Wyjaśnienie trzech głównych procesów pakowania czujników CMOS: CSP, COB i PLCC

CSP oznacza pakiet skali chipowej. Jak sama nazwa wskazuje, jego kluczową cechą jest to, że rozmiar opakowania jest prawie identyczny z rozmiarem rdzenia samego chipa. Standardowo stosunek powierzchni rdzenia do powierzchni opakowania zwykle nie przekracza 1:1,1.​

Przebieg procesu:​

CSP to forma opakowania przetwarzana na poziomie płytki. Podstawowy proces obejmuje bezpośrednią obróbkę mikrosoczewek i filtrów kolorowych (w razie potrzeby) na gotowej płytce obwodu, następnie uformowanie siatki kulek w procesie zderzenia i na koniec pocięcie płytki na pojedyncze jednostki czujników. W produkcji modułów kamer czujniki wykorzystujące opakowania CSP są zwykle montowane bezpośrednio na płytce drukowanej za pomocą maszyn umieszczających SMT.

COB oznacza Chip On Board. Jest to technologia pakowania, w której goła matryca jest montowana bezpośrednio i elektrycznie połączona z końcową płytką drukowaną

Przebieg procesu:​

Proces COB jest bardziej złożony, przeprowadzany głównie na poziomie pojedynczego chipa i zwykle wymaga pomieszczenia czystego klasy 1000 lub nawet 100.

1. Mocowanie matrycy: pokrojony w kostkę, goły chip (kostka) jest mocowany w wyznaczonym miejscu na płytce drukowanej za pomocą przewodzącej ciepło żywicy epoksydowej (np. pasty srebrnej).​
2. Utwardzanie: Pasta srebrna jest utwardzana poprzez ogrzewanie, mocno zabezpieczając chip
3. Łączenie przewodów: Za pomocą złotych lub aluminiowych drutów podkładki na chipie są łączone z odpowiednimi polami na płytce drukowanej za pomocą klejenia termokompresyjnego, zgrzewania ultradźwiękowego lub zgrzewania termodźwiękowego.
4. Testowanie i uszczelnianie: Przeprowadzane są wstępne testy elektryczne. Następnie dozowana jest specjalna czarna żywica epoksydowa lub żywica, aby pokryć chip i złote przewody w celu ochrony. Następnie następuje końcowe utwardzanie i ostateczne testy.

PLCC oznacza plastikowy nośnik chipów z ołowiem. Jest to starszy typ opakowania do montażu powierzchniowego,-w którym przewody wychodzą ze wszystkich czterech stron korpusu opakowania i wyginają się w dół w konfiguracji przewodów „J”-.​

Przebieg procesu:​

1. Pakowanie PLCC obejmuje wstępne-pakowanie chipa w celu utworzenia niezależnego komponentu o standardowym kształcie i pinach.​
2. Chip jest przymocowany do ołowianej ramki
3. Wewnętrzne połączenia elektryczne wykonywane są poprzez połączenie przewodowe
4. Zespół jest formowany i hermetyzowany tworzywem sztucznym
5. Powstały czujnik PLCC, jako element standardowy, montowany jest na płytce PCB za pomocą lutowania rozpływowego.

Zalety:​

• Ultra-kompaktowy rozmiar umożliwia miniaturyzację urządzeń końcowych, szczególnie nadaje się do mikrokamer w telefonach komórkowych, inteligentnych zegarkach itp., minimalizując rozmiar czujnika i oszczędzając miejsce na moduły obiektywów.​
• Doskonała wydajność elektryczna: krótkie ścieżki połączeń zmniejszają utratę sygnału i poprawiają prędkość transmisji danych
• Dobra skuteczność odprowadzania ciepła: cienka warstwa opakowania i brak przeszkód w wsporniku ułatwiają odprowadzanie ciepła z czujnika.

Wady:

• Wysokie wymagania dotyczące precyzji procesu skutkują znacznie wyższymi kosztami pakowania w porównaniu do pozostałych dwóch metod
• Słaba przepuszczalność światła: szklana powierzchnia ochronna może powodować zjawy w wyniku przenikania światła tylnego, wpływając na jakość obrazu czujników CMOS.​
• Słaba odporność na zanieczyszczenia: chociaż nadaje się do ponownej obróbki, nadal ma pewne wymagania dotyczące środowiska produkcyjnego.

Zalety:​

• Wysoka niezawodność: połączenie plastikowego korpusu i metalowej ramy prowadzącej zapewnia doskonałą odporność na uderzenia i wibracje
• Wygodna instalacja i przeróbki: kołki w kształcie litery J- ułatwiają lutowanie rozpływowe i są łatwe w demontażu.​
• Stabilna wydajność sygnału: rozsądna rozstaw pinów zmniejsza przesłuchy między pinami, odpowiednia do transmisji sygnału ze średnią-prędkością.​

Wady:

• Duży rozmiar opakowania sprawia, że ​​nie jest on w stanie sprostać wymaganiom miniaturyzacji czujników micro CMOS
• Ograniczona gęstość pinów, co utrudnia dostosowanie się do złożonych układów czujników z dużą liczbą pinów
• Średnia wydajność rozpraszania ciepła: niska przewodność cieplna materiałów z tworzyw sztucznych sprawia, że ​​nie nadają się one do czujników o dużej-mocy.

