Tre hovedpakkeprosesser for CMOS-sensorer: CSP, COB og PLCC forklart

CSP står for Chip Scale Package. Som navnet tilsier, er nøkkelfunksjonen at pakkestørrelsen er nesten identisk med kjernestørrelsen til selve brikken. Som standard overskrider ikke forholdet mellom kjerneområdet og pakkeområdet vanligvis 1:1,1

Prosessflyt:

CSP er en emballasjeform behandlet på wafernivå. Den grunnleggende prosessen involverer direkte prosessering av mikrolinsene og fargefiltrene (hvis nødvendig) på den ferdige kretsskiven, etterfulgt av å danne et kulegitter gjennom en støtprosess, og til slutt kutte skiven i individuelle sensorenheter. Ved produksjon av kameramoduler monteres sensorer som bruker CSP-emballasje vanligvis direkte på kretskortet ved hjelp av SMT-plasseringsmaskiner.

COB står for Chip On Board. Dette er en emballasjeteknologi der den blotte formen er direkte montert og elektrisk koblet til det endelige kretskortet

Prosessflyt:

COB-prosessen er mer kompleks, hovedsakelig utført på individuelt brikkenivå, og krever vanligvis et klasse 1000 eller til og med klasse 100 renrom.

1. Dysefeste: Den kuttede bare brikken (Die) festes til det angitte stedet på PCB-en ved hjelp av termisk ledende epoksyharpiks (f.eks. sølvpasta).
2. Herding: Sølvpastaen herdes ved oppvarming, og fester brikken godt
3. Trådbinding: Ved hjelp av gull- eller aluminiumstråder kobles putene på brikken til de tilsvarende putene på PCB-en gjennom termokompresjonsbinding, ultralydsveising eller termosonisk sveising.
4. Testing og forsegling: Foreløpig elektrisk testing utføres. En spesiell svart epoksy eller harpiks blir deretter dispensert for å dekke brikken og gulltrådene for beskyttelse. Dette etterfølges av endelig herding og endelig testing.

PLCC står for Plastic Leaded Chip Carrier. Det er en eldre type overflatemontert-monteringspakke der ledningene strekker seg fra alle fire sider av pakkekroppen og bøyes nedover i en "J"-ledningskonfigurasjon.​

Prosessflyt:

1. PLCC-emballasje innebærer å forhåndspakke-brikken for å danne en uavhengig komponent med standard form og pinner.​
2. Brikken er festet til en blyramme
3. Interne elektriske tilkoblinger er laget gjennom wire bonding
4. Sammenstillingen er støpt og innkapslet med plastmateriale
5. Den dannede PLCC-sensoren, som en standardkomponent, monteres på kretskortet ved hjelp av reflow-lodding.

Fordeler:

• Ultra-kompakt størrelse støtter miniatyrisering av terminalenheter, spesielt egnet for mikrokameraer i mobiltelefoner, smartklokker osv., minimerer sensorstørrelsen og sparer plass for linsemoduler.​
• Utmerket elektrisk ytelse: Korte sammenkoblingsveier reduserer signaltap og forbedrer dataoverføringshastigheten
• God varmespredningseffektivitet: Det tynne emballasjelaget og ingen braketthindringer letter varmespredningen fra sensoren.

Ulemper:

• Høye krav til prosesspresisjon resulterer i betydelig høyere emballasjekostnader enn de to andre metodene
• Dårlig lysgjennomgang: Den beskyttende glassoverflaten kan forårsake spøkelser på grunn av inntrengning av bakgrunnslys, noe som påvirker bildekvaliteten til CMOS-sensorer.​
• Svak forurensningsmotstand: Selv om den kan omarbeides, har den fortsatt visse krav til produksjonsmiljøet.

Fordeler:

• Høy pålitelighet: Kombinasjonen av plastpakkehus og metallramme gir utmerket slag- og vibrasjonsmotstand
• Praktisk installasjon og omarbeiding: J-formede pinner letter reflow-lodding og er enkle å demontere.​
• Stabil signalytelse: Rimelig pinnehøyde reduserer krysstale mellom pinner, egnet for middels-signaloverføring.​

Ulemper:

• Stor pakkestørrelse gjør at den ikke kan møte miniatyriseringsbehovene til mikro CMOS-sensorer
• Begrenset pinnetetthet, noe som gjør det vanskelig å tilpasse seg komplekse sensorbrikker med et høyt antall pinner
• Gjennomsnittlig varmeavledningsytelse: Den lave varmeledningsevnen til plastmaterialer gjør den uegnet for sensorer med høy-effekt.

