การประกอบแบบชิปบนบอร์ดจะวางไดเปลือยลงบนซับสเตรตโดยตรง เชื่อมต่อด้วยลวดบอนด์ขนาดเล็ก และเคลือบด้วยสารห่อหุ้ม บนแผงวงจรพิมพ์แข็งมาตรฐาน ซับสเตรตนั้นจะคงรูปทรงเดิมไว้ตลอดอายุการใช้งาน บนแผงวงจรยืดหยุ่นหรือ aแผ่นวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น-แข็งแผ่นรองรับถูกออกแบบให้สามารถโค้งงอ พับ หรือยืดหยุ่นได้ ไม่ว่าจะในระหว่างการติดตั้งหรือซ้ำๆ ตลอดช่วงการใช้งานปกติ
ความแตกต่างนั้นทำให้ปัญหาทางวิศวกรรมในระดับไดเปลี่ยนไป ตัวไดเองมีความแข็งและเปราะ ลวดบอนด์มีขนาดเล็กมากและแทบไม่มีโครงค้ำยันตลอดความยาวของมัน และวัสดุห่อหุ้มก็มีความแข็งและค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของตัวเอง องค์ประกอบเหล่านี้ไม่มีชิ้นส่วนใดที่สามารถโค้งงอได้เหมือนกับแผ่นรองที่อยู่รอบ ๆ เมื่อแผ่นรองเคลื่อนที่ แต่ได ลวด และวัสดุห่อหุ้มไม่เคลื่อนที่ตามในลักษณะเดียวกัน ความเค้นจะไปรวมตัวกันที่บริเวณรอยต่อใดก็ตามที่แบ่งส่วนที่แข็งออกจากส่วนที่ยืดหยุ่นได้
นี่คือเหตุผลที่การติดตั้งชิปบนบอร์ดยืดหยุ่น (COB on flex) หรือบอร์ดแข็ง-ยืดหยุ่น (rigid-flex) จำเป็นต้องได้รับการวางแผนในฐานะเป็นระบบเชิงกล ไม่ใช่เพียงระบบไฟฟ้าเท่านั้น การประกอบยังคงต้องเป็นไปตามหลักการพื้นฐานด้านไฟฟ้าและกระบวนการเช่นเดียวกับการติดตั้งชิปบนบอร์ดแข็ง (COB on rigid boards) ซึ่งมีการอธิบายไว้อย่างละเอียดเพิ่มเติมในคู่มือของ PCBCartบทความเกี่ยวกับการยึดติดไดและการเชื่อมลวดแต่การตัดสินใจด้านเลย์เอาต์และวัสดุมีน้ำหนักมากกว่า เพราะตัวบอร์ดเองเป็นส่วนหนึ่งของเส้นทางการรับน้ำเชิงกล
เหตุใดการใช้เฟล็กซ์หรือริจิด-เฟล็กซ์จึงนำมาซึ่งข้อพิจารณาเพิ่มเติม
บนบอร์ดแข็ง เมื่อการรีโฟลว์และการเชื่อมลวดเสร็จสิ้นแล้ว รูปทรงของซับสเตรตก็จะถูกกำหนดตายตัวไปตลอดอายุการใช้งานของชุดประกอบ แรงเครียดทางกลที่เกิดกับจุดยึดไดหรือจุดเชื่อมลวดส่วนใหญ่เกิดจากการไชเคิลความร้อน และสามารถคาดการณ์ได้ค่อนข้างแม่นยำและมีความสม่ำเสมอในดีไซน์ที่ใกล้เคียงกัน
