L’assemblaggio chip-on-board posiziona un die nudo direttamente su un substrato, lo collega con sottili wire bond e lo ricopre con un incapsulante. Su un PCB rigido standard, quel substrato mantiene una forma fissa per tutta la sua vita. Su uncircuito stampato flessibileo unPCB flessibile-rigidoil substrato è progettato per piegarsi, ripiegarsi o flettersi, sia durante l'installazione sia ripetutamente durante il normale utilizzo.
Questa differenza modifica il problema di ingegneria a livello di die. Il die stesso è rigido e fragile, i collegamenti a filo sono sottili e in gran parte non supportati lungo la loro lunghezza, e l’incapsulante ha la propria rigidità e il proprio coefficiente di dilatazione termica. Nessuno di questi componenti può flettersi come fa il substrato che li circonda. Quando il substrato si muove e il die, i fili e l’incapsulante non si muovono allo stesso modo, la deformazione si concentra in qualunque interfaccia separi le parti rigide da quelle flessibili.
Ecco perché il COB su flessibile o rigido-flessibile deve essere progettato come un sistema meccanico, non solo elettrico. L’assemblaggio deve comunque soddisfare gli stessi principi elettrici e di processo del COB su circuiti rigidi, trattati in maggior dettaglio nella guida di PCBCartarticolo sul die attach e sul wire bonding, ma le decisioni relative al layout e ai materiali hanno un peso maggiore perché la scheda stessa fa parte del percorso di carico meccanico.
Perché i circuiti flessibili o rigido-flessibili introducono ulteriori considerazioni
Su una scheda rigida, una volta completati il reflow e il wire bonding, la forma del substrato rimane fissa per tutta la vita dell’assieme. Le sollecitazioni meccaniche su un giunto di die-attach o su un wire bond derivano principalmente dai cicli termici e sono relativamente prevedibili e uniformi in progetti simili.
Un circuito stampato flessibile cambia tale base di riferimento. L’intero scopo del substrato è che si muova, sia che venga modellato una volta in una forma fissa durante l’installazione, sia che venga piegato continuamente in esercizio, come in un dispositivo indossabile o in un’applicazione che sostituisce un cavo. Un PCB rigido-flessibile aggiunge un ulteriore livello, perché combina sezioni rigide destinate a ospitare i componenti con sezioni flessibili destinate a piegarsi, e la zona di transizione tra le due costituisce un dettaglio meccanico a sé stante che merita attenzione.
Per il COB in particolare, questo è importante perché il die e i suoi fili di bonding sono solitamente posizionati vicino alla superficie del substrato, con poco distanziamento o smorzamento meccanico. Qualsiasi sollecitazione di flessione, torsione o formatura che raggiunge quell’area del substrato viene trasferita, in gran parte senza filtraggio, nel giunto di fissaggio del die e nei loop dei fili che si trovano proprio sopra di esso.
Sollecitazione meccanica sul die incollato e sui fili durante la flessione o la formatura
Il giunto di die attach è di solito il primo elemento a subire questa sollecitazione. Un die di silicio è essenzialmente rigido alla scala della normale flessione, quindi non può assorbire la curvatura come fa il substrato che lo circonda. Se una zona flessibile passa al di sotto o vicino al die, la sollecitazione da flessione si concentra ai bordi del die e all’interfaccia di die attach, e cicli ripetuti di tale sollecitazione possono portare a delaminazione del die attach, frattura del die o lenta fatica del giunto. L’adesivo di die attach deve già assorbire una certa tensione dovuta al disadattamento di espansione termica tra die e substrato, anche su una scheda rigida, quindi aggiungere una sollecitazione meccanica ciclica dovuta alla flessione impone a quello stesso giunto di gestire due diverse sorgenti di stress invece di una.
I collegamenti a filo comportano un rischio correlato ma distinto. Ogni collegamento è una campata non supportata di filo sottile tra due punti di ancoraggio, e la sua altezza e forma dell’asola sono impostate specificamente per evitare il contatto con il bordo del die o con i fili adiacenti. Qualsiasi ulteriore flessione del substrato al di sotto di un’asola modifica la geometria effettiva di tale asola e le sollecitazioni ripetute possono affaticare il filo al collo del giunto, un noto punto debole nel wire bonding in generale. Un modello di guasto correlato compare nelle terminazioni a filo in altre parti di un assieme: l’articolo di PCBCart surisalita della saldatura sui terminali dei filidescrive come il materiale rigido che penetra in una sezione di filo che deve rimanere flessibile crei un concentratore di tensione proprio al confine — un modo utile di pensare a ciò che accade se qualsiasi parte di un’area di wire bond su un flessibile perde la flessibilità prevista.
Le operazioni di formatura meritano un’attenzione specifica. Piegare un circuito flessibile o rigido-flessibile nella sua forma finale di installazione rappresenta spesso un evento di sollecitazione unico e più gravoso di qualsiasi cosa l’assemblaggio subisca durante anni di normale flessione successiva. Se il raggio di curvatura, la linea di piega o l’attrezzatura di formatura non vengono progettati tenendo conto della posizione dello stampo, la fase di formatura stessa può essere l’evento che danneggia una giunzione che altrimenti avrebbe resistito al normale servizio.
Scelte dei materiali di incapsulamento
L’incapsulamento svolge ancora la stessa funzione di base sui circuiti flessibili e rigido‑flessibili che svolge sui circuiti rigidi COB: protegge il die e i collegamenti a filo da umidità, contaminazione e contatto fisico. Ciò che cambia è che il comportamento meccanico dell’incapsulante ora interagisce direttamente con un substrato che si muove.
