Įvadas
Šiuolaikinėje skaitmeninėje eroje CMOS vaizdo jutikliai tapo nepakeičiamais pagrindiniais komponentais tokiose srityse kaip išmanieji telefonai, saugumo stebėjimas, automobilių elektronika ir medicinos prietaisai. Tačiau jutiklio lusto veikimas priklauso ne tik nuo jo konstrukcijos ir gamybos, bet ir labai priklauso nuo pakavimo proceso. Pakuotė apsaugo trapią lustą nuo išorinių aplinkos veiksnių (pvz., dulkių, drėgmės ir mechaninio įtempimo) ir yra atsakinga už elektros jungčių užmezgimą ir šilumos valdymą tarp lusto ir išorinės grandinės. Tai tiesiogiai veikia jutiklio veikimą, dydį, kainą ir patikimumą
Tarp daugelio pakavimo technologijų CSP, COB ir PLCC yra trys pagrindiniai procesai, taikomi CMOS jutiklių srityje. Kiekvienas iš jų turi savo unikalų proceso eigą, technines charakteristikas ir taikymo scenarijus. Šiame straipsnyje bus pateikta nuodugni šių trijų pakavimo metodų-analizė, padedanti skaitytojams visapusiškai suprasti jų skirtumus ir atrankos kriterijus atliekant lyginamąją analizę.
I. Išsamus pakavimo procesų paaiškinimas
1. CSP - lusto mastelio paketas
CSP reiškia Chip Scale Package. Kaip rodo pavadinimas, pagrindinė jo savybė yra ta, kad pakuotės dydis yra beveik identiškas paties lusto šerdies dydžiui. Standartiškai šerdies ploto ir pakuotės ploto santykis paprastai neviršija 1:1,1.
Proceso eiga:
CSP yra pakuotės forma, apdorota plokštelių lygiu. Pagrindinis procesas apima tiesioginį mikrolęšių ir spalvų filtrų (jei reikia) apdorojimą užbaigtoje grandinės plokštelėje, po to suformuojant rutulinio tinklelio masyvą per smūgiavimo procesą ir galiausiai plokštelės supjaustymą į atskirus jutiklių blokus. Gaminant kameros modulius, jutikliai, naudojantys CSP pakuotę, paprastai montuojami tiesiai ant PCB naudojant SMT išdėstymo mašinas.
2. COB - lustas laive
COB reiškia Chip On Board. Tai pakavimo technologija, kai plikas štampas montuojamas tiesiogiai ir elektra prijungiamas prie galutinės plokštės
Proceso eiga:
COB procesas yra sudėtingesnis, visų pirma vykdomas atskirų lustų lygiu ir paprastai reikalauja 1000 ar net 100 klasės švarios patalpos.
- Antgalio tvirtinimas: kubeliais supjaustytas plikas lustas (Die) pritvirtinamas prie nurodytos PCB vietos naudojant šilumai laidžią epoksidinę dervą (pvz., sidabro pasta).
- Kietėjimas: Sidabro pasta sukietėja kaitinant, tvirtai pritvirtinant lustą
- Vielos sujungimas: naudojant aukso arba aliuminio laidus, lusto trinkelės sujungiamos su atitinkamomis plokštės trinkelėmis termokompresiniu sujungimu, ultragarsiniu suvirinimu arba termogarsiniu suvirinimu.
- Testavimas ir sandarinimas: Atliekamas preliminarus elektrinis bandymas. Tada išpilstoma speciali juoda epoksidinė derva arba derva, kuri padengia lustą ir auksinius laidus. Po to seka galutinis kietėjimas ir galutinis bandymas.
3. PLCC - Plastikinis švino drožlių laikiklis
PLCC reiškia Plastic Leaded Chip Carrier. Tai senesnio tipo paviršinio{1}}montavimo paketas, kurio laidai tęsiasi iš visų keturių pakuotės korpuso pusių ir lenkiasi žemyn „J“-laido konfigūracija.
Proceso eiga:
- PLCC pakavimas apima iš anksto{0}}lusto supakavimą, kad būtų sudarytas nepriklausomas standartinės formos komponentas ir kaiščiai.
- Lustas pritvirtintas prie švino rėmo.