แผงวงจรแบบยืดหยุ่นทำให้สถานการณ์พื้นฐานนั้นเปลี่ยนไป จุดสำคัญของแผ่นรองคือมันสามารถเคลื่อนไหวได้ ไม่ว่าจะถูกขึ้นรูปให้เป็นรูปร่างตายตัวครั้งเดียวในระหว่างการติดตั้ง หรือถูกโค้งงออย่างต่อเนื่องขณะใช้งาน เช่น ในอุปกรณ์สวมใส่ได้หรือการใช้งานแทนสายเคเบิล แผงวงจรพิมพ์ชนิดแข็ง-ยืดหยุ่น (rigid-flex PCB) เพิ่มความซับซ้อนขึ้นไปอีกขั้น เพราะมันผสานส่วนที่เป็นแข็งซึ่งใช้ติดตั้งชิ้นส่วนเข้ากับส่วนที่ยืดหยุ่นซึ่งออกแบบมาให้โค้งงอได้ และบริเวณรอยต่อระหว่างสองส่วนนี้เองก็เป็นรายละเอียดทางกลที่ควรให้ความสำคัญเป็นพิเศษ
โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับ COB ประเด็นนี้มีความสำคัญเพราะไดและลวดเชื่อมมักถูกวางไว้ใกล้กับผิวหน้าของซับสเตรต โดยมีระยะห่างหรือการรองรับทางกลน้อยมาก การดัด บิด หรือความเค้นจากการขึ้นรูปใด ๆ ที่ส่งมาถึงบริเวณนั้นของซับสเตรตจะถูกถ่ายทอดเกือบจะโดยไม่มีการกรองไปยังจุดยึดไดและลูปลวดที่อยู่เหนือขึ้นไปโดยตรง
ความเค้นเชิงกลบนไดและลวดที่ยึดติดระหว่างการดัดงอหรือการขึ้นรูป
รอยต่อยึดชิปได (die attach joint) มักเป็นส่วนแรกที่รับรู้ถึงความเค้นนี้ ชิปซิลิคอนโดยพื้นฐานแล้วเป็นโครงแข็งในสเกลของการงอทั่วไป จึงไม่สามารถดูดซับความโค้งงอได้เหมือนกับแผ่นรอง (substrate) ที่อยู่รอบ ๆ หากมีโซนยืดหยุ่น (flex zone) พาดผ่านด้านล่างหรืออยู่ใกล้กับชิป ความเค้นจากการงอจะไปกระจุกตัวที่ขอบของชิปและที่ผิวรอยต่อยึดชิป และการเกิดวงจรซ้ำ ๆ ของความเค้นนั้นอาจนำไปสู่การลอกล่อนของรอยต่อยึดชิป การแตกร้าวของชิป หรือความล้าแบบช้า ๆ ที่รอยต่อดังกล่าว กาวยึดชิปไดเองก็ต้องดูดซับความเค้นบางส่วนจากความไม่สอดคล้องกันของการขยายตัวทางความร้อนระหว่างชิปกับแผ่นรองอยู่แล้ว แม้จะอยู่บนบอร์ดแข็งก็ตาม ดังนั้นการเพิ่มความเค้นเชิงกลแบบเป็นรอบจากการงอเข้าไปอีก จึงทำให้รอยต่อเดียวกันนี้ต้องรับมือกับแหล่งกำเนิดความเค้นสองแหล่งแยกจากกัน แทนที่จะมีเพียงแหล่งเดียว
ลวดบอนด์มีความเสี่ยงที่เกี่ยวข้องกันแต่แตกต่างออกไป แต่ละจุดบอนด์เป็นช่วงลวดเส้นเล็กที่ไม่มีการรองรับระหว่างจุดยึดสองจุด และความสูงกับรูปทรงของห่วงลวดจะถูกกำหนดไว้อย่างเฉพาะเจาะจงเพื่อหลีกเลี่ยงการสัมผัสกับขอบไดหรือเส้นลวดข้างเคียง การโก่งตัวเพิ่มเติมใด ๆ ที่เกิดขึ้นกับแผ่นรองใต้ห่วงลวดจะเปลี่ยนเรขาคณิตเชิงใช้งานของห่วงนั้น และการงอซ้ำ ๆ สามารถทำให้ลวดล้าและแตกหักบริเวณคอของจุดบอนด์ ซึ่งเป็นจุดอ่อนที่ทราบกันดีในกระบวนการบอนด์ลวดโดยทั่วไป รูปแบบความล้มเหลวที่เกี่ยวข้องกันยังปรากฏให้เห็นในจุดต่อปลายของลวดในตำแหน่งอื่น