Un incapsulante rigido e altamente reticolato crea una transizione da rigido a flessibile proprio sul bordo dell’area glob-top o stampata. Tale transizione è esattamente il punto in cui tende a concentrarsi la curvatura del substrato, quindi un incapsulante rigido può di fatto restringere la zona flessibile e spostare la sollecitazione di flessione verso il proprio limite anziché distribuirla in modo più graduale. Tra i comunitipi di incapsulanteutilizzato generalmente in tutta la PCBA, alcune formulazioni sono scelte specificamente per un modulo inferiore e una migliore elongazione — proprietà che qui contano di più rispetto a una scheda che non si muove mai. Anche la corrispondenza del coefficiente di dilatazione termica tra l’incapsulante, il die, il filo e il substrato ha un peso maggiore, poiché un assieme flessibile è sottoposto a carico meccanico per più tempo rispetto a uno statico.
La manipolazione durante l’assemblaggio fa parte dello stesso quadro. L’incapsulante deve essere dosato e polimerizzato mentre il substrato è mantenuto piatto e non flesso, poiché la polimerizzazione del materiale in una posizione sollecitata o piegata può bloccare una tensione residua nel giunto prima ancora che il componente venga messo in servizio. Il profilo di polimerizzazione e la progettazione delle attrezzature di fissaggio sono importanti quanto la scelta della resina stessa.
Linee guida generali di progettazione
Alcuni principi ricorrono costantemente nella pianificazione di un layout COB su flessibile o rigido-flessibile, senza indicare alcuna singola soluzione come sufficiente di per sé.
Se possibile, mantenere l’area di fissaggio del die al di fuori della zona flessibile.Posizionare il die su una sezione irrigidita o sulla parte rigida di un circuito rigido-flessibile, lontano dall’area destinata a flettersi, elimina la maggior parte del problema della sollecitazione dinamica alla sua origine invece di chiedere all’incapsulante di compensarlo in un secondo momento.
Aggiungere un irrigidimento locale vicino allo stampo se lo spostamento non è possibile.Un irrigiditore sotto o attorno all’area del die riduce la curvatura che raggiunge la zona di die attach e wire bond, anche quando il die deve trovarsi più vicino a una regione flessibile di quanto sarebbe altrimenti ideale.
Pianifica le operazioni di formatura in base alla posizione dello stampo, non il contrario.I raggi di curvatura, le linee di piega e la progettazione del fissaggio devono mantenere una distanza sufficiente dalla matrice e dall’area di wire bonding affinché la sollecitazione una tantum della formatura non superi quella a cui il giunto è sottoposto durante l’intero ciclo di vita operativo.
Considera l’incapsulamento come una protezione stratificata sopra una struttura ben progettata, non come un suo sostituto.La selezione dei materiali per garantire la conformità e l’abbinamento del CTE è utile, ma funziona al meglio insieme alle decisioni sul posizionamento del die e sull’irrigidimento che già limitano, in primo luogo, la quantità di deformazione che raggiunge il die.
Domande frequenti
Il COB funziona in modo affidabile sui PCB flessibili?
Sì, l’assemblaggio chip-on-board viene utilizzato su substrati flessibili e rigido-flessibili in tutta l’elettronica di consumo, nei dispositivi indossabili e in altri prodotti con spazio limitato. L’affidabilità dipende in larga misura dal mantenere l’area di fissaggio del die e di wire bonding lontana dalle zone di flessione attive, oppure dal compensare tramite l’uso di irrigidimenti e la scelta dell’incapsulante quando ciò non è possibile.
Cosa causa il guasto del die attach su un substrato flessibile?
La sollecitazione di flessione ripetuta al giunto di fissaggio del die, oltre al già presente disallineamento di dilatazione termica in qualsiasi assemblaggio COB, può portare a delaminazione, cricche nel die o lenta fatica nel tempo, in particolare quando il die è posizionato direttamente sopra o vicino a una zona flessibile.
Si possono utilizzare incapsulanti standard per il COB su flessibile?
Gli incapsulanti standard offrono la stessa protezione dall’umidità e dalla contaminazione sui circuiti flessibili come su quelli rigidi, ma una formulazione altamente rigida può creare una concentrazione di sollecitazione al confine dell’area incapsulata. Le formulazioni a modulo inferiore o con maggiore allungamento sono spesso una scelta migliore per i substrati che flettono durante il servizio.
Il die deve sempre essere tenuto lontano dalla zona di flessione?
È l'approccio più semplice ed efficace quando il layout lo consente, poiché elimina alla fonte la maggior parte delle sollecitazioni dinamiche. Quando ciò non è possibile, l'irrigidimento locale e un'attenta selezione dell'incapsulante diventano misure compensative più importanti.
Se stai valutando un progetto di assemblaggio COB o a livello di die su un substrato flessibile o rigido-flessibile, il team di PCBCart può aiutarti a valutare il posizionamento del die, il rinforzo e le scelte di incapsulamento per il tuo specifico design. Visita PCBCart'sPagina del servizio di assemblaggio PCBper saperne di più su come supportiamo le esigenze di produzione ad alta varietà e basso volume.
Risorse utili
·Die Attach e Wire Bonding: Come Funziona Davvero l'Assemblaggio COB
·Capacità avanzate di assemblaggio PCB
