שלושה תהליכי אריזה עיקריים עבור חיישני CMOS: CSP, COB ו-PLCC הסבר

CSP ראשי תיבות של Chip Scale Package. כפי שהשם מרמז, התכונה העיקרית שלו היא שגודל החבילה כמעט זהה לגודל הליבה של השבב עצמו. לפי תקן, היחס בין שטח הליבה לאזור האריזה בדרך כלל אינו עולה על 1:1.1

זרימת תהליך:

CSP הוא טופס אריזה המעובד ברמת הפרוסות. התהליך הבסיסי כולל עיבוד ישיר של עדשות המיקרו ומסנני הצבע (במידת הצורך) על פרוסת המעגל המושלם, ולאחר מכן יצירת מערך רשת כדורי באמצעות תהליך חבטות, ולבסוף חיתוך הפרוסה ליחידות חיישנים בודדות. בייצור מודול מצלמה, חיישנים המשתמשים באריזת CSP מותקנים בדרך כלל ישירות על ה-PCB באמצעות מכונות מיקום SMT.

COB קיצור של Chip On Board. זוהי טכנולוגיית אריזה שבה התבנית החשופה מותקנת ישירות ומחוברת חשמלית ללוח המעגל הסופי

זרימת תהליך:

תהליך ה-COB מורכב יותר, מבוצע בעיקר ברמת השבב הבודד, ובדרך כלל דורש חדר נקי מסוג Class 1000 או אפילו Class 100.

1. חיבור למות: השבב החשוף החתוך לקוביות (Die) מחובר למיקום המיועד על ה-PCB באמצעות שרף אפוקסי מוליך תרמית (למשל, משחת כסף).
2. אשפרה: משחת הכסף נרפאת על ידי חימום, מאבטחת היטב את השבב
3. הדבקת חוטים: באמצעות חוטי זהב או אלומיניום, הרפידות על השבב מחוברות לרפידות המקבילות על גבי ה-PCB באמצעות הדבקה תרמו-דחיסה, ריתוך אולטראסוני או ריתוך תרמוסוני.
4. בדיקה ואיטום: מתבצעת בדיקות חשמל מקדימות. לאחר מכן מוציאים אפוקסי שחור מיוחד או שרף כדי לכסות את השבב וחוטי הזהב להגנה. לאחר מכן, ריפוי סופי ובדיקה אולטימטיבית.

PLCC ראשי תיבות של Plastic Leaded Chip Carrier. זהו סוג ישן יותר של חבילת משטח-שבו ההליכים משתרעים מכל ארבעת הצדדים של גוף האריזה ומתכופפים כלפי מטה בתצורת עופרת "J"-.​

זרימת תהליך:

1. אריזת PLCC כוללת-אריזה מראש של השבב ליצירת רכיב עצמאי עם צורה וסיכות סטנדרטיות.​
2. השבב מחובר למסגרת עופרת
3. חיבורים חשמליים פנימיים נעשים באמצעות חיבור תיל
4. המכלול יצוק ומעטף בחומר פלסטי
5. חיישן ה-PLCC שנוצר, כרכיב סטנדרטי, מותקן על גבי ה-PCB באמצעות הלחמה חוזרת.

יתרונות:

• גודל-קומפקטי במיוחד תומך במזעור התקני מסוף, מתאים במיוחד למצלמות מיקרו בטלפונים ניידים, שעונים חכמים וכו', ממזער את גודל החיישן וחוסך מקום עבור מודולי עדשות.​
• ביצועים חשמליים מעולים: נתיבי חיבור קצרים מפחיתים את אובדן האות ומשפרים את מהירות העברת הנתונים
• יעילות פיזור חום טובה: שכבת האריזה הדקה וללא חסימת סוגר מקלים על פיזור החום מהחיישן.

חסרונות:

• דרישות דיוק תהליכיות גבוהות מביאות לעלויות אריזה גבוהות משמעותית משתי השיטות האחרות
• העברת אור לקויה: משטח המגן מזכוכית עלול לגרום לרוחות רפאים עקב חדירת תאורה אחורית, המשפיעה על איכות ההדמיה של חיישני CMOS.​
• עמידות לזיהום חלשה: למרות שניתן לעבוד מחדש, עדיין יש לו דרישות מסוימות לסביבת הייצור.

יתרונות:

• אמינות גבוהה: השילוב של גוף אריזת פלסטיק ומסגרת עופרת מתכת מספקים עמידות מצוינת לפגיעה ולרעידות
• התקנה נוחה ועיבוד מחדש: פינים בצורת J-מקלים על הלחמה חוזרת וקלים לפירוק.​
• ביצועי אות יציבים: גובה פינים סביר מפחית דיבור צולב בין פינים, מתאים להעברת אותות-בינונית.​

חסרונות:

• גודל אריזה גדול גורם לו לא לענות על צורכי המזעור של חיישני מיקרו CMOS
• צפיפות פינים מוגבלת, מה שמקשה על ההסתגלות לשבבי חיישנים מורכבים עם מספר גבוה של פינים
• ביצועי פיזור חום ממוצעים: המוליכות התרמית הנמוכה של חומרים פלסטיים הופכת אותו ללא מתאים לחיישני הספק גבוהים-.

