Giải thích về ba quy trình đóng gói chính cho cảm biến CMOS: CSP, COB và PLCC

CSP là viết tắt của Gói quy mô chip. Đúng như tên gọi, đặc điểm chính của nó là kích thước gói gần giống với kích thước lõi của chính con chip. Theo tiêu chuẩn, tỷ lệ giữa diện tích lõi và diện tích gói hàng thường không vượt quá 1:1.1.​

Luồng quy trình:​

CSP là một dạng đóng gói được xử lý ở cấp độ wafer. Quy trình cơ bản bao gồm xử lý trực tiếp các vi thấu kính và bộ lọc màu (nếu cần) trên tấm bán dẫn mạch hoàn chỉnh, sau đó tạo thành một mảng lưới bóng thông qua quy trình va chạm và cuối cùng cắt tấm bán dẫn thành các đơn vị cảm biến riêng lẻ. Trong sản xuất mô-đun máy ảnh, các cảm biến sử dụng bao bì CSP thường được gắn trực tiếp lên PCB bằng máy định vị SMT.

COB là viết tắt của Chip trên tàu. Đây là công nghệ đóng gói trong đó khuôn trần được gắn trực tiếp và kết nối điện với bảng mạch cuối cùng.​

Luồng quy trình:​

Quy trình COB phức tạp hơn, chủ yếu được tiến hành ở cấp độ chip riêng lẻ và thường yêu cầu phòng sạch Cấp 1000 hoặc thậm chí Cấp 100.

1. Die Attach: Chip trần thái hạt lựu (Die) được gắn vào vị trí được chỉ định trên PCB bằng nhựa epoxy dẫn nhiệt (ví dụ: keo bạc).​
2. Bảo dưỡng: Bột bạc được xử lý bằng cách nung nóng, giữ chặt con chip.​
3. Liên kết dây: Sử dụng dây vàng hoặc nhôm, các miếng đệm trên chip được kết nối với các miếng đệm tương ứng trên PCB thông qua liên kết nén nhiệt, hàn siêu âm hoặc hàn nhiệt âm.​
4. Kiểm tra và niêm phong: Kiểm tra điện sơ bộ được thực hiện. Sau đó, một loại nhựa epoxy hoặc nhựa đặc biệt màu đen được phân phối để bọc chip và dây vàng để bảo vệ. Tiếp theo là khâu xử lý cuối cùng và thử nghiệm cuối cùng.

PLCC là viết tắt của Nhà cung cấp chip có chì bằng nhựa. Đây là loại gói gắn trên bề mặt cũ hơn, trong đó các dây dẫn kéo dài từ cả bốn phía của thân gói và uốn cong xuống dưới theo cấu hình dây dẫn "J"{2}}.​

Luồng quy trình:​

1. Quá trình đóng gói PLCC liên quan đến việc-đóng gói trước chip để tạo thành một thành phần độc lập có hình dạng và chân tiêu chuẩn.​
2. Con chip được gắn vào khung chì.​
3. Kết nối điện bên trong được thực hiện thông qua liên kết dây.​
4. Việc lắp ráp được đúc và bọc bằng vật liệu nhựa.​
5. Cảm biến PLCC được hình thành, như một thành phần tiêu chuẩn, được gắn vào PCB bằng phương pháp hàn nóng chảy lại.

Ưu điểm:​

• Kích thước siêu nhỏ-hỗ trợ thu nhỏ các thiết bị đầu cuối, đặc biệt phù hợp với camera siêu nhỏ trong điện thoại di động, đồng hồ thông minh, v.v., giảm thiểu kích thước cảm biến và tiết kiệm không gian cho mô-đun ống kính.​
• Hiệu suất điện tuyệt vời: Đường dẫn kết nối ngắn giúp giảm hiện tượng mất tín hiệu và cải thiện tốc độ truyền dữ liệu.​
• Hiệu quả tản nhiệt tốt: Lớp bao bì mỏng và không có vật cản trong khung tạo điều kiện tản nhiệt từ cảm biến.​

Nhược điểm:​

• Yêu cầu độ chính xác cao của quy trình dẫn đến chi phí đóng gói cao hơn đáng kể so với hai phương pháp còn lại.​
• Độ truyền ánh sáng kém: Bề mặt bảo vệ bằng kính có thể gây ra hiện tượng bóng mờ do ánh sáng nền xuyên qua, ảnh hưởng đến chất lượng hình ảnh của cảm biến CMOS.​
• Khả năng chống ô nhiễm yếu: Mặc dù có thể gia công lại nhưng nó vẫn có những yêu cầu nhất định đối với môi trường sản xuất.

Ưu điểm:​

• Độ tin cậy cao: Sự kết hợp giữa thân gói nhựa và khung chì kim loại mang lại khả năng chống va đập và rung tuyệt vời.​
• Lắp đặt và làm lại thuận tiện: Các chân hình chữ J{0}}tạo điều kiện thuận lợi cho việc hàn nóng chảy lại và dễ tháo rời.​
• Hiệu suất tín hiệu ổn định: Cao độ chân cắm hợp lý giúp giảm nhiễu xuyên âm giữa các chân, phù hợp với việc truyền tín hiệu tốc độ trung bình.​

Nhược điểm:​

• Kích thước gói lớn khiến nó không thể đáp ứng nhu cầu thu nhỏ của cảm biến micro CMOS.​
• Mật độ chân cắm hạn chế, gây khó khăn cho việc thích ứng với các chip cảm biến phức tạp có số lượng chân cắm cao.​
• Hiệu suất tản nhiệt trung bình: Độ dẫn nhiệt thấp của vật liệu nhựa khiến vật liệu này không phù hợp với cảm biến công suất-cao.

