Επεξήγηση τριών σημαντικών διαδικασιών συσκευασίας για αισθητήρες CMOS: CSP, COB και PLCC

Το CSP σημαίνει Chip Scale Package. Όπως υποδηλώνει το όνομα, το βασικό χαρακτηριστικό του είναι ότι το μέγεθος της συσκευασίας είναι σχεδόν πανομοιότυπο με το μέγεθος του πυρήνα του ίδιου του τσιπ. Κατά κανόνα, η αναλογία της επιφάνειας του πυρήνα προς την περιοχή συσκευασίας δεν υπερβαίνει συνήθως το 1:1,1.​

Ροή διαδικασίας:

Το CSP είναι μια φόρμα συσκευασίας που επεξεργάζεται σε επίπεδο γκοφρέτας. Η βασική διαδικασία περιλαμβάνει την άμεση επεξεργασία των μικροφακών και των χρωματικών φίλτρων (εάν χρειάζεται) στο ολοκληρωμένο κύκλωμα πλακέτας, που ακολουθείται από το σχηματισμό μιας συστοιχίας πλέγματος σφαιρών μέσω μιας διαδικασίας πρόσκρουσης και, τέλος, το κόψιμο της γκοφρέτας σε μεμονωμένες μονάδες αισθητήρων. Στην κατασκευή μονάδων κάμερας, οι αισθητήρες που χρησιμοποιούν συσκευασία CSP συνήθως τοποθετούνται απευθείας στο PCB χρησιμοποιώντας μηχανές τοποθέτησης SMT.

Το COB σημαίνει Chip On Board. Αυτή είναι μια τεχνολογία συσκευασίας όπου η γυμνή μήτρα τοποθετείται απευθείας και συνδέεται ηλεκτρικά με την τελική πλακέτα κυκλώματος.​

Ροή διαδικασίας:

Η διαδικασία COB είναι πιο περίπλοκη, διεξάγεται κυρίως σε επίπεδο μεμονωμένων τσιπ και συνήθως απαιτεί καθαρό δωμάτιο κλάσης 1000 ή ακόμα και κλάσης 100.

1. Προσάρτηση μήτρας: Το γυμνό τσιπ σε κύβους (Die) συνδέεται στην καθορισμένη θέση στο PCB χρησιμοποιώντας θερμικά αγώγιμη εποξειδική ρητίνη (π.χ. πάστα αργύρου).​
2. Ωρίμανση: Η πάστα αργύρου ωριμάζει με θέρμανση, στερεώνοντας σταθερά το τσιπ.​
3. Συγκόλληση καλωδίων: Χρησιμοποιώντας σύρματα χρυσού ή αλουμινίου, τα μαξιλαράκια στο τσιπ συνδέονται με τα αντίστοιχα μαξιλαράκια στο PCB μέσω θερμοσυμπίεσης, συγκόλλησης με υπερήχους ή θερμοηχητικής συγκόλλησης.​
4. Δοκιμή και σφράγιση: Πραγματοποιείται προκαταρκτική ηλεκτρική δοκιμή. Στη συνέχεια διανέμεται ένα ειδικό μαύρο εποξειδικό ή ρητίνη για να καλύψει το τσιπ και τα χρυσά σύρματα για προστασία. Ακολουθεί η τελική σκλήρυνση και η τελική δοκιμή.

Το PLCC σημαίνει Plastic Leaded Chip Carrier. Είναι ένας παλαιότερος τύπος συσκευασίας επιφανειακής στήριξης- όπου οι απαγωγές εκτείνονται και από τις τέσσερις πλευρές του σώματος της συσκευασίας και κάμπτονται προς τα κάτω σε διαμόρφωση απαγωγών "J"-.​

Ροή διαδικασίας:

1. Η συσκευασία PLCC περιλαμβάνει προ{0}}συσκευασία του τσιπ για να σχηματίσει ένα ανεξάρτητο στοιχείο με τυπικό σχήμα και καρφίτσες.​
2. Το τσιπ είναι προσαρτημένο σε ένα πλαίσιο μολύβδου.​
3. Οι εσωτερικές ηλεκτρικές συνδέσεις γίνονται μέσω σύρματος
4. Το συγκρότημα είναι καλουπωμένο και ενθυλακωμένο με πλαστικό υλικό.​
5. Ο σχηματισμένος αισθητήρας PLCC, ως τυπικό εξάρτημα, τοποθετείται στο PCB χρησιμοποιώντας συγκόλληση με επαναροή.

