Ievads
Mūsdienu digitālajā laikmetā CMOS attēla sensori ir kļuvuši par neaizstājamiem galvenajiem komponentiem tādās jomās kā viedtālruņi, drošības uzraudzība, automobiļu elektronika un medicīnas ierīces. Tomēr sensora mikroshēmas veiktspēja ir atkarīga ne tikai no tā dizaina un ražošanas, bet arī no iepakošanas procesa. Iepakojums aizsargā trauslo mikroshēmu no ārējiem vides faktoriem (piemēram, putekļiem, mitruma un mehāniskās slodzes) un ir atbildīgs par elektrisko savienojumu izveidi un siltuma pārvaldību starp mikroshēmu un ārējo ķēdi. Tas tieši ietekmē sensora veiktspēju, izmēru, izmaksas un uzticamību
Starp daudzajām iepakošanas tehnoloģijām CSP, COB un PLCC ir trīs galvenie procesi, ko izmanto CMOS sensoru jomā. Katram no tiem ir sava unikālā procesa plūsma, tehniskie parametri un pielietojuma scenāriji. Šajā rakstā tiks sniegta šo trīs iepakošanas metožu-padziļināta analīze, palīdzot lasītājiem pilnībā izprast to atšķirības un atlases kritērijus, izmantojot salīdzinošo analīzi.
I. Iepakošanas procesu detalizēts skaidrojums
1. CSP - mikroshēmu mēroga pakotne
CSP apzīmē Chip Scale Package. Kā norāda nosaukums, tā galvenā iezīme ir tāda, ka iepakojuma izmērs ir gandrīz identisks pašas mikroshēmas kodola izmēram. Pēc standarta pamata laukuma attiecība pret iepakojuma laukumu parasti nepārsniedz 1:1,1.
Procesa plūsma:
CSP ir iepakojuma forma, kas apstrādāta vafeļu līmenī. Pamatprocess ietver tiešu mikroobjektīvu un krāsu filtru (ja nepieciešams) apstrādi pabeigtajā ķēdes plāksnē, kam seko lodīšu režģa masīva izveidošana, izmantojot triecienu, un visbeidzot vafeles sadalīšanu atsevišķās sensoru vienībās. Kameras moduļu ražošanā sensori, kas izmanto CSP iepakojumu, parasti tiek uzstādīti tieši uz PCB, izmantojot SMT izvietošanas iekārtas.
2. COB - mikroshēma
COB apzīmē Chip On Board. Šī ir iepakošanas tehnoloģija, kurā tukša veidne ir tieši uzstādīta un elektriski savienota ar galīgo shēmas plati
Procesa plūsma:
COB process ir sarežģītāks, galvenokārt tiek veikts atsevišķu mikroshēmu līmenī, un parasti tam ir nepieciešama 1000. klases vai pat 100. klases tīrā telpa.
- Piestiprināšana: kubiņos sagrieztā tukšā mikroshēma (Die) tiek piestiprināta norādītajā vietā uz PCB, izmantojot siltumvadošus epoksīda sveķus (piemēram, sudraba pastu).
- Sacietēšana: Sudraba pastu sacietē karsējot, stingri nostiprinot mikroshēmu
- Stiepļu savienošana: izmantojot zelta vai alumīnija stieples, mikroshēmas paliktņi tiek savienoti ar atbilstošajiem PCB spilventiņiem, izmantojot termokompresijas savienojumu, ultraskaņas metināšanu vai termoskaņas metināšanu.
- Testēšana un blīvēšana: tiek veikta sākotnējā elektriskā pārbaude. Pēc tam tiek izdalīts īpašs melns epoksīds vai sveķi, lai pārklātu mikroshēmu un zelta stieples aizsardzībai. Tam seko galīgā sacietēšana un galīgā pārbaude.
3. PLCC - Plastmasas svina skaidu nesējs
PLCC apzīmē Plastic Leaded Chip Carrier. Tā ir vecāka tipa-virsmas montāžas pakotne, kur vadi stiepjas no visām četrām iepakojuma korpusa malām un noliecas uz leju "J"-vada konfigurācijā.
Procesa plūsma:
- PLCC iepakojums ietver mikroshēmas iepriekšēju-iepakošanu, lai izveidotu neatkarīgu komponentu ar standarta formu un tapām.
