Tri hlavné procesy balenia snímačov CMOS: Vysvetlenie CSP, COB a PLCC

CSP je skratka pre Chip Scale Package. Ako už názov napovedá, jeho kľúčovou vlastnosťou je, že veľkosť balenia je takmer totožná s veľkosťou jadra samotného čipu. Štandardne pomer plochy jadra k ploche obalu zvyčajne nepresahuje 1:1,1.​

Priebeh procesu:

CSP je forma balenia spracovaná na úrovni oblátky. Základný proces zahŕňa priame spracovanie mikrošošoviek a farebných filtrov (ak je to potrebné) na dokončenom plátku obvodu, po ktorom nasleduje vytvorenie poľa guľôčkovej mriežky pomocou procesu narážania a nakoniec nakrájanie plátku na jednotlivé senzorové jednotky. Pri výrobe kamerových modulov sa senzory používajúce obal CSP zvyčajne montujú priamo na dosku plošných spojov pomocou umiestňovacích strojov SMT.

COB znamená Chip On Board. Ide o technológiu balenia, kde je holá matrica priamo namontovaná a elektricky pripojená k finálnej doske plošných spojov.​

Priebeh procesu:

Proces COB je zložitejší, primárne sa vykonáva na úrovni jednotlivých čipov a zvyčajne vyžaduje čisté priestory triedy 1000 alebo dokonca triedy 100.

1. Pripojenie matrice: Narezaný holý čip (Die) je pripevnený na určené miesto na doske plošných spojov pomocou tepelne vodivej epoxidovej živice (napr. strieborná pasta).​
2. Vytvrdzovanie: Strieborná pasta sa vytvrdzuje zahrievaním, čím sa čip pevne upevňuje.​
3. Spájanie drôtov: Pomocou zlatých alebo hliníkových drôtov sú podložky na čipe spojené s príslušnými podložkami na doske plošných spojov pomocou termokompresného spájania, ultrazvukového zvárania alebo termosonického zvárania.
4. Testovanie a tesnenie: Vykonáva sa predbežné elektrické testovanie. Potom sa nanesie špeciálny čierny epoxid alebo živica na zakrytie čipu a zlatých drôtov na ochranu. Potom nasleduje konečné vytvrdzovanie a konečné testovanie.

PLCC je skratka pre Plastic Leaded Chip Carrier. Ide o starší typ balenia na povrchovú{1}}montáž, kde sa vodiče tiahnu zo všetkých štyroch strán tela balenia a ohýbajú sa smerom nadol v konfigurácii vodičov „J“-.​

Priebeh procesu:

1. Balenie PLCC zahŕňa pred{0}}zabalenie čipu tak, aby vytvoril nezávislý komponent so štandardným tvarom a kolíkmi.​
2. Čip je pripevnený k olovenému rámu
3. Vnútorné elektrické spojenia sú vytvorené pomocou drôtového spojenia
4. Zostava je lisovaná a zapuzdrená plastovým materiálom.​
5. Vytvarovaný PLCC senzor sa ako štandardný komponent montuje na dosku plošných spojov pomocou spájkovania pretavením.

Výhody:

• Ultra{0}}kompaktná veľkosť podporuje miniaturizáciu koncových zariadení, obzvlášť vhodná pre mikro fotoaparáty v mobilných telefónoch, inteligentné hodinky atď., čím sa minimalizuje veľkosť snímača a šetrí sa priestor pre moduly šošoviek.​
• Vynikajúci elektrický výkon: Krátke prepojovacie cesty znižujú stratu signálu a zlepšujú rýchlosť prenosu dát.​
• Dobrá účinnosť odvádzania tepla: Tenká obalová vrstva a žiadna prekážka držiaka uľahčujú odvod tepla zo snímača.

Nevýhody:

• Vysoké požiadavky na presnosť procesu vedú k výrazne vyšším nákladom na balenie ako pri ostatných dvoch metódach.​
• Zlá priepustnosť svetla: Sklenený ochranný povrch môže spôsobovať zdvojenie v dôsledku prenikania podsvietenia, čo ovplyvňuje kvalitu obrazu snímačov CMOS.​
• Slabá odolnosť voči kontaminácii: Hoci je prepracovateľný, stále má určité požiadavky na výrobné prostredie.

Výhody:

• Vysoká spoľahlivosť: Kombinácia plastového obalu a kovového oloveného rámu poskytuje vynikajúcu odolnosť proti nárazom a vibráciám
• Pohodlná inštalácia a prepracovanie: Kolíky v tvare J{0}} uľahčujú spájkovanie pretavením a ľahko sa rozoberajú.​
• Stabilný výkon signálu: Primeraná výška kolíkov znižuje presluchy medzi kolíkmi, vhodné pre stredný-rýchlostný prenos signálu.​

Nevýhody:

• Vďaka veľkej veľkosti balenia nie je možné uspokojiť potreby miniaturizácie mikro CMOS snímačov.​
• Obmedzená hustota kolíkov, čo sťažuje adaptáciu na zložité senzorové čipy s vysokým počtom kolíkov.​
• Priemerný výkon odvádzania tepla: Plastové materiály sú kvôli nízkej tepelnej vodivosti nevhodné pre snímače s vysokým{0}}výkonom.