- Vidinės elektros jungtys atliekamos sujungus vielą
- Agregatas yra suformuotas ir apgaubtas plastikine medžiaga
- Suformuotas PLCC jutiklis, kaip standartinis komponentas, yra montuojamas ant PCB naudojant litavimą.
II. Lyginamoji pagrindinių charakteristikų lentelė
| Palyginimo matmenys |
CSP pakuotė
|
PLCC pakuotė
|
COB pakuotė
|
| Paketo struktūra | Be laikiklio{0}}tiesioginis drožlių pakavimas | Plastikinės pakuotės korpusas + J-formos kaiščiai + švino rėmas | Plikas lustas, tiesiogiai sumontuotas ant PCB, vielos sujungimas + įdėklas |
| Dydis | Mažiausias (maždaug 1,2 karto didesnis už lusto dydį) | Vidutinis (mažesnis nei DIP, didesnis nei CSP) | Mažas (be atskiro pakuotės korpuso, žemiausias aukštis) |
| Smeigtuko charakteristikos | Nėra atvirų kaiščių, sujungtos per iškilimus | J-formos į vidų išlenktas, 18–84 kaiščiai | Nėra nepriklausomų kaiščių, sujungtos surišimo laidais |
| Pakavimo kaina | Santykinai didelė (sudėtingas procesas, vieneto kaina 3-5 kartus didesnė už SMD) | Vidutinės (subalansuotos medžiagų ir proceso sąnaudos) | Žemiausias (pašalina laikiklius ir nepriklausomus pakavimo procesus) |
| Šilumos išsklaidymo našumas | Geras (plonas pakuotės sluoksnis, didelis šilumos laidumas) | Vidutinis (plastikinės pakuotės korpuse yra šiluminė varža) | Geras (tiesioginis kontaktas tarp lusto ir PCB) |
| Patikimumas | Vidutinis (vidutinis atsparumas smūgiams, jautrus užteršimui) | Santykinai didelis (plastikinė pakuotė + švino rėmo apsauga, geras mechaninis stiprumas) | Vidutinis (apsauga nuo nešvarumų, mažas mirusių pikselių dažnis, bet pažeidžiamas stiprių smūgių) |
| Priežiūra | Santykinai lengvas (gali būti perdirbamas, kad paviršius būtų užterštas) | Santykinai lengva (smeigtukus lengva išardyti, patogu perdirbti) | Itin sudėtinga (negalima atskirai pakeisti plikų drožlių po sodinimo) |
| Taikymas | Miniatiūriniai didelio našumo{0}}įrenginiai | Vidutinio{0}}sudėtingumo grandinės, tradicinė elektroninė įranga | Išlaidoms{0}} jautrūs scenarijai su laisvais dydžio reikalavimais |
III. Išsamūs kiekvieno pakavimo būdo privalumai ir trūkumai
CSP pakuotė
Privalumai:
- Itin{0}}kompaktiškas dydis palaiko galinių įrenginių miniatiūrizavimą, ypač tinka mobiliųjų telefonų mikrokameroms, išmaniesiems laikrodžiams ir kt., sumažinant jutiklio dydį ir sutaupant vietos objektyvo moduliams.
- Puikus elektrinis veikimas: trumpi sujungimo keliai sumažina signalo praradimą ir pagerina duomenų perdavimo greitį
- Geras šilumos išsklaidymo efektyvumas: plonas pakuotės sluoksnis ir jokia laikiklio kliūtis palengvina šilumos išsklaidymą iš jutiklio.
Trūkumai:
- Aukšti proceso tikslumo reikalavimai lemia žymiai didesnes pakavimo išlaidas nei naudojant kitus du būdus
- Prastas šviesos pralaidumas: apsauginis stiklo paviršius gali sukelti dubliavimą dėl prasiskverbusio foninio apšvietimo, o tai turi įtakos CMOS jutiklių vaizdo kokybei.
- Silpnas atsparumas užteršimui: nors jį galima perdirbti, jis vis tiek turi tam tikrus reikalavimus gamybos aplinkai.
