El ensamblaje chip-on-board depende de dos pasos del proceso que determinan si un dado sobrevivirá durante su vida útil: cómo se fija al sustrato y cómo se conectan eléctricamente sus almohadillas de contacto a la placa. Si cualquiera de estos se hace mal, la falla a menudo no aparece hasta que el dispositivo está en el campo. Este artículo profundiza un nivel más en cómo funcionan realmente el pegado del dado y el wire bonding, y qué puede salir mal en el camino. (Para un repaso rápido de la terminología COB, consulte PCBCart'sentrada de glosario sobre chip-on-board y glob top.)
Métodos de unión del chip: adhesivo conductor vs adhesivo no conductor
Antes de que se realice cualquier unión por hilo, el dado desnudo debe fijarse mecánicamente al sustrato. El adhesivo elegido para este paso no solo se trata de la sujeción mecánica, sino que también afecta la ruta térmica del dado y, en algunos diseños, su conexión eléctrica con la placa.
Unión del dado conductoranormalmente utiliza una resina epoxi rellena de plata o un material similar. Esto crea un camino eléctrico entre la parte inferior del chip y el sustrato, lo cual es importante cuando la cara posterior del chip necesita estar conectada a tierra o cuando el diseño utiliza el sustrato como disipador de calor. El relleno conductor también mejora la conductividad térmica, ayudando a extraer el calor del chip durante el funcionamiento.
Unión de dado no conductorase utiliza cuando la cara inferior del dado debe permanecer eléctricamente aislada del sustrato; por ejemplo, cuando todas las conexiones eléctricas se realizan exclusivamente a través de los hilos de unión en la cara superior. Los adhesivos no conductores se eligen generalmente por su comportamiento de curado, su capacidad de absorción de tensiones y su compatibilidad con el material del sustrato, ya que el rendimiento eléctrico no es el factor determinante.
En ambos casos, la capa adhesiva también tiene que absorber parte del esfuerzo mecánico debido a la descoordinación en la expansión térmica entre el dado y el sustrato. Un adhesivo mal elegido o mal aplicado puede provocar la formación de vacíos o la delaminación que se manifiestan posteriormente como un problema de fiabilidad en lugar de un defecto inmediato.
Conceptos básicos del wire bonding: materiales y por qué se usa alambre fino
Una vez que el dado está unido, el wire bonding crea las conexiones eléctricas entre las almohadillas de unión del dado y las pistas del sustrato.Unión por hilo de oroes el enfoque más común para el trabajo COB, elegido por su combinación de conductividad eléctrica, resistencia a la corrosión y facilidad para formar una unión fiable en la almohadilla. Otros materiales, como el aluminio o el hilo de cobre, se utilizan en aplicaciones específicas, pero el oro sigue siendo el punto de referencia estándar para el ensamblaje COB de propósito general.
El propio hilo es extremadamente fino, normalmente en el rango de decenas de micras de diámetro. Esto no es una elección arbitraria. El hilo fino permite que el enlace se forme sin aplicar una fuerza o un calor excesivos al chip, lo cual es fundamental dado lo pequeños y estrechamente espaciados que son los pads de conexión modernos. Un hilo más fino también se dobla y forma bucles de manera más predecible, lo que es importante para mantener una forma de hilo consistente en cientos de uniones en un solo chip o panel.
Cada unión de alambre se forma en dos etapas: una primera unión en la pastilla del chip y una segunda unión en la almohadilla correspondiente del sustrato, con un bucle de alambre controlado que conecta ambas. La forma y la altura de ese bucle son importantes: si es demasiado plano, el alambre corre el riesgo de entrar en contacto con el borde de la pastilla o con alambres vecinos; si es demasiado alto, se vuelve vulnerable a daños durante la manipulación o la encapsulación.
Por qué la inspección posterior a la fianza es importante
Los hilos de conexión se inspeccionan antes del encapsulado por una razón sencilla: una vez que el recubrimiento glob top u otro encapsulante cubre el chip y los hilos, los defectos se vuelven prácticamente imposibles de reparar y, a menudo, invisibles hasta que la unidad falla en las pruebas o en el campo.
La inspección en esta etapa normalmente verifica la precisión de la colocación del enlace, la altura y la forma del bucle, y la resistencia a la tracción (una prueba destructiva o basada en muestras que confirma que el enlace puede soportar el esfuerzo mecánico). Debido a que la encapsulación fija el ensamblaje en el estado en que se encuentra, este es el último punto práctico para detectar un enlace débil o mal colocado antes de que se convierta en un defecto oculto.
Modos de fallo comunes a tener en cuenta
En los ensamblajes COB con unión por cable aparecen repetidamente algunos modos de falla:
Elevación de bonos— el hilo se separa del pad, generalmente debido a una formación de unión insuficiente o a contaminación en la superficie del pad en el momento del conexionado.
Barrido de alambres— durante el encapsulado, el flujo del material de recubrimiento glob top puede empujar físicamente o deformar los finos bucles de alambre, a veces causando cortocircuitos entre alambres adyacentes.
Contaminación— las partículas o residuos en la superficie del dado o en las almohadillas de unión antes del proceso de unión pueden impedir la formación de una unión metalúrgica adecuada, lo que provoca fallas intermitentes o inmediatas.
Comprender estos modos de falla es parte de la razón por la que la unión del dado, el wire bonding y la inspección se tratan como una secuencia conectada y no como pasos aislados: una debilidad introducida al principio a menudo solo se vuelve visible varios pasos después.
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Recursos útiles
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