Πλεονεκτήματα:

• Το εξαιρετικά{0}}συμπαγές μέγεθος υποστηρίζει τη σμίκρυνση τερματικών συσκευών, ιδιαίτερα κατάλληλες για μικροκάμερες σε κινητά τηλέφωνα, έξυπνα ρολόγια κ.λπ., ελαχιστοποιώντας το μέγεθος του αισθητήρα και εξοικονομώντας χώρο για τις μονάδες φακού.​
• Εξαιρετική ηλεκτρική απόδοση: Σύντομες διαδρομές διασύνδεσης μειώνουν την απώλεια σήματος και βελτιώνουν την ταχύτητα μετάδοσης δεδομένων.​
• Καλή απόδοση απαγωγής θερμότητας: Το λεπτό στρώμα συσκευασίας και κανένα εμπόδιο του βραχίονα διευκολύνουν την απαγωγή θερμότητας από τον αισθητήρα.​

Μειονεκτήματα:

• Οι υψηλές απαιτήσεις ακρίβειας διεργασίας έχουν ως αποτέλεσμα σημαντικά υψηλότερο κόστος συσκευασίας από τις άλλες δύο μεθόδους.​
• Κακή μετάδοση φωτός: Η γυάλινη προστατευτική επιφάνεια μπορεί να προκαλέσει φαντάσματα λόγω της διείσδυσης του οπίσθιου φωτισμού, επηρεάζοντας την ποιότητα απεικόνισης των αισθητήρων CMOS.​
• Ασθενής αντοχή στη μόλυνση: Αν και μπορεί να επεξεργαστεί ξανά, εξακολουθεί να έχει ορισμένες απαιτήσεις για το περιβάλλον παραγωγής.

Πλεονεκτήματα:

• Υψηλή αξιοπιστία: Ο συνδυασμός πλαστικού σώματος συσκευασίας και μεταλλικού πλαισίου μολύβδου παρέχει εξαιρετική αντοχή σε κρούσεις και κραδασμούς.​
• Βολική εγκατάσταση και επανεπεξεργασία: Οι ακίδες σχήματος J{0}}διευκολύνουν τη συγκόλληση με επαναροή και αποσυναρμολογούνται εύκολα.​
• Σταθερή απόδοση σήματος: Το λογικό βήμα της ακίδας μειώνει τις παρεμβολές μεταξύ των ακροδεκτών, κατάλληλο για μετάδοση σήματος μεσαίας-ταχύτητας.​

Μειονεκτήματα:

• Το μεγάλο μέγεθος συσκευασίας το καθιστά ανίκανο να καλύψει τις ανάγκες σμίκρυνσης των αισθητήρων micro CMOS.​
• Περιορισμένη πυκνότητα ακίδων, καθιστώντας δύσκολη την προσαρμογή σε πολύπλοκα τσιπ αισθητήρων με μεγάλο αριθμό ακίδων.​
• Μέση απόδοση απαγωγής θερμότητας: Η χαμηλή θερμική αγωγιμότητα των πλαστικών υλικών το καθιστά ακατάλληλο για αισθητήρες υψηλής- ισχύος.

Πλεονεκτήματα:

• Σημαντικό πλεονέκτημα κόστους: Εξαλείφει τα στηρίγματα και τις ανεξάρτητες διαδικασίες συσκευασίας, με αποτέλεσμα το χαμηλότερο κόστος υλικού και διαδικασίας.​
• Το χαμηλότερο ύψος συσκευασίας, συμβάλλοντας στη συνολική λεπτότητα της μονάδας και κατάλληλο για συσκευές ευαίσθητες στο πάχος.​
• Ώριμη διαδικασία και υψηλή ενσωμάτωση: Υποστηρίζει συσκευασία πολλαπλών-τσιπ-υποστρώματος, με ρυθμό νεκρού pixel που μπορεί να ελεγχθεί εντός 5 ανά 100.000.​

Μειονεκτήματα:

• Εξαιρετικά κακή συντηρησιμότητα: Τα γυμνά τσιπ δεν μπορούν να αντικατασταθούν μεμονωμένα μετά τη γλάστρα, απαιτώντας την αντικατάσταση ολόκληρου του υποστρώματος σε περίπτωση βλάβης.​
• Αυστηρές απαιτήσεις για το περιβάλλον παραγωγής: Η τοποθέτηση PCB απαιτεί πρόληψη σκόνης και υγρασίας, καθώς τα γυμνά τσιπ είναι επιρρεπή σε μόλυνση.​
• Μεγάλος χρόνος διαδικασίας και μεγάλες διακυμάνσεις στο ποσοστό απόδοσης, που απαιτούν αυστηρό έλεγχο της διαδικασίας.