Fordeler:

• Betydelig kostnadsfordel: Eliminerer braketter og uavhengige pakkeprosesser, noe som resulterer i de laveste material- og prosesskostnadene.
• Laveste emballasjehøyde, bidrar til den totale tynnheten til modulen og egnet for enheter som er følsomme for tykkelse.
• Voksen prosess og høy integrasjon: Støtter multi-brikke-sam--substratpakning, med en døde pikselhastighet kontrollerbar innenfor 5 per 100 000.​

Ulemper:

• Ekstremt dårlig vedlikeholdsevne: Bare spon kan ikke erstattes individuelt etter innstøping, noe som krever at hele underlaget skiftes ut i tilfelle feil.
• Strenge krav til produksjonsmiljøet: PCB-montering krever støv- og fuktforebygging, da bare spon er utsatt for forurensning.​
• Lang prosesstid og store svingninger i utbytte, krever streng prosesskontroll.

• CSP-emballasje er kjernevalget for miniatyrisering av CMOS-sensorer, spesielt for mikrokameraer i bærbare enheter som mobiltelefoner og smartklokker. Det kan minimere sensorstørrelsen og spare plass til linsemoduler
• På grunn av størrelsesbegrensninger brukes PLCC-emballasje bare i noen få CMOS-sensorer med krav til løse størrelser, for eksempel tidlige overvåkingskameraer eller industrielle lav-sensorer, og har gradvis blitt erstattet.​
• Selv om COB-emballasje har den laveste høyden, krever den reservert plass for liming og potting. Den brukes for det meste i sensormoduler som er følsomme for kostnader og med løse størrelsesbegrensninger, for eksempel sikkerhetsovervåking og etter-bilenheter.

• Den beskyttende glassoverflaten på CSP-emballasjen reduserer lystransmittansen, noe som kan påvirke følsomheten til CMOS-sensorer. Optisk designoptimalisering er nødvendig for å kompensere for skyggebilder
• Plastpakningskroppen og pinnelayouten til PLCC-emballasje har liten interferens med lys, men signalbanen er lengre enn for CSP, noe som kan forårsake signalforsinkelser i høyhastighets bildesensorer.​
• COB-emballasje har ikke noe ekstra emballasjelag for å blokkere lys, og oppnår teoretisk høyere lysfølsomhet. Imidlertid er bare spon direkte utsatt for potting; feil forebygging av støv kan føre til flekker på sensoroverflaten, noe som påvirker bildekvaliteten.

• CMOS-sensorer med CSP-emballasje har kort prosesstid og lave utstyrskostnader, men høye brikkeenhetspriser. De er egnet for middels-til-høye-flaggskipenheter som streber etter ekstrem ytelse og størrelse.​
• Sensorer med PLCC-emballasje har sterk prosesskompatibilitet og lave vedlikeholdskostnader, men høyere materialkostnader enn COB. De er egnet for industrielle sensorer med høye krav til pålitelighet
• Sensorer med COB-emballasje har de laveste emballasjekostnadene, men krever store investeringer i prosessutstyr og har vanskeligheter med å kontrollere avlingshastigheten. De er egnet for middels-til-lave-ende forbruker-sensorer eller masseprodusert-overvåkingsutstyr.

• CSP-pakkede sensorer har svak slagfasthet og er utsatt for svikt i tøffe miljøer, noe som gjør dem mer egnet for innendørs normale temperaturscenarier.​
• PLCC-pakkede sensorer har god mekanisk beskyttelse og stabile J--formede pinneforbindelser, tilpasset til moderat tøffe miljøer som bil- og industriapplikasjoner.​
• COB-pakkede sensorer oppnår IP65-beskyttelse gjennom innstøping, uten døde hjørner i behandlingen. De har sterk motstand mot fuktighet, varme og saltspray, egnet for komplekse miljøer som utendørs overvåking.