Drie belangrijke verpakkingsprocessen voor CMOS-sensoren: CSP, COB en PLCC uitgelegd

CSP staat voor Chip Scale Package. Zoals de naam al aangeeft, is het belangrijkste kenmerk dat de verpakkingsgrootte vrijwel identiek is aan de kerngrootte van de chip zelf. Standaard bedraagt ​​de verhouding tussen het kernoppervlak en het verpakkingsoppervlak doorgaans niet meer dan 1:1,1

Processtroom:​

CSP is een verpakkingsvorm die op wafelniveau wordt verwerkt. Het basisproces omvat het rechtstreeks verwerken van de microlenzen en kleurfilters (indien nodig) op de voltooide circuitwafel, gevolgd door het vormen van een kogelraster door middel van een stootproces, en uiteindelijk het opdelen van de wafer in individuele sensoreenheden. Bij de productie van cameramodules worden sensoren die gebruik maken van CSP-verpakkingen doorgaans rechtstreeks op de PCB gemonteerd met behulp van SMT-plaatsingsmachines.

COB staat voor Chip On Board. Dit is een verpakkingstechnologie waarbij de kale chip direct wordt gemonteerd en elektrisch wordt aangesloten op de uiteindelijke printplaat

Processtroom:​

Het COB-proces is complexer en wordt voornamelijk uitgevoerd op het niveau van de individuele chip, en vereist meestal een klasse 1000 of zelfs klasse 100 cleanroom.

1. Die Attach: De in blokjes gesneden kale chip (Die) wordt op de aangewezen locatie op de PCB bevestigd met behulp van thermisch geleidende epoxyhars (bijvoorbeeld zilverpasta).
2. Uitharding: De zilverpasta wordt uitgehard door verhitting, waardoor de chip stevig vastzit
3. Draadverbinding: Met behulp van gouden of aluminium draden worden de pads op de chip verbonden met de overeenkomstige pads op de PCB door middel van thermocompressieverbindingen, ultrasoon lassen of thermosoon lassen.
4. Testen en afdichten: Er worden voorbereidende elektrische tests uitgevoerd. Vervolgens wordt een speciale zwarte epoxy of hars aangebracht om de chip en gouden draden ter bescherming te bedekken. Dit wordt gevolgd door definitieve uitharding en ultieme testen.

PLCC staat voor Plastic Leaded Chip Carrier. Het is een ouder type opbouw--pakket waarbij de kabels zich uitstrekken vanaf alle vier de zijden van het pakket en naar beneden buigen in een "J"--kabelconfiguratie.​

Processtroom:​

1. Bij PLCC-verpakkingen wordt de chip voor-verpakt om een ​​onafhankelijk onderdeel te vormen met een standaardvorm en pinnen.​
2. De chip is bevestigd aan een leadframe
3. Interne elektrische verbindingen worden gemaakt door middel van draadverbindingen.​
4. Het geheel is gegoten en ingekapseld met plastic materiaal
5. De gevormde PLCC-sensor wordt als standaardcomponent op de printplaat gemonteerd door middel van reflow-solderen.

Voordelen:​

• Het ultra-compacte formaat ondersteunt de miniaturisatie van eindapparaten, vooral geschikt voor microcamera's in mobiele telefoons, smartwatches, enz., waardoor de sensorgrootte wordt geminimaliseerd en ruimte wordt bespaard voor lensmodules.​
• Uitstekende elektrische prestaties: korte verbindingspaden verminderen signaalverlies en verbeteren de datatransmissiesnelheid
• Goede warmteafvoerefficiëntie: de dunne verpakkingslaag en het ontbreken van beugelobstructie vergemakkelijken de warmteafvoer van de sensor.

Nadelen:​

• Hoge procesprecisie-eisen resulteren in aanzienlijk hogere verpakkingskosten dan de andere twee methoden
• Slechte lichttransmissie: Het glazen beschermoppervlak kan reflecties veroorzaken als gevolg van het binnendringen van tegenlicht, waardoor de beeldkwaliteit van CMOS-sensoren wordt beïnvloed.
• Zwakke weerstand tegen vervuiling: Hoewel herwerkbaar, stelt het toch bepaalde eisen aan de productieomgeving.

Voordelen:​

• Hoge betrouwbaarheid: de combinatie van een kunststof behuizing en een metalen leadframe zorgt voor uitstekende schok- en trillingsbestendigheid
• Gemakkelijk te installeren en na te werken: J--vormige pinnen vergemakkelijken reflow-solderen en zijn eenvoudig te demonteren.​
• Stabiele signaalprestaties: een redelijke pin-pitch vermindert overspraak tussen pinnen, geschikt voor signaaloverdracht met gemiddelde- snelheid.​

Nadelen:​

• Door de grote verpakkingsgrootte kan het niet voldoen aan de miniaturisatiebehoeften van micro-CMOS-sensoren
• Beperkte pindichtheid, waardoor aanpassing aan complexe sensorchips met een groot aantal pinnen lastig is
• Gemiddelde warmteafvoerprestaties: de lage thermische geleidbaarheid van plastic materialen maakt het ongeschikt voor sensoren met hoog-vermogen.

