Tre stora förpackningsprocesser för CMOS-sensorer: CSP, COB och PLCC förklaras

CSP står för Chip Scale Package. Som namnet antyder är dess nyckelfunktion att paketstorleken är nästan identisk med kärnstorleken på själva chippet. Som standard överstiger förhållandet mellan kärnarean och förpackningsytan vanligtvis inte 1:1,1

Processflöde:

CSP är en förpackningsform som bearbetas på wafernivå. Den grundläggande processen involverar direkt bearbetning av mikrolinserna och färgfiltren (om det behövs) på den färdiga kretsskivan, följt av att forma en kulrutnätsuppsättning genom en stötprocess och slutligen tärning av skivan till individuella sensorenheter. Vid tillverkning av kameramoduler monteras sensorer som använder CSP-förpackningar vanligtvis direkt på kretskortet med hjälp av SMT-placeringsmaskiner.

COB står för Chip On Board. Detta är en förpackningsteknik där den nakna formen är direktmonterad och elektriskt ansluten till det slutliga kretskortet

Processflöde:

COB-processen är mer komplex och utförs främst på individuell chipnivå och kräver vanligtvis ett klass 1000 eller till och med klass 100 renrum.

1. Die Attach: Det tärnade nakna chipet (Die) fästs på den angivna platsen på PCB:n med hjälp av termiskt ledande epoxiharts (t.ex. silverpasta).
2. Härdning: Silverpastan härdas genom uppvärmning och fäster chipet ordentligt
3. Trådbindning: Med hjälp av guld- eller aluminiumtrådar ansluts dynorna på chipet till motsvarande dynor på PCB:n genom termokompressionsbindning, ultraljudssvetsning eller termoljudsvetsning.
4. Provning och tätning: Preliminär elektrisk provning utförs. En speciell svart epoxi eller harts dispenseras sedan för att täcka chipet och guldtrådarna för skydd. Detta följs av slutlig härdning och slutlig testning.

PLCC står för Plastic Leaded Chip Carrier. Det är en äldre typ av ytmonteringspaket- där ledningarna sträcker sig från alla fyra sidorna av paketkroppen och böjer sig nedåt i en "J"-ledningskonfiguration.​

Processflöde:

1. PLCC-förpackning innebär för-förpackning av chipet för att bilda en oberoende komponent med standardform och stift.​
2. Chipet är fäst på en blyram
3. Interna elektriska anslutningar görs genom trådbindning
4. Monteringen är gjuten och inkapslad med plastmaterial
5. Den bildade PLCC-sensorn, som en standardkomponent, monteras på kretskortet med hjälp av återflödeslödning.

Fördelar:

• Ultra-kompakt storlek stöder miniatyrisering av terminalenheter, särskilt lämpliga för mikrokameror i mobiltelefoner, smarta klockor etc., vilket minimerar sensorstorleken och sparar utrymme för linsmoduler.​
• Utmärkt elektrisk prestanda: Korta sammankopplingsvägar minskar signalförlusten och förbättrar dataöverföringshastigheten
• Bra värmeavledningseffektivitet: Det tunna förpackningsskiktet och inga konsolhinder underlättar värmeavledning från sensorn.

Nackdelar:

• Höga krav på processprecision resulterar i betydligt högre förpackningskostnader än de två andra metoderna
• Dålig ljusgenomsläpplighet: Den skyddande glasytan kan orsaka spökbilder på grund av motljuspenetrering, vilket påverkar bildkvaliteten hos CMOS-sensorer.
• Svag kontamineringsbeständighet: Även om den är omarbetbar har den fortfarande vissa krav på produktionsmiljön.

Fördelar:

• Hög tillförlitlighet: Kombinationen av plastpaketets kropp och metallblyram ger utmärkt slag- och vibrationsbeständighet
• Bekväm installation och omarbetning: J--formade stift underlättar återflödeslödning och är lätta att demontera.​
• Stabil signalprestanda: Rimlig stiftdelning minskar överhörning mellan stift, lämplig för medelhög-signalöverföring.​

Nackdelar:

• Stor förpackningsstorlek gör att den inte kan möta miniatyriseringsbehoven hos mikro CMOS-sensorer
• Begränsad stifttäthet, vilket gör det svårt att anpassa sig till komplexa sensorchips med ett stort antal stift
• Genomsnittlig värmeavledningsprestanda: Den låga värmeledningsförmågan hos plastmaterial gör den olämplig för hög-effektsensorer.