- Mikroshēma ir piestiprināta pie svina rāmja.
- Iekšējie elektriskie savienojumi tiek veikti, izmantojot vadu savienošanu
- Montāža ir veidota un iekapsulēta ar plastmasas materiālu.
- Izveidotais PLCC sensors kā standarta sastāvdaļa tiek uzstādīts uz PCB, izmantojot lodēšanu.
II. Pamatraksturakstu salīdzinošā tabula
| Salīdzināšanas dimensija |
CSP iepakojums
|
PLCC iepakojums
|
COB iepakojums
|
| Iepakojuma struktūra | Bez kronšteina{0}}tieša šķembu iesaiņošana | Plastmasas iepakojuma korpuss + J-formas tapas + svina rāmis | Tukša mikroshēma, kas tieši uzstādīta uz PCB, stiepļu savienošana + uzlikšana |
| Izmērs | Mazākais (apmēram 1,2 reizes lielāks par mikroshēmas izmēru) | Vidējs (mazāks par DIP, lielāks par CSP) | Mazs (nav neatkarīga iepakojuma korpusa, zemākais augstums) |
| Piespraudes raksturojums | Nav atklātu tapu, savienots ar izciļņiem | J-forma, iekšēji izliekta, 18-84 tapas | Nav neatkarīgu tapu, kas savienotas ar savienojošiem vadiem |
| Iepakojuma izmaksas | Salīdzinoši augsts (sarežģīts process, vienības cena 3-5 reizes augstāka par SMD) | Vidēja (līdzsvarota materiālu un procesa izmaksas) | Zemākais (novērš kronšteinu un neatkarīgus iepakošanas procesus) |
| Siltuma izkliedes veiktspēja | Labs (plāns iepakojuma slānis, augsta siltumvadītspēja) | Vidēji (plastmasas iepakojuma korpusā ir termiskā pretestība) | Labs (tiešs kontakts starp mikroshēmu un PCB) |
| Uzticamība | Vidēja (vidēja triecienizturība, jutīga pret piesārņojumu) | Salīdzinoši augsts (plastmasas iepakojums + svina rāmja aizsardzība, laba mehāniskā izturība) | Vidējs (aizsardzība pret sārņiem, zems mirušo pikseļu ātrums, bet neaizsargāts pret spēcīgu triecienu) |
| Uzturamība | Salīdzinoši viegli (pārstrādājams, lai novērstu virsmas piesārņojumu) | Salīdzinoši viegli (tapas viegli izjaukt, ērti pārstrādāt) | Īpaši grūti (kailām skaidām pēc stādīšanas nevar atsevišķi nomainīt) |
| Pieteikums | Miniatūras, augstas veiktspējas{0}}ierīces | Vidējas{0}}sarežģītības shēmas, tradicionālās elektroniskās iekārtas | Izmaksu{0}}jutīgi scenāriji ar brīvām izmēra prasībām |
III. Detalizētas katras iepakošanas metodes priekšrocības un trūkumi
CSP iepakojums
Priekšrocības:
- Īpaši{0}}kompaktais izmērs atbalsta gala ierīču miniaturizāciju, īpaši piemērots mobilo tālruņu mikrokamerām, viedpulksteņiem utt., samazinot sensora izmēru un ietaupot vietu objektīva moduļiem.
- Lieliska elektriskā veiktspēja: Īsi starpsavienojumu ceļi samazina signāla zudumu un uzlabo datu pārraides ātrumu
- Laba siltuma izkliedes efektivitāte: plāns iepakojuma slānis un bez kronšteina šķēršļiem veicina siltuma izkliedi no sensora.
Trūkumi:
- Augstas procesa precizitātes prasības rada ievērojami augstākas iepakošanas izmaksas nekā citas divas metodes
- Slikta gaismas caurlaidība: Stikla aizsargvirsma var izraisīt dubļu veidošanos pretgaismas iespiešanās dēļ, kas ietekmē CMOS sensoru attēlveidošanas kvalitāti.
- Vāja pretestība pret piesārņojumu: lai arī to var pārstrādāt, tai joprojām ir noteiktas prasības ražošanas videi.