Zalety:​

• Znacząca przewaga kosztowa: Eliminuje wsporniki i niezależne procesy pakowania, co skutkuje najniższymi kosztami materiałów i procesów
• Najniższa wysokość opakowania, wpływająca na ogólną cienkość modułu i odpowiednia dla urządzeń wrażliwych na grubość
• Dojrzały proces i wysoka integracja: obsługuje wielo-chip-pakowanie na podłożu z możliwością kontrolowania liczby martwych pikseli w zakresie 5 na 100 000.​

Wady:

• Wyjątkowo słaba konserwacja: gołe wióry nie mogą być wymieniane pojedynczo po zalewaniu, co w przypadku awarii wymaga wymiany całego podłoża.​
• Surowe wymagania dotyczące środowiska produkcyjnego: montaż PCB wymaga zabezpieczenia przed kurzem i wilgocią, ponieważ gołe chipy są podatne na zanieczyszczenie
• Długi czas procesu i duże wahania wydajności, wymagające ścisłej kontroli procesu.

• Opakowanie CSP to podstawowy wybór w przypadku miniaturyzacji czujników CMOS, szczególnie w przypadku mikrokamer w urządzeniach przenośnych, takich jak telefony komórkowe i inteligentne zegarki. Może zminimalizować rozmiar czujnika i zaoszczędzić miejsce na moduły soczewek
• Ze względu na ograniczenia rozmiaru opakowanie PLCC jest używane tylko w kilku czujnikach CMOS o luźnych wymaganiach co do rozmiaru, takich jak wczesne kamery monitorujące lub przemysłowe czujniki o-rozdzielczości, i było stopniowo wymieniane.​
• Chociaż opakowanie COB ma najniższą wysokość, wymaga zarezerwowanej przestrzeni do klejenia i zalewania. Stosowany jest głównie w modułach czujników wrażliwych na koszty i z luźnymi ograniczeniami dotyczącymi rozmiaru, takich jak systemy nadzoru bezpieczeństwa i urządzenia samochodowe-rynku wtórnego.

• Szklana powierzchnia ochronna opakowań CSP zmniejsza przepuszczalność światła, co może mieć wpływ na czułość czujników CMOS. Aby zrównoważyć efekt zjawy, wymagana jest optymalizacja konstrukcji optycznej
• Korpus opakowania z tworzywa sztucznego i układ pinów w opakowaniu PLCC w niewielkim stopniu zakłócają światło, ale ścieżka sygnału jest dłuższa niż w przypadku CSP, co może powodować opóźnienie sygnału w-szybkich czujnikach obrazowania.​
• Opakowanie COB nie posiada dodatkowej warstwy opakowaniowej blokującej światło, teoretycznie osiągając wyższą światłoczułość. Jednakże gołe żetony są bezpośrednio narażone na zalewanie; niewłaściwe zabezpieczenie przed kurzem może prowadzić do plam na powierzchni czujnika, co wpływa na jakość obrazowania.

• Czujniki CMOS w opakowaniu CSP charakteryzują się krótkim czasem przetwarzania i niskimi kosztami sprzętu, ale wysokimi cenami jednostek chipowych. Nadają się do flagowych urządzeń ze średniej- i-wysokiej- półki, zapewniających ekstremalną wydajność i rozmiar.​
• Czujniki w opakowaniu PLCC charakteryzują się dużą kompatybilnością procesową i niskimi kosztami konserwacji, ale wyższymi kosztami materiałowymi niż czujniki COB. Nadają się do czujników przemysłowych o wysokich wymaganiach niezawodnościowych
• Czujniki z opakowaniem COB mają najniższe koszty pakowania, ale wymagają dużych inwestycji w sprzęt procesowy i napotykają trudności w kontroli wydajności. Nadają się do czujników średniej-do-niskiej-konsumenckiej-klasy lub sprzętu monitorującego produkowanego masowo.

• Czujniki w obudowie CSP-mają słabą odporność na uderzenia i są podatne na awarie w trudnych warunkach, dzięki czemu lepiej nadają się do stosowania w scenariuszach normalnej temperatury w pomieszczeniach.​
• Czujniki w obudowie PLCC-mają dobrą ochronę mechaniczną i stabilne połączenia pinowe w kształcie litery J-, dostosowując się do umiarkowanie trudnych warunków, takich jak zastosowania motoryzacyjne i przemysłowe.​
• Czujniki w obudowie COB-osiągają stopień ochrony IP65 dzięki zalaniu, bez martwych narożników podczas obróbki. Mają dużą odporność na wilgoć, ciepło i mgłę solną, dzięki czemu nadają się do złożonych środowisk, takich jak monitoring zewnętrzny.