PLCC pakuotė
Privalumai:
- Didelis patikimumas: plastikinės pakuotės korpuso ir metalinio švino rėmo derinys užtikrina puikų atsparumą smūgiams ir vibracijai
- Patogus montavimas ir pertvarkymas: J{0}}formos kaiščiai palengvina litavimą ir yra lengvai išardomi.
- Stabilus signalo veikimas: pagrįstas kontaktų žingsnis sumažina kontaktą tarp kontaktų, tinka vidutinio{0}}greičio signalui perduoti.
Trūkumai:
- Dėl didelio pakuotės dydžio jis negali patenkinti mikro CMOS jutiklių miniatiūrizavimo poreikių
- Ribotas kontaktų tankis, todėl sunku prisitaikyti prie sudėtingų jutiklių lustų su dideliu kaiščių skaičiumi
- Vidutinis šilumos išsklaidymo efektyvumas: dėl mažo plastikinių medžiagų šilumos laidumo jis netinkamas didelės galios{0}}davikliams.
COB pakuotė
Privalumai:
- Reikšmingas išlaidų pranašumas: pašalinami skliaustai ir nepriklausomi pakavimo procesai, todėl medžiagos ir proceso sąnaudos yra mažiausios.
- Mažiausias pakuotės aukštis, prisidedantis prie bendro modulio plonumo ir tinkamas įrenginiams, jautriems storiui
- Brandus procesas ir didelė integracija: palaiko kelių{0}}lustų ko-substrato pakuotę, o negyvų pikselių dažnį galima valdyti 5 iš 100 000.
Trūkumai:
- Itin prastas techninis aptarnavimas: po vazono negalima atskirai pakeisti plikų drožlių, todėl sugedus reikia pakeisti visą substratą.
- Griežti reikalavimai gamybos aplinkai: PCB montavimas reikalauja dulkių ir drėgmės prevencijos, nes plikos lustai gali būti užteršti.
- Ilgas proceso laikas ir dideli išeigos svyravimai, todėl reikalinga griežta proceso kontrolė.
IV. Specifiniai CMOS jutiklių skirtumai
1. Dydžio ir formos pritaikomumas
- CSP pakuotė yra pagrindinis pasirinkimas miniatiūrizuoti CMOS jutiklius, ypač nešiojamuose įrenginiuose, pvz., mobiliuosiuose telefonuose ir išmaniuosiuose laikrodžiuose, esančiose mikrokamerose. Tai gali sumažinti jutiklio dydį ir sutaupyti vietos objektyvo moduliams
- Dėl dydžio apribojimų PLCC pakuotė naudojama tik keliuose CMOS jutikliuose, kuriems taikomi laisvi dydžio reikalavimai, pvz., ankstyvosiose stebėjimo kamerose arba pramoniniuose mažos{0} raiškos jutikliuose, ir buvo palaipsniui keičiama.
- Nors COB pakuotės aukštis yra žemiausias, jai reikia rezervuotos vietos klijavimui ir sodinimui. Jis dažniausiai naudojamas jutiklių moduliuose, kurie jautrūs kainai ir kurių dydžio apribojimai yra laisvi, pvz., saugos stebėjimo ir atsarginių{1}}automobilių įrenginiuose.
2. Poveikis vaizdo našumui
- Stiklinis apsauginis CSP pakuotės paviršius sumažina šviesos pralaidumą, o tai gali turėti įtakos CMOS jutiklių jautrumui. Norint kompensuoti dubliavimą, reikalingas optinio dizaino optimizavimas
- Plastikinės pakuotės korpusas ir PLCC pakuotės kaiščių išdėstymas mažai trukdo šviesai, tačiau signalo kelias yra ilgesnis nei CSP, todėl didelės spartos vaizdo jutikliuose gali vėluoti signalas.
- COB pakuotė neturi papildomo pakavimo sluoksnio, kuris blokuotų šviesą, teoriškai pasiekiamas didesnis šviesos jautrumas. Tačiau plikos drožlės yra tiesiogiai veikiamos vazonuose; Netinkama dulkių prevencija gali sukelti dėmių ant jutiklio paviršiaus, o tai gali turėti įtakos vaizdo kokybei.