Voordelen:​

• Aanzienlijk kostenvoordeel: elimineert beugels en onafhankelijke verpakkingsprocessen, wat resulteert in de laagste materiaal- en proceskosten
• Laagste verpakkingshoogte, wat bijdraagt ​​aan de algehele dunheid van de module en geschikt voor apparaten die gevoelig zijn voor dikte
• Volwassen proces en hoge integratie: Ondersteunt multi-chip co-substraatverpakkingen, met een dode-pixelsnelheid die binnen 5 per 100.000 regelbaar is.​

Nadelen:​

• Extreem slechte onderhoudbaarheid: Kale spanen kunnen na het oppotten niet afzonderlijk worden vervangen, waardoor bij defecten het gehele substraat moet worden vervangen.​
• Strenge eisen voor de productieomgeving: PCB-montage vereist stof- en vochtpreventie, omdat kale spanen gevoelig zijn voor vervuiling
• Lange procestijd en grote schommelingen in de opbrengst, waardoor strikte procescontrole vereist is.

• CSP-verpakking is de belangrijkste keuze voor de miniaturisatie van CMOS-sensoren, vooral voor microcamera's in draagbare apparaten zoals mobiele telefoons en smartwatches. Het kan de sensorgrootte minimaliseren en ruimte besparen voor lensmodules
• Vanwege afmetingenbeperkingen wordt PLCC-verpakking alleen gebruikt in een paar CMOS-sensoren met losse afmetingen, zoals vroege bewakingscamera's of industriële sensoren met lage- resolutie, en wordt deze geleidelijk vervangen.​
• Hoewel COB-verpakkingen de laagste hoogte hebben, is er wel ruimte nodig voor verlijming en oppotten. Het wordt meestal gebruikt in sensormodules die gevoelig zijn voor kosten en met beperkte afmetingen, zoals beveiligingstoezicht en after- auto-apparatuur.

• Het glazen beschermoppervlak van CSP-verpakkingen vermindert de lichttransmissie, wat de gevoeligheid van CMOS-sensoren kan beïnvloeden. Optische ontwerpoptimalisatie is vereist om nevenbeelden te compenseren.​
• De plastic behuizing en pin-indeling van PLCC-verpakkingen hebben weinig interferentie met licht, maar het signaalpad is langer dan dat van CSP, wat signaalvertraging kan veroorzaken bij hoge- beeldsensoren.​
• COB-verpakkingen hebben geen extra verpakkingslaag om licht te blokkeren, waardoor theoretisch een hogere lichtgevoeligheid wordt bereikt. Kale chips worden echter direct blootgesteld aan oppotten; Onjuiste stofpreventie kan leiden tot vlekken op het sensoroppervlak, waardoor de beeldkwaliteit wordt beïnvloed.

• CMOS-sensoren met CSP-verpakking hebben een korte procestijd en lage apparatuurkosten, maar hoge chip-eenheidsprijzen. Ze zijn geschikt voor midden- tot -high- vlaggenschipapparaten die extreme prestaties en afmetingen nastreven.​
• Sensoren met PLCC-verpakking hebben een sterke procescompatibiliteit en lage onderhoudskosten, maar hogere materiaalkosten dan COB. Ze zijn geschikt voor industriële sensoren met hoge betrouwbaarheidseisen
• Sensoren met COB-verpakking hebben de laagste verpakkingskosten, maar vergen grote investeringen in procesapparatuur en ondervinden problemen bij het beheersen van de opbrengst. Ze zijn geschikt voor midden-tot-lage-eindconsumenten-sensoren of massa-geproduceerde bewakingsapparatuur.

• CSP-verpakte sensoren hebben een zwakke slagvastheid en zijn gevoelig voor storingen in ruwe omgevingen, waardoor ze beter geschikt zijn voor scenario's met normale binnentemperaturen.​
• PLCC-verpakte sensoren hebben een goede mechanische bescherming en stabiele J--vormige pinverbindingen, waardoor ze zich aanpassen aan matig zware omgevingen zoals automobiel- en industriële toepassingen.​
• De in COB-verpakte sensoren bereiken bescherming op IP65-niveau door middel van oppotten, zonder dode hoeken tijdens de behandeling. Ze zijn sterk bestand tegen vocht, hitte en zoutnevel en zijn geschikt voor complexe omgevingen zoals bewaking buitenshuis.