Výhody:

• Významná cenová výhoda: Eliminuje zátvorky a nezávislé procesy balenia, čo vedie k najnižším nákladom na materiál a proces.​
• Najnižšia výška balenia, ktorá prispieva k celkovej tenkosti modulu a je vhodná pre zariadenia citlivé na hrúbku.​
• Vyspelý proces a vysoká integrácia: Podporuje viac{0}}čipové kooperatívne{1}}balenie substrátu s mierou mŕtvych pixelov nastaviteľnou v rozmedzí 5 na 100 000.​

Nevýhody:

• Extrémne zlá udržiavateľnosť: holé triesky nie je možné po zaliatí jednotlivo vymeniť, v prípade poruchy je potrebné vymeniť celý substrát.​
• Prísne požiadavky na výrobné prostredie: Montáž PCB vyžaduje ochranu pred prachom a vlhkosťou, pretože holé čipy sú náchylné na kontamináciu.​
• Dlhá doba procesu a veľké výkyvy vo výťažnosti, čo si vyžaduje prísnu kontrolu procesu.

• Balenie CSP je základnou voľbou pre miniaturizáciu snímačov CMOS, najmä pre mikro kamery v prenosných zariadeniach, ako sú mobilné telefóny a inteligentné hodinky. Dokáže minimalizovať veľkosť snímača a ušetriť miesto pre moduly šošoviek.​
• Kvôli obmedzeniam veľkosti sa obal PLCC používa iba v niekoľkých snímačoch CMOS s požiadavkami na nedostatočnú veľkosť, ako sú napríklad skoré sledovacie kamery alebo priemyselné snímače s-nízkym rozlíšením, a postupne sa nahrádzajú.​
• Hoci COB obaly majú najnižšiu výšku, vyžadujú si vyhradený priestor na lepenie a zalievanie. Väčšinou sa používa v senzorových moduloch citlivých na cenu a s voľnými obmedzeniami veľkosti, ako je bezpečnostný dohľad a-popredajné automobilové zariadenia.

• Sklenený ochranný povrch obalu CSP znižuje priepustnosť svetla, čo môže ovplyvniť citlivosť snímačov CMOS. Na kompenzáciu duchov je potrebná optimalizácia optického dizajnu.​
• Plastové telo obalu a rozloženie kolíkov obalu PLCC len málo interferujú so svetlom, ale cesta signálu je dlhšia ako cesta CSP, čo môže spôsobiť oneskorenie signálu vo vysoko{0}}rýchlostných zobrazovacích snímačoch.​
• Balenie COB nemá žiadnu ďalšiu obalovú vrstvu na blokovanie svetla, čím sa teoreticky dosahuje vyššia citlivosť na svetlo. Avšak holé žetóny sú priamo vystavené zalievaniu; nesprávna ochrana proti prachu môže viesť k škvrnám na povrchu snímača, čo ovplyvňuje kvalitu obrazu.

• Snímače CMOS s balením CSP majú krátky procesný čas a nízke náklady na vybavenie, ale vysoké ceny za jednotku čipu. Sú vhodné pre stredné-až{2}}vyššie-vlajkové zariadenia, ktoré požadujú extrémny výkon a veľkosť.​
• Senzory s balením PLCC majú silnú procesnú kompatibilitu a nízke náklady na údržbu, ale vyššie materiálové náklady ako COB. Sú vhodné pre priemyselné snímače s vysokými požiadavkami na spoľahlivosť
• Senzory s balením COB majú najnižšie náklady na balenie, ale vyžadujú veľké investície do procesného zariadenia a čelia ťažkostiam pri riadení výťažnosti. Sú vhodné pre stredné-až{2}}nízke{3}}koncové spotrebiteľské-senzory alebo sériovo{5}}vyrábané sledovacie zariadenia.

• Senzory zabalené v CSP-majú slabú odolnosť proti nárazu a sú náchylné na zlyhanie v drsnom prostredí, vďaka čomu sú vhodnejšie pre scenáre s normálnou teplotou v interiéri.​
• PLCC-zabalené senzory majú dobrú mechanickú ochranu a stabilné kolíkové spojenia v tvare J{1}}, ktoré sa prispôsobujú stredne náročným prostrediam, ako sú automobilové a priemyselné aplikácie.​
• Senzory v balení COB{0}}dosahujú ochranu na úrovni IP65 prostredníctvom zaliatia, pričom pri úprave nie sú žiadne slepé rohy. Majú silnú odolnosť voči vlhkosti, teplu a posypovej soli, vhodné do zložitých prostredí, ako je vonkajší dohľad.