L’assemblage « chip-on-board » place une puce nue directement sur un substrat, la relie avec de fins fils de connexion et la recouvre d’un encapsulant. Sur un circuit imprimé rigide standard, ce substrat conserve une forme fixe pendant toute sa durée de vie. Sur uncarte de circuit flexibleou unPCB flex-rigidele substrat est conçu pour se plier, se replier ou fléchir, soit lors de l’installation, soit de manière répétée au cours de l’utilisation normale.
Cette différence modifie le problème d’ingénierie au niveau de la puce. La puce elle-même est rigide et cassante, les connexions par fils sont fines et largement non soutenues sur toute leur longueur, et l’encapsulant possède sa propre rigidité et son propre coefficient de dilatation thermique. Aucun de ces composants ne peut fléchir comme le fait le substrat qui les entoure. Lorsque le substrat se déforme et que la puce, les fils et l’encapsulant ne se déforment pas de la même manière, la contrainte se concentre à l’interface qui sépare les parties rigides des parties flexibles.
C’est pourquoi le COB sur circuit flexible ou rigide‑flex doit être planifié comme un système mécanique, et non pas seulement comme un système électrique. L’assemblage doit toujours respecter les mêmes principes électriques et de procédé que le COB sur circuits rigides, expliqués plus en détail dans le guide de PCBCart.article sur le die attach et le wire bonding, mais les choix de disposition et de matériaux ont plus de poids, car la carte elle-même fait partie du chemin de charge mécanique.
Pourquoi les circuits flexibles ou rigides-flexibles introduisent des considérations supplémentaires
Sur un circuit rigide, une fois le refusion et le raccordement par fils terminés, la forme du substrat est figée pour toute la durée de vie de l’assemblage. Les contraintes mécaniques exercées sur une liaison de fixation de puce ou sur un raccordement par fil proviennent principalement des cycles thermiques, et elles sont relativement prévisibles et uniformes pour des conceptions similaires.
Un circuit imprimé flexible modifie cette base de référence. Tout l’intérêt du substrat est qu’il se déplace, qu’il soit formé une fois dans une forme fixe lors de l’installation ou qu’il soit continuellement plié en service, comme dans un dispositif portable ou une application remplaçant un câble. Un PCB rigide-flex ajoute une autre couche, car il combine des sections rigides destinées à porter des composants avec des sections flexibles conçues pour se plier, et la zone de transition entre les deux constitue un détail mécanique à part entière qui mérite une attention particulière.
Pour le COB en particulier, cela est important car la puce et ses fils de connexion soudés sont généralement placés près de la surface du substrat, avec très peu d’entretoise ou d’amortissement mécanique. Toute contrainte de flexion, de torsion ou de mise en forme qui atteint cette zone du substrat est transférée, en grande partie sans filtrage, vers le joint de fixation de la puce et les boucles de fil situées juste au‑dessus.
Contrainte mécanique sur la puce collée et les fils lors de la flexion ou du formage
La liaison de fixation de la puce est généralement la première à ressentir cette contrainte. Une puce en silicium est essentiellement rigide à l’échelle de la flexion ordinaire, elle ne peut donc pas absorber la courbure comme le fait le substrat qui l’entoure. Si une zone flexible passe en dessous ou à proximité de la puce, la contrainte de flexion se concentre aux bords de la puce et à l’interface de la liaison de fixation, et des cycles répétés de cette contrainte peuvent conduire à un délaminage de la fixation de la puce, à une fissuration de la puce ou à une fatigue progressive au niveau de la liaison. L’adhésif de fixation de la puce doit déjà absorber une partie des contraintes dues au décalage de dilatation thermique entre la puce et le substrat, même sur un circuit rigide ; ajouter une contrainte mécanique cyclique due à la flexion impose donc à cette même liaison de gérer deux sources de contraintes distinctes au lieu d’une seule.
Les connexions par fils présentent un risque connexe mais distinct. Chaque connexion est une portée non supportée de fil fin entre deux points d’ancrage, et sa hauteur de boucle ainsi que sa forme sont définies spécifiquement pour éviter tout contact avec le bord de la puce ou les fils voisins. Toute déflexion supplémentaire du substrat sous une boucle de fil modifie la géométrie effective de cette boucle, et les flexions répétées peuvent fatiguer le fil au col de la connexion, un point faible bien connu dans le câblage par fil en général. Un mode de défaillance connexe apparaît dans les terminaisons de fils ailleurs sur un assemblage : l’article de PCBCart surremontée de soudure sur les fils conducteursdécrit comment l’intrusion d’un matériau rigide dans une section de fil qui doit rester flexible crée un concentrateur de contraintes exactement à la limite — une façon utile de concevoir ce qui se produit si une partie quelconque d’une zone de connexion de fil sur un circuit flexible perd la flexibilité prévue.
Les opérations de formage méritent une attention particulière. Plier un circuit flexible ou rigide-flexible pour lui donner sa forme finale une fois installé constitue souvent un effort de contrainte ponctuel plus important que tout ce que l’assemblage subira ensuite pendant des années de flexion normale. Si le rayon de courbure, la ligne de pliage ou le dispositif de formage ne sont pas conçus en tenant compte de l’emplacement du poinçon, l’étape de formage elle-même peut être l’événement qui endommage une liaison qui aurait autrement survécu au service normal.
Choix de matériaux d'encapsulation
L’encapsulation remplit toujours la même fonction de base sur les circuits flex et rigides-flex qu’elle remplit sur les circuits rigides COB : elle protège la puce et les connexions par fils de l’humidité, de la contamination et des contacts physiques. Ce qui change, c’est que le comportement mécanique de l’encapsulant interagit désormais directement avec un substrat qui se déforme.
