurite spetsiifilised erinevused
1. Suuruse ja vormi kohandatavus
- CSP pakend on peamine valik CMOS-andurite miniaturiseerimiseks, eriti kaasaskantavate seadmete, näiteks mobiiltelefonide ja nutikellade mikrokaamerate jaoks. See võib minimeerida anduri suurust ja säästa ruumi objektiivimoodulite jaoks
- Suurusepiirangute tõttu kasutatakse PLCC-pakendeid ainult mõnes CMOS-anduris, mille suuruse nõuded on lahtised, näiteks varased seirekaamerad või tööstuslikud madala eraldusvõimega andurid{0}, ning seda on järk-järgult asendatud.
- Kuigi COB-pakend on madalaima kõrgusega, vajab see reserveeritud ruumi liimimiseks ja potitamiseks. Seda kasutatakse enamasti andurimoodulites, mis on tundlikud hinna suhtes ja mille suurusepiirangud on lahtised, nt turvavalve- ja järelturu{1}}autoseadmetes.
2. Mõju pildistamise jõudlusele
- CSP-pakendi klaasist kaitsepind vähendab valguse läbilaskvust, mis võib mõjutada CMOS-andurite tundlikkust. Varikujutuse kompenseerimiseks on vaja optilise disaini optimeerimist
- Plastpakendi korpus ja PLCC-pakendi tihvtide paigutus häirivad valgust vähe, kuid signaali tee on pikem kui CSP-l, mis võib põhjustada signaali viivitust kiiretes{0}}pildiandurites.
- COB-pakendil puudub täiendav pakkekiht valguse blokeerimiseks, saavutades teoreetiliselt suurema valgustundlikkuse. Paljad laastud puutuvad aga pottimisega vahetult kokku; ebaõige tolmu vältimine võib anduri pinnale põhjustada plekke, mis võivad mõjutada pildikvaliteeti.
3. Protsessi ja kulude juhtimine
- CSP-pakendiga CMOS-anduritel on lühike protsessiaeg ja madalad seadmekulud, kuid kõrged kiibiühikuhinnad. Need sobivad keskmise ja -kõrge tasemega-lippseadmetele, millel on äärmuslik jõudlus ja suurus.
- PLCC pakendiga anduritel on tugev protsesside ühilduvus ja madalad hoolduskulud, kuid kõrgemad materjalikulud kui COB-l. Need sobivad kõrgete töökindlusnõuetega tööstuslikele anduritele
- COB-pakendiga anduritel on madalaimad pakendamiskulud, kuid need nõuavad suuri investeeringuid protsessiseadmetesse ja neil on raskusi saagise määra kontrollimisel. Need sobivad keskmise ja -madala hinnaga tarbija-klassi anduritele või masstoodetud-seireseadmetele.
4. Kohanemisvõime keskkonnaga
- CSP-pakendatud anduritel on nõrk löögikindlus ja need võivad karmides keskkondades rikki minna, mistõttu sobivad need paremini normaalse sisetemperatuuri jaoks.
- PLCC{0}}pakendatud anduritel on hea mehaaniline kaitse ja stabiilsed J--kujulised tihvtühendused, mis kohanduvad mõõdukalt karmide keskkondadega, nagu auto- ja tööstusrakendused.
- COB-pakendatud andurid saavutavad IP65-taseme kaitse tänu pottimisele ilma surnud nurkadeta töötlemisel. Neil on tugev niiskus-, kuumus- ja soolapihustuskindlus, mis sobib keerukates keskkondades, näiteks välisvalve jaoks.
V. CMOS-anduri pakendi valiku soovitused
1. Tarbeelektroonika (nutitelefonid, nutikad kantavad seadmed).
- Põhivajadused: väike suurus, kõrge pikslite arv, kiire andmeedastus
- Soovitatav: CSP pakend
- Põhjus: sobib õhukese/kerge disainiga, vähendab signaalikadu selgete kõrge eraldusvõimega{0}}piltide jaoks; märkus: tasakaalukulu keskmise-madala hinnaga-toodete puhul.
2. Turvavalve, odavad-targad kodukaamerad
- Põhivajadused: madal hind, stabiilne pikaajaline{0}}kasutus
- Soovitatav: COB pakend
- Põhjus: säästab pakendamiskulusid, hea soojuse hajumine; Märkus: hoidke pildiplekkide vältimiseks puhas.
3. Traditsiooniline tööstuslik tuvastamine, hooldatavad seadmed
- Põhivajadused: lihtne remont,{0}}vibratsioonivastane
- Soovitatav: PLCC pakend (täiendav).
- Põhjus: lihtne lahti võtta, vastupidav; märkus: mitte suure-piksli/väikese-suurusega andurite jaoks.
Kokkuvõte
CSP, COB ja PLCC pakkimistehnoloogiad moodustavad CMOS-pildiandurite rakendamise kolm nurgakivi. Igal neist on oma eelised ja puudused, mis vastavad erinevatele turunõuetele ja toote positsioneerimisele. CSP koos omagakompaktsus ja ökonoomsus, on populariseerinud kaameraid; COB hõivab omaga kõrge{0}}turusuurepärane jõudlus ja töökindlus; samas kui PLCC on olnud tunnistajaks pakenditehnoloogia arengule ja mängib teatud valdkondades endiselt rolli.
Tehnoloogia arenedes on täiustatud pakendamis- ja integreerimistehnoloogiad naguPöörake{0}}kiipjaWafer{0}}taseme optikaarenevad samuti. Nende põhiliste ja tavapäraste pakendamisprotsesside -CSP, COB ja PLCC-mõistmine on aga toote kujundamisel, tootmisel ja valikul ülioluline, olles võtmeks CMOS-andurite rakenduste maailma avamisel.