יתרונות:

• יתרון משמעותי בעלויות: מבטל סוגריים ותהליכי אריזה עצמאיים, וכתוצאה מכך עלויות החומר והתהליך הנמוכות ביותר.
• גובה האריזה הנמוך ביותר, תורם לרזון הכללי של המודול ומתאים למכשירים הרגישים לעובי.​
• תהליך בוגר ואינטגרציה גבוהה: תומך באריזת מצע מרובת-שבבים-, עם קצב פיקסלים מת הניתן לשליטה בתוך 5 ל-100,000.​

חסרונות:

• תחזוקה גרועה ביותר: לא ניתן להחליף שבבים חשופים בנפרד לאחר השתילה, מה שמחייב החלפת המצע כולו במקרה של כשל.
• דרישות מחמירות לסביבת הייצור: הרכבה של PCB דורשת מניעת אבק ולחות, שכן שבבים חשופים רגישים לזיהום.
• זמן תהליך ארוך ותנודות גדולות בשיעור התשואה, הדורשים בקרת תהליך קפדנית.

• אריזת CSP היא בחירת הליבה למזעור חיישני CMOS, במיוחד עבור מצלמות מיקרו במכשירים ניידים כגון טלפונים ניידים ושעונים חכמים. זה יכול למזער את גודל החיישן ולחסוך מקום עבור מודולי עדשות
• בשל מגבלות הגודל, אריזת PLCC משמשת רק בחיישני CMOS בודדים עם דרישות גודל רופפות, כגון מצלמות מעקב מוקדמות או חיישנים תעשייתיים ברזולוציה נמוכה-, והוחלפו בהדרגה.​
• למרות שאריזות COB הן בעלות הגובה הנמוך ביותר, הן דורשות מקום שמור להדבקה ולעציץ. הוא משמש בעיקר במודולי חיישנים הרגישים לעלות ועם הגבלות גודל רופפות, כגון מעקב אבטחה ומכשירי רכב לאחר-שוק.

• משטח המגן מזכוכית של אריזת CSP מפחית את העברת האור, מה שעשוי להשפיע על הרגישות של חיישני CMOS. נדרשת אופטימיזציה של עיצוב אופטי כדי לקזז את רוחות רפאים
• לגוף אריזת הפלסטיק ולפריסת הפינים של אריזת PLCC יש מעט הפרעות לאור, אך נתיב האות ארוך מזה של CSP, מה שעלול לגרום לעיכוב אות בחיישני הדמיה במהירות גבוהה.​
• לאריזת COB אין שכבת אריזה נוספת לחסימת האור, ובאופן תיאורטי משיגים רגישות גבוהה יותר לאור. עם זאת, שבבים חשופים נחשפים ישירות לעציץ; מניעה לא נכונה של אבק עלולה להוביל לכתמים על פני החיישן, ולהשפיע על איכות ההדמיה.

• חיישני CMOS עם אריזת CSP הם בעלי זמן תהליך קצר ועלויות ציוד נמוכות אך מחירי יחידות שבבים גבוהים. הם מתאימים למכשירי דגל בינוניים-עד-גבוהים-שרודפים אחר ביצועים וגודל קיצוניים.​
• לחיישנים עם אריזת PLCC יש תאימות חזקה לתהליכים ועלויות תחזוקה נמוכות אך עלויות חומר גבוהות יותר מאשר COB. הם מתאימים לחיישנים תעשייתיים עם דרישות אמינות גבוהות
• לחיישנים עם אריזות COB יש את עלויות האריזה הנמוכות ביותר, אך דורשים השקעה גדולה בציוד תהליך ומתמודדים עם קשיים בבקרת קצב התפוקה. הם מתאימים לחיישנים בדרגה בינונית-ל-נמוכה-צרכנים- או לציוד מעקב-המוני.

• לחיישנים ארוזים-ב-CSP יש התנגדות חלשה לפגיעה והם מועדים לכשל בסביבות קשות, מה שהופך אותם למתאימים יותר לתרחישי טמפרטורה רגילה בתוך הבית.
• לחיישנים ארוזים של PLCC-יש הגנה מכנית טובה וחיבורי פינים יציבים בצורת J-, המותאמים לסביבות קשות במידה בינונית, כגון יישומי רכב ויישומים תעשייתיים.​
• חיישני COB-ארוזים משיגים הגנה ברמת IP65 באמצעות עציצים, ללא פינות מתות בטיפול. יש להם עמידות חזקה ללחות, חום ותרסיס מלח, מתאים לסביבות מורכבות כמו מעקב חיצוני.