Die-on-Board-Montage hängt von zwei Prozessschritten ab, die darüber entscheiden, ob ein Die seine vorgesehene Lebensdauer übersteht: wie es am Substrat befestigt wird und wie seine Bondpads elektrisch mit der Leiterplatte verbunden werden. Wird einer der beiden Schritte falsch ausgeführt, zeigt sich der Ausfall oft erst, wenn das Gerät bereits im Einsatz ist. Dieser Artikel geht eine Ebene tiefer darauf ein, wie Die-Bonding und Drahtbonden tatsächlich funktionieren und was dabei schiefgehen kann. (Eine kurze Auffrischung der COB-Terminologie finden Sie in PCBCartsGlossareintrag zu Chip-on-Board und Glob Top.)
Die-Attach-Methoden: Leitfähiger vs. nicht leitfähiger Klebstoff
Bevor irgendein Drahtbonden stattfinden kann, muss der nackte Chip mechanisch auf dem Substrat befestigt werden. Der für diesen Schritt gewählte Klebstoff dient nicht nur der mechanischen Fixierung – er beeinflusst auch den thermischen Pfad des Chips und in manchen Designs seine elektrische Verbindung zur Leiterplatte.
Leitfähige Die-Befestigungverwendet typischerweise ein silbergefülltes Epoxidharz oder ein ähnliches Material. Dies schafft einen elektrischen Pfad zwischen der Unterseite des Dies und dem Substrat, was wichtig ist, wenn die Rückseite des Dies geerdet werden muss oder wenn das Design das Substrat als Wärmeverteiler nutzt. Die leitfähige Füllung verbessert außerdem die Wärmeleitfähigkeit und hilft dabei, während des Betriebs Wärme vom Die abzuführen.
Nichtleitfähige Die-Befestigungwird verwendet, wenn die Unterseite des Dies elektrisch vom Substrat isoliert bleiben muss – zum Beispiel, wenn alle elektrischen Verbindungen ausschließlich über die Bonddrähte auf der Oberseite hergestellt werden. Nichtleitende Klebstoffe werden im Allgemeinen aufgrund ihres Aushärteverhaltens, ihrer Spannungsaufnahme und ihrer Kompatibilität mit dem Substratmaterial ausgewählt, da die elektrische Leistung nicht der entscheidende Faktor ist.
In beiden Fällen muss die Klebstoffschicht auch einen Teil der mechanischen Spannungen aufnehmen, die aus dem unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Die und Substrat resultieren. Ein schlecht ausgewählter oder schlecht aufgetragener Klebstoff kann zu Hohlraumbildung oder Delamination führen, die sich später als Zuverlässigkeitsproblem und nicht als unmittelbarer Defekt bemerkbar macht.
Grundlagen des Drahtbonden: Materialien und warum Feindraht verwendet wird
Sobald der Die befestigt ist, stellt das Drahtbonden die elektrischen Verbindungen zwischen den Bondpads des Dies und den Leiterbahnen des Substrats her.Gold-Drahtbondenist der gebräuchlichste Ansatz für COB-Arbeiten und wird wegen seiner Kombination aus elektrischer Leitfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit und der leichten Herstellung einer zuverlässigen Verbindung am Pad gewählt. Andere Materialien, wie Aluminium- oder Kupferdraht, werden in speziellen Anwendungen eingesetzt, aber Gold bleibt der Standardreferenzpunkt für COB-Montagen im Allgemeinen.
Der Draht selbst ist extrem fein – typischerweise im Bereich von einigen Dutzend Mikrometern Durchmesser. Das ist keine willkürliche Wahl. Feiner Draht ermöglicht es, die Bondverbindung herzustellen, ohne übermäßige Kraft oder Hitze auf den Die auszuüben, was entscheidend ist, da moderne Bondpads sehr klein und eng beieinander liegen. Dünnerer Draht lässt sich außerdem vorhersagbarer biegen und schleifen, was wichtig ist, um die Drahtform über Hunderte von Bonds auf einem einzelnen Die oder Panel konsistent zu halten.
Jede Drahtbondverbindung wird in zwei Stufen hergestellt: ein erster Bond am Die-Pad und ein zweiter Bond am entsprechenden Substrat-Pad, verbunden durch eine kontrollierte Drahtschleife. Die Form und Höhe dieser Schleife ist entscheidend – ist sie zu flach, besteht die Gefahr, dass der Draht die Die-Kante oder benachbarte Drähte berührt; ist sie zu hoch, wird er anfällig für Beschädigungen während der Handhabung oder des Vergussprozesses.
Warum eine Inspektion nach der Kautionsrückzahlung wichtig ist
Drahtbonds werden vor der Verkapselung aus einem einfachen Grund inspiziert: Sobald Glob-Top oder ein anderes Vergussmaterial den Die und die Drähte bedeckt, lassen sich Defekte praktisch nicht mehr beheben und sind oft unsichtbar, bis die Einheit im Test oder im Feld ausfällt.
Die Inspektion in diesem Stadium überprüft typischerweise die Genauigkeit der Bondplatzierung, die Schlaufenhöhe und -form sowie die Auszugskraft (ein zerstörender oder stichprobenbasierter Test, der bestätigt, dass die Bondverbindung mechanischer Belastung standhalten kann). Da die Verkapselung den jeweiligen Zustand der Baugruppe fixiert, ist dies der letzte praktikable Zeitpunkt, um eine schwache oder falsch platzierte Bondverbindung zu erkennen, bevor sie zu einem versteckten Defekt wird.
Häufige Fehlermuster, die man kennen sollte
In drahtgebondeten COB-Baugruppen treten einige Ausfallarten immer wieder auf:
Anleiheaufwertung— Der Draht löst sich vom Pad, normalerweise aufgrund unzureichender Bondbildung oder Verunreinigungen auf der Pad-Oberfläche zum Zeitpunkt des Bondens.
Drahtverzug– Während der Vergusskapselung kann der Fluss des Glob-Top-Materials die feinen Drahtschleifen physisch verschieben oder verformen und so mitunter Kurzschlüsse zwischen benachbarten Drähten verursachen.
Kontamination— Partikel oder Rückstände auf der Die-Oberfläche oder den Bondpads vor dem Bonden können die Bildung einer ordnungsgemäßen metallurgischen Verbindung verhindern, was zu intermittierenden oder sofortigen Ausfällen führt.
Das Verständnis dieser Ausfallarten ist ein Teil des Grundes, warum Die-Attach, Drahtbonden und Inspektion als zusammenhängende Abfolge statt als isolierte Schritte behandelt werden – eine Schwachstelle, die früh eingeführt wird, wird oft erst mehrere Schritte später sichtbar.
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