Ưu điểm:​

• Lợi thế đáng kể về chi phí: Loại bỏ các giá đỡ và quy trình đóng gói độc lập, dẫn đến chi phí nguyên liệu và quy trình thấp nhất.​
• Chiều cao đóng gói thấp nhất, góp phần tạo nên độ mỏng tổng thể của mô-đun và phù hợp với các thiết bị nhạy cảm với độ dày.​
• Quy trình hoàn thiện và khả năng tích hợp cao: Hỗ trợ đóng gói nhiều nền tảng đồng-chip, với tỷ lệ điểm ảnh chết có thể kiểm soát được trong vòng 5 trên 100.000.​

Nhược điểm:​

• Khả năng bảo trì cực kỳ kém: Không thể thay thế các chip trần riêng lẻ sau khi bầu, đòi hỏi phải thay thế toàn bộ lớp nền trong trường hợp bị hỏng.​
• Yêu cầu nghiêm ngặt đối với môi trường sản xuất: Việc lắp đặt PCB yêu cầu phải chống bụi và chống ẩm vì chip trần rất dễ bị nhiễm bẩn.​
• Thời gian xử lý dài và tỷ lệ năng suất biến động lớn, đòi hỏi phải kiểm soát quy trình nghiêm ngặt.

• Bao bì CSP là lựa chọn cốt lõi để thu nhỏ cảm biến CMOS, đặc biệt là cho camera siêu nhỏ trong các thiết bị cầm tay như điện thoại di động và đồng hồ thông minh. Nó có thể giảm thiểu kích thước cảm biến và tiết kiệm không gian cho các mô-đun ống kính.​
• Do giới hạn về kích thước, bao bì PLCC chỉ được sử dụng trong một số cảm biến CMOS có yêu cầu kích thước lỏng lẻo, chẳng hạn như camera giám sát đời đầu hoặc cảm biến công nghiệp có độ phân giải-thấp và đã dần được thay thế.​
• Mặc dù bao bì COB có chiều cao thấp nhất nhưng nó cần có không gian dành riêng để liên kết và đóng bầu. Nó chủ yếu được sử dụng trong các mô-đun cảm biến nhạy cảm với chi phí và có giới hạn kích thước lỏng lẻo, chẳng hạn như giám sát an ninh và các thiết bị ô tô sau{1}}thị trường.

• Bề mặt bảo vệ bằng kính của bao bì CSP làm giảm độ truyền ánh sáng, điều này có thể ảnh hưởng đến độ nhạy của cảm biến CMOS. Cần tối ưu hóa thiết kế quang học để giảm hiện tượng bóng ma.​
• Thân gói bằng nhựa và cách bố trí chốt của bao bì PLCC ít bị nhiễu ánh sáng nhưng đường dẫn tín hiệu dài hơn CSP, điều này có thể gây ra độ trễ tín hiệu trong các cảm biến hình ảnh tốc độ cao.​
• Bao bì COB không có lớp đóng gói bổ sung để chặn ánh sáng, về mặt lý thuyết đạt được độ nhạy sáng cao hơn. Tuy nhiên, chip trần tiếp xúc trực tiếp với bầu; Việc ngăn bụi không đúng cách có thể dẫn đến vết ố trên bề mặt cảm biến, ảnh hưởng đến chất lượng hình ảnh.

• Cảm biến CMOS với bao bì CSP có thời gian xử lý ngắn và chi phí thiết bị thấp nhưng giá đơn vị chip cao. Chúng phù hợp với các thiết bị hàng đầu tầm trung-đến{2}}cao cấp{3}}theo đuổi hiệu suất và kích thước cực cao.​
• Cảm biến có bao bì PLCC có khả năng tương thích quy trình mạnh mẽ và chi phí bảo trì thấp nhưng chi phí vật liệu cao hơn COB. Chúng phù hợp với các cảm biến công nghiệp có yêu cầu về độ tin cậy cao.​
• Cảm biến có bao bì COB có chi phí đóng gói thấp nhất nhưng cần đầu tư lớn vào thiết bị xử lý và gặp khó khăn trong việc kiểm soát tỷ lệ năng suất. Chúng phù hợp với các cảm biến cấp trung-đến{2}}cấp thấp-người tiêu dùng{4}}hoặc thiết bị giám sát-được sản xuất hàng loạt.

• Cảm biến đóng gói CSP{0}}có khả năng chống va đập yếu và dễ bị hỏng trong môi trường khắc nghiệt, khiến chúng phù hợp hơn với các tình huống nhiệt độ bình thường trong nhà.​
• Cảm biến đóng gói PLCC-có khả năng bảo vệ cơ học tốt và kết nối chốt hình chữ J-ổn định, thích ứng với các môi trường khắc nghiệt vừa phải như ứng dụng ô tô và công nghiệp.​
• Cảm biến đóng gói COB{0}} đạt được cấp độ bảo vệ IP65 thông qua việc đặt trong bầu, không có góc chết trong quá trình xử lý. Chúng có khả năng chống ẩm, nhiệt và phun muối mạnh mẽ, phù hợp với môi trường phức tạp như giám sát ngoài trời.