チップオンボード実装では、ベアダイを基板上に直接配置し、細いワイヤボンドで接続し、封止材で覆います。標準的なリジッドPCBでは、その基板は残りの寿命の間、固定された形状のままです。フレキシブル回路基板または aフレックスリジッドPCB基板は、設置時または通常使用時を通じて繰り返し、曲げたり、折りたたんだり、しなったりするように設計されています。
その違いによって、ダイレベルでのエンジニアリング上の問題が変化します。ダイ自体は剛性が高く脆く、ワイヤボンドは細く、その長さ方向はほとんど支持されておらず、さらに封止材にはそれ固有の剛性と熱膨張係数があります。これらの構成要素はいずれも、その周囲の基板のようにはたわむことができません。基板が変形しても、ダイやワイヤ、封止材が同じようには追従して変形しないとき、剛体部と可撓部を分けるあらゆる界面にひずみが集中します。
これが、フレックス基板やリジッドフレックス基板上のCOBを、単なる電気的システムではなく機械的システムとして計画する必要がある理由です。組立は、PCBCartの〜でより詳しく説明されているリジッド基板上のCOBと同じ電気的およびプロセスの基本要件を満たさなければなりません。ダイアタッチとワイヤボンディングに関する記事しかし、レイアウトと素材の選択は、基板自体が機械的荷重経路の一部となるため、より重要な意味を持ちます。
なぜフレックスまたはリジッドフレックスは追加の検討事項をもたらすのか
リジッド基板では、一度リフローとワイヤボンディングが完了すると、その後のアセンブリの寿命全体にわたって基板の形状は固定されます。ダイアタッチ接合部やワイヤボンドにかかる機械的ストレスの大部分は熱サイクルに起因し、類似した設計間では比較的予測可能であり、かつ一様です。
フレキシブル基板は、その前提条件を変化させます。基材の目的は、それが動くことであり、取り付け時に一度だけ所定の形状に成形される場合でも、ウェアラブル機器やケーブル代替用途のように使用中に連続して曲げられる場合でも同様です。リジッドフレックスPCBは、部品を実装するためのリジッド部と、曲げることを目的としたフレックス部を組み合わせることで、さらに別のレイヤーを加えます。そして、この二つの間の遷移領域は、それ自体が注意を払う価値のある機械的ディテールとなります。
特にCOBの場合、ダイとそのボンディングワイヤは通常、基板表面の近くに配置されており、スタンドオフや機械的な緩衝がほとんどありません。基板のその領域に到達するあらゆる曲げ、ねじれ、成形によるひずみは、ほとんどフィルタされることなく、そのままダイ接着部と、そのすぐ上にあるワイヤループへと伝達されます。
フレキシングまたは成形時における接合ダイおよびワイヤへの機械的応力
ダイアタッチ接合部は、通常このひずみを最初に受ける部分である。シリコンダイは、一般的な曲げのスケールでは本質的に剛体であり、周囲の基板のように曲率を吸収することができない。そのため、フレックスゾーンがダイの真下または近傍を通っていると、曲げひずみはダイの端部およびダイアタッチ界面に集中し、そのひずみが繰り返し加わることで、ダイアタッチの剥離、ダイのクラック、あるいは接合部での緩やかな疲労につながる可能性がある。ダイアタッチ用接着剤は、剛性の高い基板上であっても、ダイと基板との熱膨張差による応力をすでに一部吸収しなければならないため、そこにフレックスによる周期的な機械的ひずみが加わると、その同じ接合部は一つではなく二つの別個の応力源に対処しなければならなくなる。
ワイヤボンドも、これに関連しつつも異なるリスクを伴う。各ボンドは、2 つのアンカーポイント間に張られた支持のない細線のスパンであり、そのループ高さと形状は、ダイエッジや隣接するワイヤとの接触を避けるように特別に設定されている。ワイヤループの下にある基板で追加のたわみが生じると、そのループの実効的な形状が変化し、繰り返しの屈曲によって、一般にワイヤボンディングにおける既知の弱点であるボンドネック部でワイヤが疲労する可能性がある。関連する故障パターンは、アセンブリ上の他の場所にあるワイヤ終端部にも現れる。PCBCart の記事ではワイヤリードへのはんだのウィッキング剛性の高い材料が、本来は柔軟性を保たなければならないワイヤ部に侵入することで、ちょうどその境界部分に応力集中部が生じる様子を説明している。これは、フレックス上のワイヤボンド領域の一部でも、意図された柔軟性を失った場合に何が起こるかを考えるうえで有用な捉え方である。
成形作業には個別の注意が必要です。フレックス基板やリジッドフレックス基板を最終的な実装形状に曲げることは、多くの場合、その後の長年にわたる通常の屈曲で受けるどの負荷よりも大きい、一度きりのひずみイベントとなります。もし曲げ半径、折り曲げライン、あるいは成形用治具がダイの位置を考慮して計画されていなければ、成形工程そのものが、本来であれば通常使用には耐えられたはずの接合部を損傷してしまう原因となり得ます。
封止材料の選択