Un encapsulant rigide et fortement réticulé crée une transition brusque du rigide au flexible juste au bord de la zone glob-top ou moulée. Cette transition est précisément l’endroit où la courbure du substrat a tendance à se concentrer, de sorte qu’un encapsulant rigide peut effectivement rétrécir la zone flexible et déplacer la contrainte de flexion vers sa propre limite plutôt que de la répartir plus progressivement. Parmi les encapsulants courantstypes d’encapsulantgénéralement utilisé sur l’ensemble des PCBA, certaines formulations sont choisies spécifiquement pour un module plus faible et une meilleure élongation — des propriétés qui comptent davantage ici que sur une carte qui ne bouge jamais. L’adéquation du coefficient de dilatation thermique entre l’encapsulant, la puce, le fil et le substrat a également plus de poids, puisqu’un assemblage flexible est soumis à une charge mécanique pendant une plus grande partie du temps qu’un assemblage statique.
La manipulation pendant l’assemblage fait partie du même ensemble de considérations. L’encapsulant doit être distribué et polymérisé tandis que le substrat est maintenu plat et sans flexion, car la polymérisation du matériau dans une position contrainte ou courbée peut emprisonner une contrainte résiduelle dans le joint avant même que la pièce n’atteigne le terrain. Le profil de polymérisation et la conception du dispositif de maintien sont tout aussi importants que le choix de la résine elle-même.
Principes généraux de conception
Quelques principes reviennent systématiquement lors de la planification d’une disposition COB sur flex ou rigide-flex, sans qu’aucune solution unique ne soit en soi suffisante.
Dans la mesure du possible, maintenez la zone de fixation de la puce en dehors de la zone flexible.Placer le dé sur une section rigidifiée ou sur la partie rigide d’un circuit imprimé rigide-flex, à l’écart de la zone destinée à se plier, élimine la majeure partie du problème de contrainte dynamique à la source plutôt que de demander à l’encapsulant de le compenser ultérieurement.
Ajouter un raidissement local près de la matrice si le déplacement n’est pas possible.Un raidisseur placé sous ou autour de la zone de la puce réduit la courbure qui atteint la zone d’attache de la puce et de connexion des fils, même lorsque la puce doit être située plus près d’une zone flexible que ce qui serait autrement idéal.
Planifiez les opérations de formage en fonction de l’emplacement de la matrice, et non l’inverse.Les rayons de courbure, les lignes de pliage et la conception des montages doivent conserver un dégagement suffisant par rapport à la matrice et à la zone de connexion par fil, de sorte que la déformation unique due au formage ne dépasse pas celle que la jonction subit pendant toute sa durée de service.
Considérez l’encapsulation comme une protection superposée à une conception solide, et non comme un substitut à celle‑ci.La sélection de matériaux pour assurer la conformité et l’adéquation du CTE est utile, mais elle fonctionne au mieux en complément des décisions de placement de la puce et de rigidification qui limitent déjà la quantité de contrainte atteignant la puce dès le départ.
Questions fréquemment posées
Le COB fonctionne-t-il de manière fiable sur les circuits imprimés flexibles ?
Oui, l’assemblage « chip-on-board » est utilisé sur des substrats flexibles et rigides-flex dans l’électronique grand public, les appareils portables et d’autres produits contraints en espace. La fiabilité dépend fortement du maintien de la zone de fixation de la puce et de connexion par fils à l’écart des zones de flexion actives, ou de la compensation par l’ajout de rigidificateurs et le choix de l’encapsulant lorsque cela n’est pas possible.
Quelles sont les causes de défaillance de la fixation de la puce sur un substrat flexible ?
La contrainte de flexion répétée au niveau de la jonction de fixation de la puce, s’ajoutant au décalage de dilatation thermique déjà présent sur tout assemblage COB, peut entraîner un délaminage, une fissuration de la puce ou une fatigue lente au fil du temps — en particulier lorsque la puce est située directement au-dessus ou à proximité d’une zone flexible.
Les encapsulants standard peuvent-ils être utilisés pour le COB sur flex ?
Les encapsulants standard offrent la même protection contre l’humidité et la contamination sur les circuits flexibles que sur les cartes rigides, mais une formulation très rigide peut créer une concentration de contraintes à la limite de la zone encapsulée. Des formulations à module plus faible ou à allongement plus élevé correspondent souvent mieux aux substrats qui fléchissent en service.
Le dé doit-il toujours être maintenu à l’écart de la zone de flexion ?
C’est l’approche la plus simple et la plus efficace lorsque la disposition le permet, puisqu’elle élimine la majeure partie des contraintes dynamiques à la source. Lorsqu’elle n’est pas possible, le renforcement local et un choix soigneux d’encapsulant deviennent des mesures de compensation plus importantes.
Si vous évaluez un projet d’assemblage COB ou au niveau de la puce sur un substrat flexible ou rigide-flex, l’équipe de PCBCart peut vous aider à réfléchir au placement des puces, au renforcement et aux choix d’encapsulation adaptés à votre conception spécifique. Visitez le site de PCBCartPage de service d’assemblage de PCBpour en savoir plus sur la manière dont nous répondons aux besoins de production à forte diversité et faible volume.
Ressources utiles
·Fixation de puce et connexion par fil : comment fonctionne réellement l’assemblage COB
·Capacités avancées d’assemblage de circuits imprimés