ๆ บนชุดประกอบ: บทความของ PCBCart เรื่องการไหลซึมของตะกั่วบัดกรีบนปลายสายไฟอธิบายว่าการที่วัสดุแข็งค่อย ๆ แทรกเข้าไปในส่วนของลวดที่จำเป็นต้องคงความยืดหยุ่นไว้ จะทำให้เกิดจุดรวมความเค้นขึ้นตรงบริเวณขอบเขตพอดี ซึ่งเป็นมุมมองที่เป็นประโยชน์ในการทำความเข้าใจว่าเกิดอะไรขึ้นหากส่วนใดส่วนหนึ่งของบริเวณลวดบอนด์บนแผ่นเฟล็กซ์สูญเสียความยืดหยุ่นตามที่ออกแบบไว้
กระบวนการขึ้นรูปควรได้รับการพิจารณาแยกต่างหาก การดัดวงจรแบบยืดหยุ่นหรือแบบยืดหยุ่นร่วมแข็งให้เป็นรูปทรงสุดท้ายตามการติดตั้ง มักเป็นเหตุการณ์การรับแรงเครียดครั้งเดียวที่รุนแรงกว่าสิ่งใด ๆ ที่ชุดประกอบจะเผชิญตลอดหลายปีของการโค้งงอปกติภายหลัง หากรัศมีการดัด เส้นพับ หรือฟิกซ์เจอร์สำหรับการขึ้นรูปไม่ได้ถูกวางแผนโดยคำนึงถึงตำแหน่งของได ขั้นตอนการขึ้นรูปเองอาจกลายเป็นเหตุการณ์ที่สร้างความเสียหายให้กับจุดเชื่อมต่อที่โดยปกติแล้วจะสามารถทนต่อการใช้งานตามปกติได้
ตัวเลือกวัสดุห่อหุ้ม
การห่อหุ้มยังคงทำหน้าที่พื้นฐานแบบเดียวกันบนแผ่นวงจรยืดหยุ่นและยืดหยุ่น-แข็งเหมือนที่ทำบนแผ่นวงจรแข็งแบบ COB คือปกป้องไดและการเชื่อมลวดจากความชื้น การปนเปื้อน และการสัมผัสทางกายภาพ สิ่งที่เปลี่ยนไปคือพฤติกรรมเชิงกลของวัสดุห่อหุ้มจะมีปฏิสัมพันธ์โดยตรงกับแผ่นรองรับที่สามารถเคลื่อนไหวได้
สารห่อหุ้มที่มีความแข็งและมีการเชื่อมขวางกันอย่างหนาแน่นจะสร้างบริเวณรอยต่อจากส่วนแข็งไปสู่ส่วนยืดหยุ่นตรงขอบของบริเวณที่เป็นก้อนเคลือบหรือบริเวณที่ขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์พอดี รอยต่อนั้นเองคือจุดที่ความโค้งงอของแผ่นรองมักจะรวมตัวกัน ดังนั้นสารห่อหุ้มที่แข็งจึงสามารถทำให้โซนยืดหยุ่นแคบลงอย่างมีนัยสำคัญ และย้ายความเค้นจากการดัดให้มารวมที่ขอบของตัวมันเองแทนที่จะกระจายออกอย่างนุ่มนวลกว่า ในบรรดาสารห่อหุ้มที่พบได้ทั่วไปประเภทสารห่อหุ้มโดยทั่วไปแล้วจะถูกใช้กับแผงวงจร PCBA แต่บางสูตรจะถูกเลือกมาเป็นพิเศษเพื่อให้มีมอดูลัสต่ำกว่าและการยืดตัวที่ดีกว่า ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่สำคัญกว่ามากในกรณีนี้เมื่อเทียบกับบนบอร์ดที่ไม่เคลื่อนไหวเลย การจับคู่ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนระหว่างวัสดุห่อหุ้ม ชิป ลวด และซับสเตรตก็มีความสำคัญมากขึ้นเช่นกัน เนื่องจากชุดประกอบแบบยืดหยุ่นจะอยู่ภายใต้ภาระเชิงกลบ่อยกว่าชุดประกอบแบบคงที่
