Il montaggio chip-on-board si basa su due fasi di processo che determinano se un die sopravvivrà per tutta la sua vita operativa: il modo in cui viene fissato al substrato e il modo in cui i suoi bond pad sono collegati elettricamente alla scheda. Se una delle due è sbagliata, il guasto spesso non si manifesta finché il dispositivo non è già sul campo. Questo articolo approfondisce il funzionamento effettivo del die bonding e del wire bonding e ciò che può andare storto lungo il percorso. (Per un rapido ripasso della terminologia COB, vedere il PCBCart'svoce di glossario su chip-on-board e glob top.)
Metodi di Die Attach: adesivo conduttivo vs non conduttivo
Prima che avvenga qualsiasi wire bonding, il die nudo deve essere fissato meccanicamente al substrato. L’adesivo scelto per questa fase non riguarda solo il fissaggio meccanico: influisce anche sul percorso termico del die e, in alcuni progetti, sul suo collegamento elettrico alla scheda.
Attacco del die conduttivoutilizza tipicamente un epossidico riempito d’argento o un materiale simile. Questo crea un percorso elettrico tra la parte inferiore del die e il substrato, il che è importante quando il lato posteriore del die deve essere messo a massa o quando il progetto utilizza il substrato come dissipatore di calore. Il riempitivo conduttivo migliora anche la conducibilità termica, aiutando a dissipare il calore dal die durante il funzionamento.
Attacco del chip non conduttivoviene utilizzato quando il lato inferiore del die deve rimanere elettricamente isolato dal substrato — ad esempio, quando tutte le connessioni elettriche vengono realizzate esclusivamente tramite i fili di bonding sul lato superiore. Gli adesivi non conduttivi sono generalmente scelti per il loro comportamento di polimerizzazione, la capacità di assorbire le sollecitazioni e la compatibilità con il materiale del substrato, dato che le prestazioni elettriche non sono il fattore determinante.
In entrambi i casi, lo strato adesivo deve anche assorbire parte delle sollecitazioni meccaniche dovute alla differenza di dilatazione termica tra il die e il substrato. Un adesivo scelto o applicato in modo non corretto può portare alla formazione di vuoti o a delaminazione che si manifesteranno successivamente come un problema di affidabilità piuttosto che come un difetto immediato.
Nozioni di base sul wire bonding: materiali e perché si utilizza il filo sottile
Una volta che il die è fissato, il wire bonding crea i collegamenti elettrici tra i bond pad del die e le piste del substrato.Wire bonding in oroè l'approccio più comune per il lavoro COB, scelto per la sua combinazione di conducibilità elettrica, resistenza alla corrosione e facilità nel formare un legame affidabile sul pad. Altri materiali, come il filo di alluminio o di rame, vengono utilizzati in applicazioni specifiche, ma l'oro rimane il punto di riferimento standard per l'assemblaggio COB generico.
Il filo in sé è estremamente sottile — tipicamente dell’ordine di decine di micron di diametro. Non si tratta di una scelta arbitraria. Un filo sottile permette di formare il giunto senza applicare una forza o un calore eccessivi al die, il che è fondamentale dato quanto siano piccoli e ravvicinati i moderni bond pad. Un filo più fine inoltre si piega e forma anse in modo più prevedibile, il che è importante per mantenere una forma del filo coerente su centinaia di collegamenti su un singolo die o pannello.
Ogni wire bond è realizzato in due fasi: un primo bond sul die pad e un secondo bond sul corrispondente pad del substrato, con un loop di filo controllato che collega i due punti. La forma e l’altezza di questo loop sono importanti: se è troppo piatto, il filo rischia di entrare in contatto con il bordo del die o con i fili adiacenti; se è troppo alto, diventa vulnerabile a danni durante la movimentazione o l’incapsulamento.
Perché l’Ispezione Post-Garanzia È Importante
I collegamenti a filo vengono ispezionati prima dell’incapsulamento per una ragione semplice: una volta che il glob top o un altro incapsulante ricopre il die e i fili, i difetti diventano di fatto impossibili da correggere e spesso invisibili fino a quando l’unità non fallisce in fase di test o sul campo.
L’ispezione in questa fase verifica tipicamente l’accuratezza del posizionamento dei bond, l’altezza e la forma dei loop e la resistenza allo strappo (un test distruttivo o a campione che conferma che il bond può sopportare lo stress meccanico). Poiché l’incapsulamento blocca lo stato in cui si trova l’assemblaggio, questo è l’ultimo punto pratico per individuare un bond debole o mal posizionato prima che diventi un difetto nascosto.
Modalità comuni di guasto da conoscere
In alcuni assemblaggi COB con wire bonding si presentano ripetutamente alcune modalità di guasto:
Sollevamento del legame— il filo si stacca dal pad, di solito a causa di una formazione di giunzione insufficiente o di contaminazione sulla superficie del pad al momento del bonding.
Deviazione del filo— durante l’incapsulamento, il flusso del materiale glob top può fisicamente spingere o deformare i sottili cappi dei fili, causando talvolta cortocircuiti tra fili adiacenti.
Contaminazione— particelle o residui sulla superficie del die o sui bond pad prima del processo di bonding possono impedire la formazione di un corretto legame metallurgico, causando guasti intermittenti o immediati.
Comprendere queste modalità di guasto è parte del motivo per cui il die attach, il wire bonding e l’ispezione sono trattati come una sequenza collegata piuttosto che come fasi isolate: una debolezza introdotta nelle prime fasi spesso diventa visibile solo diversi passaggi più tardi.
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Risorse utili
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