3. Procesų ir išlaidų kontrolė
- CMOS jutikliai su CSP pakuote turi trumpą apdorojimo laiką ir mažas įrangos sąnaudas, tačiau aukštas lustų vienetų kainas. Jie tinka vidutinės ir -aukštos klasės-pavyzdiniams įrenginiams, kurie siekia ypatingo našumo ir dydžio.
- Jutikliai su PLCC pakuote pasižymi dideliu suderinamumu su procesais ir mažomis priežiūros sąnaudomis, tačiau didesnės medžiagų sąnaudos nei COB. Jie tinka pramoniniams jutikliams, kuriems keliami aukšti patikimumo reikalavimai
- Jutikliai su COB pakuote turi mažiausią pakavimo kainą, tačiau reikalauja didelių investicijų į proceso įrangą ir susiduria su sunkumais kontroliuojant išeigos normą. Jie tinka vidutinės -ir-žemos-pagalbos vartotojų-klasės jutikliams arba masinės{5}}gamybos stebėjimo įrangai.
4. Prisitaikymas prie aplinkos
- CSP{0}}supakuoti jutikliai turi silpną atsparumą smūgiams ir yra linkę sugesti atšiaurioje aplinkoje, todėl jie labiau tinka esant normaliai patalpų temperatūrai.
- PLCC{0}}supakuoti jutikliai turi gerą mechaninę apsaugą ir stabilias J-formos kaiščio jungtis, pritaikytas vidutiniškai atšiaurioms aplinkoms, pvz., automobilių ir pramonės reikmėms.
- COB-supakuoti jutikliai užtikrina IP65 lygio apsaugą, nes jie yra apdorojami be negyvų kampų. Jie pasižymi dideliu atsparumu drėgmei, karščiui ir druskos purslams, tinka sudėtingoms aplinkoms, tokioms kaip lauko stebėjimas.
V. CMOS jutiklių pakuotės pasirinkimo rekomendacijos
1. Buitinė elektronika (išmanieji telefonai, išmanieji nešiojami įrenginiai).
- Pagrindiniai poreikiai: mažas dydis, daug pikselių, greitas duomenų perdavimas
- Rekomenduojame: CSP pakuotė
- Priežastis: tinka plonam/lengvam dizainui, sumažina signalo praradimą, kad būtų aiškūs didelės{0}}raiškos vaizdai; pastaba: balanso mokestis už vidutinės-žemos-galybės produktus.
2. Saugumo stebėjimas, nebrangios išmaniųjų namų kameros-
- Pagrindiniai poreikiai: maža kaina, stabilus ilgalaikis{0}}naudojimas
- Rekomenduojame: COB pakuotė
- Priežastis: taupo pakavimo išlaidas, geras šilumos išsklaidymo; Pastaba: laikykite švarų, kad išvengtumėte vaizdo dėmių
3. Tradicinis pramoninis aptikimas, prižiūrima įranga
- Pagrindiniai poreikiai: lengvas remontas, anti{0}}vibracija
- Rekomenduojame: PLCC pakuotė (papildoma).
- Priežastis: Lengvai išardomas, patvarus; pastaba: neskirta didelio{0}}pikselio/mažo{1}}dydžio jutikliams.
Santrauka
CSP, COB ir PLCC pakavimo technologijos sudaro tris kertinius CMOS vaizdo jutiklių taikymo pagrindus. Kiekvienas iš jų turi savo privalumų ir trūkumų, atitinkantis skirtingus rinkos poreikius ir produkto poziciją. CSP, su juokompaktiškumas ir ekonomiškumas, išpopuliarino fotoaparatus; COB užima aukščiausios klasės{0}}rinkąpuikus našumas ir patikimumas; PLCC stebėjo pakavimo technologijos vystymąsi ir vis dar atlieka tam tikrą vaidmenį konkrečiose srityse.
Technologijoms toliau tobulėjant, pažangesnės pakavimo ir integravimo technologijos, pvzApverskite{0}}lustąirPlokščių{0}}lygio optikataip pat vystosi. Tačiau šių pagrindinių ir pagrindinių pakavimo procesų -CSP, COB ir PLCC- supratimas yra labai svarbus kuriant, gaminant ir atrenkant produktą, nes tai yra raktas į CMOS jutiklių programų pasaulį.