PLCC iepakojums
Priekšrocības:
- Augsta uzticamība: plastmasas iepakojuma korpusa un metāla svina rāmja kombinācija nodrošina izcilu triecienizturību un vibrācijas izturību.
- Ērta uzstādīšana un apstrāde: J-formas tapas atvieglo lodēšanu un ir viegli izjaucamas.
- Stabila signāla veiktspēja: saprātīgs kontaktu solis samazina šķērsrunu starp kontaktiem, piemērots vidēja -ātruma signāla pārraidei.
Trūkumi:
- Lielais iepakojuma izmērs neļauj apmierināt mikro CMOS sensoru miniaturizācijas vajadzības
- Ierobežots tapu blīvums, kas apgrūtina pielāgošanos sarežģītām sensoru mikroshēmām ar lielu tapu skaitu
- Vidējā siltuma izkliedes veiktspēja: plastmasas materiālu zemā siltumvadītspēja padara to nepiemērotu lielas jaudas{0}}sensoriem.
COB iepakojums
Priekšrocības:
- Ievērojama izmaksu priekšrocība: novērš kronšteinus un neatkarīgus iepakošanas procesus, kā rezultātā tiek nodrošinātas viszemākās materiālu un procesa izmaksas.
- Zemākais iepakojuma augstums, kas veicina moduļa kopējo plānumu un ir piemērots ierīcēm, kas ir jutīgas pret biezumu
- Nobriedis process un augsta integrācija: atbalsta vairāku{0}}mikroshēmu kop{1}}substrātu iesaiņojumu ar mirušo pikseļu ātrumu, ko var kontrolēt 5 uz 100 000.
Trūkumi:
- Ārkārtīgi slikta apkope: tukšas skaidas nevar nomainīt atsevišķi pēc stādīšanas, tāpēc bojājuma gadījumā ir jānomaina viss substrāts.
- Stingras prasības ražošanas videi: PCB montāžai nepieciešama putekļu un mitruma novēršana, jo tukšas skaidas ir jutīgas pret piesārņojumu.
- Ilgs procesa laiks un lielas ražas līmeņa svārstības, kas prasa stingru procesa kontroli.
IV. Īpašas atšķirības CMOS sensoros
1. Izmēru un formas pielāgojamība
- CSP iepakojums ir galvenā izvēle CMOS sensoru miniaturizācijai, īpaši mikrokamerām pārnēsājamās ierīcēs, piemēram, mobilajos tālruņos un viedpulksteņos. Tas var samazināt sensora izmēru un ietaupīt vietu objektīva moduļiem
- Izmēra ierobežojumu dēļ PLCC iepakojums tiek izmantots tikai dažos CMOS sensoros ar brīvu izmēru prasībām, piemēram, agrīnās novērošanas kamerās vai rūpnieciskajos zemas{0} izšķirtspējas sensoros, un tas ir pakāpeniski aizstāts.
- Lai gan COB iepakojumam ir viszemākais augstums, tam ir nepieciešama rezervēta vieta līmēšanai un ievietošanai. To galvenokārt izmanto sensoru moduļos, kas ir jutīgi pret izmaksām un ar nelieliem izmēra ierobežojumiem, piemēram, drošības novērošanā un pēcpārdošanas{1}}automobiļu ierīcēs.
2. Ietekme uz attēlveidošanas veiktspēju
- CSP iepakojuma stikla aizsargvirsma samazina gaismas caurlaidību, kas var ietekmēt CMOS sensoru jutību. Lai kompensētu dubultošanos, ir nepieciešama optiskā dizaina optimizācija
- Plastmasas iepakojuma korpuss un PLCC iepakojuma tapu izkārtojums maz traucē gaismu, taču signāla ceļš ir garāks nekā CSP, kas var izraisīt signāla aizkavēšanos ātrdarbīgos{0}}attēlveidošanas sensoros.
- COB iepakojumam nav papildu iepakojuma slāņa, kas bloķētu gaismu, teorētiski panākot lielāku gaismas jutību. Tomēr tukšas skaidas ir tieši pakļautas potēšanai; nepareiza putekļu novēršana var radīt traipus uz sensora virsmas, kas ietekmē attēla kvalitāti.