การจัดการระหว่างการประกอบเป็นส่วนหนึ่งของภาพรวมเดียวกัน ต้องจ่ายและบ่มวัสดุห่อหุ้มในขณะที่แผงวงจรถูกยึดให้อยู่ในสภาพเรียบและไม่โค้งงอ เนื่องจากการบ่มวัสดุในสภาพที่มีความเค้นหรือโค้งงออาจทำให้ความเครียดตกค้างถูกล็อกอยู่ในรอยเชื่อมก่อนที่ชิ้นส่วนจะถูกนำไปใช้งานจริง ตารางการบ่มและการออกแบบฟิกซ์เจอร์มีความสำคัญพอ ๆ กับการเลือกใช้เรซินเอง
แนวทางการออกแบบทั่วไป
มีหลักการบางประการที่มักปรากฏขึ้นอย่างสม่ำเสมอเมื่อวางแผนเลย์เอาต์ COB บนบอร์ดเฟล็กซ์หรือริจิด-เฟล็กซ์ โดยไม่ชี้ให้การแก้ไขเพียงวิธีใดวิธีหนึ่งว่าเพียงพอในตัวมันเอง
หากเป็นไปได้ ให้คงพื้นที่ยึดไดซ์อยู่นอกเขตโค้งงอการวางไดบนส่วนที่มีการเสริมความแข็งหรือบนส่วนแข็งของบอร์ดแบบ rigid-flex ให้ห่างจากบริเวณที่ออกแบบมาให้โค้งงอ จะช่วยขจัดปัญหาความเค้นแบบไดนามิกส่วนใหญ่ตั้งแต่ต้นทาง แทนที่จะไปให้วัสดุห่อหุ้มต้องมาชดเชยในภายหลัง
เพิ่มการเสริมความแข็งแรงเฉพาะจุดใกล้แม่พิมพ์หากไม่สามารถย้ายตำแหน่งได้ตัวเสริมความแข็งใต้หรือรอบบริเวณไดช์ช่วยลดความโค้งงอที่ส่งผลถึงโซนยึดไดช์และเชื่อมลวด แม้ในกรณีที่ต้องวางไดช์ให้ใกล้กับบริเวณที่ยืดหยุ่นมากกว่าระยะที่เหมาะสมตามปกติ
วางแผนการขึ้นรูปให้สอดคล้องกับตำแหน่งของแม่พิมพ์ ไม่ใช่ให้ตำแหน่งของแม่พิมพ์ต้องมาปรับตามการขึ้นรูปรัศมีการดัด เส้นพับ และการออกแบบฟิกซ์เจอร์ควรรักษาระยะห่างให้เพียงพอจากไดและบริเวณการเชื่อมลวด เพื่อให้ความเครียดแบบครั้งเดียวจากกระบวนการขึ้นรูปไม่เกินระดับความเครียดที่จุดเชื่อมจะได้รับตลอดอายุการใช้งานทั้งหมด
มองว่าการห่อหุ้มเป็นการป้องกันที่ซ้อนทับบนโครงร่างที่ดีอยู่แล้ว ไม่ใช่สิ่งมาทดแทนโครงร่างนั้นการเลือกวัสดุให้เป็นไปตามข้อกำหนดและให้มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน (CTE) ที่เหมาะสมช่วยได้ แต่จะให้ผลดีที่สุดเมื่อใช้ควบคู่กับการตัดสินใจเกี่ยวกับตำแหน่งการวางไดและการเสริมความแข็ง ซึ่งได้จำกัดปริมาณความเค้นที่ส่งไปถึงไดตั้งแต่แรกอยู่แล้ว
คำถามที่พบบ่อย
COB ทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือบนแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นหรือไม่?