Fördelar:

• Betydande kostnadsfördel: Eliminerar konsoler och oberoende förpackningsprocesser, vilket resulterar i de lägsta material- och processkostnaderna.
• Lägsta förpackningshöjd, bidrar till modulens totala tunnhet och lämplig för enheter som är känsliga för tjocklek.​
• Mogen process och hög integration: Stöder multi-chip co-substratpaketering, med en död pixelhastighet som kan styras inom 5 per 100 000.​

Nackdelar:

• Extremt dålig underhållsbarhet: Nakna spån kan inte ersättas individuellt efter ingjutning, vilket kräver att hela substratet byts ut vid fel.
• Strikta krav för produktionsmiljön: PCB-montering kräver damm- och fuktförebyggande, eftersom nakna spån är känsliga för kontaminering.
• Lång processtid och stora fluktuationer i utbyte, vilket kräver strikt processkontroll.

• CSP-förpackningar är kärnvalet för miniatyrisering av CMOS-sensorer, speciellt för mikrokameror i bärbara enheter som mobiltelefoner och smarta klockor. Det kan minimera sensorstorleken och spara utrymme för linsmoduler
• På grund av storleksbegränsningar används PLCC-förpackningar endast i ett fåtal CMOS-sensorer med lösa storlekskrav, till exempel tidiga övervakningskameror eller industriella sensorer med låg-upplösning, och har gradvis ersatts.​
• Även om COB-förpackningar har den lägsta höjden, kräver det reserverat utrymme för limning och ingjutning. Det används mestadels i sensormoduler som är känsliga för kostnad och med lösa storleksbegränsningar, som säkerhetsövervakning och efter-fordonsenheter.

• Den glasskyddande ytan på CSP-förpackningen minskar ljustransmittansen, vilket kan påverka CMOS-sensorernas känslighet. Optisk designoptimering krävs för att kompensera spökbilder
• Plastförpackningens kropp och stiftlayout för PLCC-förpackningar stör inte mycket ljus, men signalvägen är längre än för CSP, vilket kan orsaka signalfördröjning i höghastighetsavbildningssensorer.​
• COB-förpackningar har inget extra förpackningsskikt för att blockera ljus, vilket teoretiskt uppnår högre ljuskänslighet. Emellertid utsätts nakna spån direkt för ingjutning; felaktigt dammskydd kan leda till fläckar på sensorytan, vilket påverkar bildkvaliteten.

• CMOS-sensorer med CSP-förpackning har kort processtid och låga utrustningskostnader men höga chipenhetspriser. De är lämpliga för medel-till-höga-flaggskeppsenheter som eftersträvar extrem prestanda och storlek.​
• Sensorer med PLCC-förpackning har stark processkompatibilitet och låga underhållskostnader men högre materialkostnader än COB. De är lämpliga för industriella sensorer med höga krav på tillförlitlighet
• Sensorer med COB-förpackningar har de lägsta förpackningskostnaderna men kräver stora investeringar i processutrustning och har svårigheter med kontroll av utbyte. De är lämpliga för medel-till-låg-konsument-sensorer eller mass-tillverkad övervakningsutrustning.

• CSP-paketerade sensorer har svag slagtålighet och är benägna att gå sönder i tuffa miljöer, vilket gör dem mer lämpade för normala temperaturscenarier inomhus.​
• PLCC-förpackade sensorer har bra mekaniskt skydd och stabila J--formade stiftanslutningar, anpassade till måttligt tuffa miljöer som bil- och industriapplikationer.​
• COB-förpackade sensorer uppnår skydd på IP65-nivå genom ingjutning, utan döda hörn under behandlingen. De har stark motståndskraft mot fukt, värme och saltstänk, lämpliga för komplexa miljöer som utomhusövervakning.