3. Procesu un izmaksu kontrole
- CMOS sensoriem ar CSP iepakojumu ir īss procesa laiks un zemas aprīkojuma izmaksas, bet augstas mikroshēmu vienības cenas. Tie ir piemēroti vidējas un -augstas{3}}klases ierīcēm, kurām ir izcila veiktspēja un izmēri.
- Sensoriem ar PLCC iepakojumu ir spēcīga procesu savietojamība un zemas uzturēšanas izmaksas, bet augstākas materiālu izmaksas nekā COB. Tie ir piemēroti rūpnieciskiem sensoriem ar augstām uzticamības prasībām
- Sensoriem ar COB iepakojumu ir viszemākās iepakošanas izmaksas, taču tiem ir nepieciešami lieli ieguldījumi procesa iekārtās, un tie saskaras ar grūtībām ražas līmeņa kontrolē. Tie ir piemēroti vidējas un -zemas klases patērētāju-sensoriem vai masveidā ražotām{5}}novērošanas iekārtām.
4. Vides pielāgošanās spēja
- CSP-iepakotajiem sensoriem ir vāja triecienizturība, un tie ir pakļauti atteicei skarbos apstākļos, tāpēc tie ir piemērotāki iekštelpu normālas temperatūras scenārijiem.
- PLCC-iepakotajiem sensoriem ir laba mehāniskā aizsardzība un stabili J-veida tapu savienojumi, kas pielāgojas vidēji skarbām vidēm, piemēram, automobiļu un rūpnieciskiem lietojumiem.
- COB-iepakotie sensori nodrošina IP65 līmeņa aizsardzību, izmantojot potēšanu, bez apstrādājamiem stūriem. Tiem ir spēcīga izturība pret mitrumu, karstumu un sāls izsmidzināšanu, kas ir piemēroti sarežģītām vidēm, piemēram, āra novērošanai.
V. CMOS sensora iepakojuma izvēles ieteikumi
1. Sadzīves elektronika (viedtālruņi, viedās valkājamas ierīces).
- Galvenās vajadzības: mazs izmērs, augsts pikseļu skaits, ātra datu pārraide
- Ieteikt: CSP iepakojums
- Iemesls: atbilst plānam/vieglajam dizainam, samazina signāla zudumu, lai iegūtu skaidrus augstas{0}}izšķirtspējas attēlus; piezīme: bilances maksa vidēji-zemiem-produktiem.
2. Drošības novērošana, zemu-cenas viedās mājas kameras
- Galvenās vajadzības: zemas izmaksas, stabila ilgstoša{0}}lietošana
- Ieteikt: COB iepakojums
- Iemesls: ietaupa iepakojuma izmaksas, laba siltuma izkliede; piezīme: saglabājiet tīrību, lai izvairītos no attēla traipiem
3. Tradicionālā rūpnieciskā noteikšana, apkopes aprīkojums
- Galvenās vajadzības: vienkāršs remonts, pret{0}}vibrācijas
- Ieteikt: PLCC iepakojums (papildu).
- Iemesls: Viegli izjaucams, izturīgs; piezīme: nav paredzēts liela{0}}pikseļu/maza{1}}izmēra sensoriem.
Kopsavilkums
CSP, COB un PLCC iepakošanas tehnoloģijas veido trīs stūrakmeņus CMOS attēla sensoru pielietošanai. Katram no tiem ir savas priekšrocības un trūkumi, kas atbilst dažādām tirgus prasībām un produktu pozicionēšanai. CSP, ar savukompaktums un ekonomiskums, ir popularizējis kameras; COB ieņem augstākās klases{0}}tirgu ar savuizcila veiktspēja un uzticamība; savukārt PLCC ir pieredzējis iepakojuma tehnoloģiju attīstību un joprojām spēlē lomu noteiktās jomās.
Tehnoloģijai turpinot attīstīties, tiek izmantotas progresīvākas iepakošanas un integrācijas tehnoloģijas, piemēramApgriezt{0}}čipuunVafeļu{0}}līmeņa optikaarī attīstās. Tomēr šo fundamentālo un galveno iepakošanas procesu -CSP, COB un PLCC-izpratne ir ļoti svarīga produktu projektēšanā, ražošanā un atlasē, kas kalpo kā atslēga CMOS sensoru lietojumprogrammu pasaules atvēršanai.