ใช่ การประกอบชิปแบบติดตั้งบนบอร์ด (chip-on-board) ถูกใช้งานบนซับสเตรตแบบยืดหยุ่นและแบบแข็ง-ยืดหยุ่น ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค อุปกรณ์สวมใส่ได้ และผลิตภัณฑ์อื่น ๆ ที่มีข้อจำกัดด้านพื้นที่ ความน่าเชื่อถือขึ้นอยู่กับการหลีกเลี่ยงไม่ให้บริเวณยึดไดและบริเวณเชื่อมลวดเข้าไปอยู่ในโซนที่มีการงอเคลื่อนไหว หรือการชดเชยด้วยการเลือกใช้แผ่นเสริมความแข็งและวัสดุห่อหุ้มที่เหมาะสมเมื่อไม่สามารถหลีกเลี่ยงได้
อะไรเป็นสาเหตุของความล้มเหลวในการยึดติดไดต่อบบนวัสดุรองรับแบบยืดหยุ่น?
ความเครียดจากการดัดซ้ำ ๆ ที่บริเวณจุดยึดได พร้อมกับความไม่สอดคล้องกันของการขยายตัวทางความร้อนซึ่งมีอยู่แล้วในทุกการประกอบแบบ COB อาจนำไปสู่การหลุดล่อน การแตกร้าวของได หรือความล้าตัวแบบค่อยเป็นค่อยไปเมื่อเวลาผ่านไป โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อไดวางอยู่โดยตรงเหนือหรือติดกับบริเวณโซนโค้งงอ
สามารถใช้วัสดุห่อหุ้มมาตรฐานสำหรับ COB บนแผ่นวงจรยืดหยุ่นได้หรือไม่?
สารห่อหุ้มมาตรฐานให้การป้องกันความชื้นและการปนเปื้อนบนแผงวงจรแบบยืดหยุ่นได้เช่นเดียวกับบนแผงวงจรแข็ง แต่สูตรที่มีความแข็งมากอาจทำให้เกิดการรวมตัวของความเค้นที่ขอบเขตของบริเวณที่ถูกห่อหุ้ม สูตรที่มีมอดูลัสต่ำกว่าหรือมีค่าการยืดตัวสูงกว่ามักจะเหมาะสมกว่าสำหรับวัสดุรองรับที่มีการโค้งงอขณะใช้งาน
ควรเก็บไดเสมอให้ห่างจากโซนโค้งงอหรือไม่?
นี่เป็นวิธีที่ง่ายที่สุดและมีประสิทธิภาพมากที่สุดเมื่อเลย์เอาต์เอื้ออำนวย เนื่องจากช่วยขจัดแรงเครียดแบบไดนามิกส่วนใหญ่ได้ตั้งแต่ต้นทาง เมื่อทำไม่ได้ การเสริมความแข็งแรงเฉพาะจุดและการเลือกวัสดุห่อหุ้มอย่างรอบคอบจะกลายเป็นมาตรการชดเชยที่สำคัญมากขึ้น
หากคุณกำลังประเมินโครงการประกอบ COB หรือระดับไดบนซับสเตรตแบบยืดหยุ่นหรือแบบแข็ง-ยืดหยุ่น ทีมงานของ PCBCart สามารถช่วยคุณพิจารณาการจัดวางได การเสริมความแข็งแรง และตัวเลือกการห่อหุ้มให้เหมาะสมกับการออกแบบเฉพาะของคุณ เยี่ยมชม PCBCart'sหน้าบริการประกอบ PCBเพื่อเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับวิธีที่เราสนับสนุนความต้องการการผลิตแบบผสมหลากหลายแต่ปริมาณต่ำ
แหล่งข้อมูลที่เป็นประโยชน์
·การยึดติดชิปและการเชื่อมลวด: กระบวนการประกอบ COB ทำงานอย่างไรจริง ๆ
·ความสามารถขั้นสูงในการประกอบแผงวงจรพิมพ์ (PCB)