• Η συσκευασία CSP είναι η βασική επιλογή για τη σμίκρυνση αισθητήρων CMOS, ειδικά για μικροκάμερες σε φορητές συσκευές όπως κινητά τηλέφωνα και έξυπνα ρολόγια. Μπορεί να ελαχιστοποιήσει το μέγεθος του αισθητήρα και να εξοικονομήσει χώρο για τις μονάδες φακού.​
• Λόγω περιορισμών μεγέθους, η συσκευασία PLCC χρησιμοποιείται μόνο σε λίγους αισθητήρες CMOS με απαιτήσεις χαμηλού μεγέθους, όπως κάμερες έγκαιρης παρακολούθησης ή βιομηχανικούς αισθητήρες χαμηλής-ανάλυσης, και έχει αντικατασταθεί σταδιακά.​
• Αν και η συσκευασία COB έχει το χαμηλότερο ύψος, απαιτεί δεσμευμένο χώρο για συγκόλληση και γλάστρα. Χρησιμοποιείται ως επί το πλείστον σε μονάδες αισθητήρων ευαίσθητες στο κόστος και με χαλαρούς περιορισμούς μεγέθους, όπως η επιτήρηση ασφαλείας και οι συσκευές αυτοκινήτου μετά την αγορά.

• Η γυάλινη προστατευτική επιφάνεια της συσκευασίας CSP μειώνει τη μετάδοση του φωτός, η οποία μπορεί να επηρεάσει την ευαισθησία των αισθητήρων CMOS. Απαιτείται βελτιστοποίηση οπτικού σχεδιασμού για να αντισταθμιστεί το είδωλο.​
• Το σώμα της πλαστικής συσκευασίας και η διάταξη της ακίδας της συσκευασίας PLCC έχουν μικρή παρεμβολή στο φως, αλλά η διαδρομή του σήματος είναι μεγαλύτερη από αυτή του CSP, γεγονός που μπορεί να προκαλέσει καθυστέρηση σήματος σε αισθητήρες απεικόνισης υψηλής ταχύτητας-.​
• Η συσκευασία COB δεν έχει πρόσθετο στρώμα συσκευασίας για να μπλοκάρει το φως, επιτυγχάνοντας θεωρητικά υψηλότερη ευαισθησία στο φως. Ωστόσο, τα γυμνά τσιπς εκτίθενται άμεσα σε γλάστρες. Η ακατάλληλη πρόληψη της σκόνης μπορεί να οδηγήσει σε λεκέδες στην επιφάνεια του αισθητήρα, επηρεάζοντας την ποιότητα της απεικόνισης.

• Οι αισθητήρες CMOS με συσκευασία CSP έχουν μικρό χρόνο διεργασίας και χαμηλό κόστος εξοπλισμού αλλά υψηλές τιμές μονάδας τσιπ. Είναι κατάλληλα για κορυφαίες συσκευές μεσαίας-και{-υψηλής-τελικής που επιδιώκουν εξαιρετική απόδοση και μέγεθος.​
• Οι αισθητήρες με συσκευασία PLCC έχουν ισχυρή συμβατότητα διεργασιών και χαμηλό κόστος συντήρησης αλλά υψηλότερο κόστος υλικού από το COB. Είναι κατάλληλα για βιομηχανικούς αισθητήρες με υψηλές απαιτήσεις αξιοπιστίας.​
• Οι αισθητήρες με συσκευασία COB έχουν το χαμηλότερο κόστος συσκευασίας, αλλά απαιτούν μεγάλες επενδύσεις σε εξοπλισμό διεργασίας και αντιμετωπίζουν δυσκολίες στον έλεγχο του ποσοστού απόδοσης. Είναι κατάλληλα για αισθητήρες μεσαίου έως-χαμηλού{3}}τελικού καταναλωτή-κατηγορίας ή εξοπλισμού παρακολούθησης μαζικής παραγωγής.

• Οι αισθητήρες που είναι συσκευασμένοι{0}}CSP έχουν ασθενή αντοχή στην κρούση και είναι επιρρεπείς σε αστοχίες σε σκληρά περιβάλλοντα, καθιστώντας τους πιο κατάλληλους για σενάρια κανονικής θερμοκρασίας εσωτερικού χώρου.​
• Οι αισθητήρες με PLCC{0}}διαθέτουν καλή μηχανική προστασία και σταθερές συνδέσεις καρφίτσας σε σχήμα J-, που προσαρμόζονται σε μέτρια σκληρά περιβάλλοντα, όπως εφαρμογές αυτοκινήτων και βιομηχανιών.​
• Οι αισθητήρες COB{0}}συσκευασμένοι επιτυγχάνουν προστασία επιπέδου IP65 μέσω του potting, χωρίς νεκρές γωνίες στην επεξεργασία. Έχουν ισχυρή αντοχή στην υγρασία, τη θερμότητα και τον ψεκασμό αλατιού, κατάλληλα για πολύπλοκα περιβάλλοντα όπως η εξωτερική επιτήρηση.