封止は、フレックスおよびリジッドフレックスにおいても、リジッドCOBで果たしている基本的な役割と同じことを依然として行っています。すなわち、ダイやワイヤボンドを湿気、汚染、および物理的接触から保護することです。変化するのは、封止材の機械的挙動が、いまや可動な基板と直接相互作用するようになる点です。
硬く、高度に架橋された封止材は、グロブトップや成形部の縁で、硬質から柔軟への急激な遷移を生じさせます。ちょうどその遷移部こそが基板の反りが集中しやすい場所であるため、剛性の高い封止材は、実質的に柔軟領域を狭め、曲げによるひずみを緩やかに分散させるのではなく、自身の境界付近へと移動させてしまいます。一般的なものの中で封止材の種類一般的なPCBA全体で使用されていますが、一部の配合は、より低い弾性率と優れた伸び率を得るために特別に選択されています。これらの特性は、まったく動かない基板よりも、この用途において重要性が高くなります。封止材、ダイ、ワイヤ、基板間の熱膨張係数のマッチングも、静的なアセンブリよりも可撓性アセンブリの方が機械的負荷を受けている時間が長いため、より重要な要素となります。
組み立て時の取り扱いも同じ問題の一部である。基板が平坦で曲がっていない状態で保持されている間に、封止材は塗布および硬化される必要がある。応力がかかったり曲がった状態で材料を硬化させると、部品が実際の現場に到達する前に、接合部に残留ひずみが固定されてしまう可能性があるためである。硬化スケジュールと治具設計は、樹脂そのものの選択と同じくらい重要である。
一般的な設計ガイドライン
フレックスまたはリジッドフレックス上でCOBレイアウトを計画する際、単独で十分な解決策といえるものはないものの、いくつかの原則が一貫して挙げられます。
可能であれば、ダイ接合エリアをフレックスゾーンの外側に配置してください。ダイを、曲げられることを想定した領域から離れた、補強されたセクションやリジッドフレックス基板のリジッド部に配置することで、後から封止材に補償させるのではなく、動的ひずみの問題の大部分をその源流で取り除くことができる。
金型の移設が不可能な場合は、その近傍に局所的な補強を追加してください。ダイ領域の下または周囲に補強材を設けることで、たとえダイを本来理想的とされる位置よりフレックス領域に近づけて配置しなければならない場合でも、ダイアタッチおよびワイヤボンド領域に到達する反り（曲率）を低減できる。
金型の位置を基準にして作業計画を立て、それ以外をそれに合わせるようにしなさい。曲げ半径、折り線、および治具設計は、成形時の一度きりのひずみが、接合部がその全使用期間を通して受けるひずみを超えないよう、ダイおよびワイヤボンド領域から十分なクリアランスを確保する必要があります。
カプセル化は、適切に設計されたレイアウトの代わりではなく、その上に重ねる保護層として扱うこと。コンプライアンスおよび熱膨張係数（CTE）の整合を考慮した材料選定は有効ですが、それだけではなく、そもそもダイに伝わるひずみ量を制限するダイ配置や補強の決定と組み合わせたときに、最大の効果を発揮します。
よくある質問
COBはフレキシブルPCB上でも信頼性高く動作しますか？
はい、チップオンボード実装は、コンシューマーエレクトロニクス、ウェアラブル機器、その他のスペース制約の厳しい製品において、フレキシブルおよびリジッドフレックス基板の両方で使用されています。信頼性は、ダイアタッチおよびワイヤボンド領域をアクティブな屈曲ゾーンから離しておくこと、あるいはそれが不可能な場合には補強材や封止材の選定によって補償することに大きく依存します。
フレキシブル基板におけるダイアタッチ不良の原因は何ですか？
あらゆるCOB実装に本来存在する熱膨張ミスマッチに加え、ダイ接合部に繰り返し曲げひずみが加わると、特にダイがフレックスゾーンの直上または近傍に位置している場合、剥離、ダイのクラック、あるいは時間の経過に伴う緩慢な疲労を引き起こす可能性があります。
COBをフレックス基板で行う場合、標準的な封止材を使用できますか？
標準的な封止材は、フレックス基板に対してもリジッド基板と同様に、湿気や汚染からの保護を提供するが、剛性の非常に高い配合は、封止領域の境界部に応力集中を生じさせる可能性がある。サービス中に曲げが生じる基板には、より低弾性率またはより高伸びの配合のほうが適合していることが多い。
ダイは常にフレックスゾーンから離しておくべきですか？
レイアウトがそれを許す場合、これは最も単純で最も効果的な手法です。なぜなら、動的な負荷の大部分を源流で取り除くことができるからです。これが不可能な場合には、局所的な剛性強化と慎重な封止材の選定が、より重要な補償手段となります。
フレキシブルまたはリジッドフレックス基板上でのCOBまたはダイレベル実装プロジェクトを評価している場合、PCBCartのチームは、お客様の特定の設計に合わせたダイ配置、補強、封止の選択について検討するお手伝いができます。PCBCartのサイトをご覧くださいPCB組立サービスページ当社が多品種少量生産のニーズにどのように対応しているか、詳細をご覧ください。
役立つリソース
·ダイアタッチとワイヤボンディング：COB実装は実際にはどのように機能するのか
·用語集
