Какие компоненты представляют собой черные пятна на печатной плате?

Это называется чип на борту. Кристалл приклеен к печатной плате, а от него к контактным площадкам приварены провода. Программное обеспечение Pulsonix PCB, которое я использую, имеет его в качестве дополнительной опции.

Основным преимуществом является снижение стоимости, так как вам не нужно платить за пакет.

Как сказал Леон, этот метод называется Chip-on-board (COB). Вы делаете то же самое, чтобы соединить кристалл непосредственно с печатной платой, как если бы вы соединили контакты в корпусе ИС. Экономия: пакет не нужен. (Можно было бы сказать и без пайки, но это все равно нужно делать, так что на этом особо не сэкономишь).
COB нерентабелен для небольших серий, и, за некоторыми исключениями, вы увидите его только в продуктах массового производства (100 000 ~ 1 млн в год).
Капля представляет собой эпоксидную смолу для механической защиты ИС при соединении; соединительные провода очень тонкие (всего 10$\mu$м для золотой проволоки) и поэтому чрезвычайно хрупкие. Другой формой защиты, которую он предлагает, является защита от обратного проектирования . Это не защита от дурака (смола может быть удалена), но перепроектировать намного сложнее, чем просто выпаивать ИС.

Пример защиты IP: еще несколько лет назад FPGA всегда нуждались во внешней последовательной памяти для загрузки своей конфигурации. Эта конфигурация могла бы быть почти полной конструкцией продукта и, следовательно, дорогой. Тем не менее, просто подключившись к связи между FPGA и памятью конфигурации, каждый мог скопировать проект. Этого можно избежать, объединив FPGA и память COB вместе в один эпоксидный блок.

примечание: кристалл в BGA также приклеен к тонкой печатной плате, которая направляет сигналы от краев кристалла к шариковой решетке внизу. Эта печатная плата является основой корпуса BGA.

Это «чип на борту». Это провод IC, приклеенный непосредственно к плате, а затем защищенный эпоксидной смолой («черная штука»).

Я знаю, что это старый вопрос, но есть один аспект COB, который не упоминался. Проблема в том, что вы должны начать сборку с Known-Good-Die. Компоненты ИС почти всегда тестируются после того, как они упакованы. Просто проще обращаться с упакованным компонентом, чем размещать крошечные зонды на неупакованном чипе. Это проблема для COB, потому что, если вы поместите непроверенный чип, вам потенциально придется выбросить всю сборку, если этот чип окажется плохим. Таким образом, COB обычно должен использовать KGD. Тестирование чипа обычно проводится на уровне пластины до того, как кристалл будет нарезан кубиками (распилен). К сожалению, это тестирование обычно медленное и дорогое (по сравнению с тестированием в пакетах), поэтому оно поглощает часть потенциальной экономии средств COB.