การประกอบแบบชิปบนบอร์ด (Chip-on-board) ขึ้นอยู่กับสองขั้นตอนกระบวนการที่เป็นตัวกำหนดว่าชิปจะสามารถใช้งานได้ตลอดอายุการทำงานหรือไม่: วิธีการยึดชิปเข้ากับแผ่นรอง และวิธีการเชื่อมต่อแผ่นรองบอนด์ของชิปเข้ากับบอร์ดทางไฟฟ้า หากทำผิดพลาดเพียงอย่างใดอย่างหนึ่ง ความล้มเหลวมักจะไม่ปรากฏให้เห็นจนกว่าจะถึงเวลาที่อุปกรณ์ถูกนำไปใช้งานจริง บทความนี้จะลงลึกไปอีกระดับในประเด็นว่าการยึดติดได (die bonding) และการบอนด์ลวด (wire bonding) ทำงานอย่างไรในทางปฏิบัติ และมีสิ่งใดบ้างที่อาจผิดพลาดได้ระหว่างกระบวนการ (หากต้องการทบทวนคำศัพท์ COB แบบรวดเร็ว โปรดดูจาก PCBCart'sรายการอภิธานศัพท์เกี่ยวกับชิปออนบอร์ดและกล็อบท็อป.)
วิธีการติดตั้งได: กาวนำไฟฟ้าเทียบกับกาวไม่ได้นำไฟฟ้า
ก่อนที่จะมีการเชื่อมลวดใด ๆ เกิดขึ้น ไดเปลือยจะต้องถูกยึดติดกับซับสเตรตทางกลเสียก่อน กาวที่เลือกใช้ในขั้นตอนนี้ไม่ได้มีไว้เพื่อการยึดเกาะทางกลเท่านั้น แต่ยังส่งผลต่อเส้นทางการระบายความร้อนของได และในบางการออกแบบ ยังส่งผลต่อการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าระหว่างไดกับบอร์ดอีกด้วย
การยึดติดไดแบบนำไฟฟ้ามักใช้กาวอีพ็อกซี่ผสมเงินหรือวัสดุที่คล้ายกัน ซึ่งจะสร้างเส้นทางไฟฟ้าระหว่างด้านล่างของไดกับซับสเตรต ซึ่งมีความสำคัญเมื่อด้านหลังของไดจำเป็นต้องต่อลงกราวด์ หรือเมื่อการออกแบบใช้ซับสเตรตเป็นตัวกระจายความร้อน วัสดุเติมที่นำไฟฟ้าได้ยังช่วยปรับปรุงการนำความร้อน ช่วยดึงความร้อนออกจากไประหว่างการทำงาน
การยึดติดไดที่ไม่เป็นสื่อนำไฟฟ้าใช้เมื่อด้านล่างของไดต้องคงสภาพเป็นฉนวนไฟฟ้าแยกจากแผ่นรองรับ (substrate) ตัวอย่างเช่น ในกรณีที่การเชื่อมต่อทางไฟฟ้าทั้งหมดทำผ่านลวดบอนด์ที่ด้านบนเพียงอย่างเดียว กาวไม่เป็นสื่อนำไฟฟ้ามักถูกเลือกใช้จากคุณสมบัติการบ่ม การดูดซับความเค้น และความเข้ากันได้กับวัสดุของแผ่นรองรับ เนื่องจากสมรรถนะทางไฟฟ้าไม่ได้เป็นปัจจัยชี้ขาด
ในทั้งสองกรณี ชั้นกาวยังต้องดูดซับความเค้นทางกลบางส่วนที่เกิดจากความไม่สอดคล้องกันของการขยายตัวทางความร้อนระหว่างไดกับแผ่นรองรับ กาวที่เลือกใช้ไม่เหมาะสมหรือทาได้ไม่ดีอาจทำให้เกิดช่องว่างหรือการลอกชั้นกาว ซึ่งจะแสดงออกมาในภายหลังในรูปของปัญหาด้านความเชื่อถือได้ แทนที่จะเป็นข้อบกพร่องที่ตรวจพบได้ทันที
พื้นฐานการเชื่อมลวด: วัสดุและเหตุผลที่ใช้ลวดขนาดเล็ก
เมื่อทำการยึดไดแล้ว การเชื่อมต่อด้วยลวดจะสร้างการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าระหว่างแผ่นรองเชื่อมต่อของไดกับร่องลายตัวนำบนซับสเตรตการเชื่อมต่อด้วยลวดทองเป็นวิธีที่ใช้กันมากที่สุดสำหรับงาน COB เนื่องจากมีคุณสมบัติทั้งด้านการนำไฟฟ้า ความทนทานต่อการกัดกร่อน และความง่ายในการสร้างรอยเชื่อมที่เชื่อถือได้บนแผดแพด วัสดุอื่น ๆ เช่น ลวดอะลูมิเนียมหรือลวดทองแดง จะถูกใช้ในงานเฉพาะทาง แต่ทองคำยังคงเป็นมาตรฐานอ้างอิงสำหรับการประกอบ COB ทั่วไป
ตัวลวดเองมีความละเอียดมาก — โดยทั่วไปมีเส้นผ่านศูนย์กลางอยู่ในช่วงระดับหลายสิบไมครอน ซึ่งไม่ได้เป็นการเลือกแบบสุ่ม ลวดที่มีขนาดเล็กช่วยให้เกิดการบอนด์ได้โดยไม่ต้องใช้แรงกดหรือความร้อนมากเกินไปกับได ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งเมื่อคำนึงถึงขนาดที่เล็กและระยะห่างที่ใกล้กันของแผ่นบอนด์ในอุปกรณ์สมัยใหม่ ลวดที่ละเอียดกว่ายังสามารถโค้งงอและสร้างลูปได้อย่างคาดเดาได้มากกว่า ซึ่งมีความสำคัญต่อการรักษารูปร่างของลวดให้คงที่ในบอนด์หลายร้อยจุดบนไดหรือแผงเพียงชิ้นเดียว
การเชื่อมลวดแต่ละเส้นจะทำในสองขั้นตอน: การเชื่อมครั้งแรกที่แผ่นได และการเชื่อมครั้งที่สองที่แผ่นรองรับบนซับสเตรตที่สอดคล้องกัน โดยมีลูปลวดที่ถูกควบคุมเชื่อมต่อระหว่างทั้งสอง จุดรูปทรงและความสูงของลูปนั้นมีความสำคัญ — ถ้าแบนเกินไป ลวดอาจเสี่ยงสัมผัสกับขอบไดหรือเส้นลวดข้างเคียง; ถ้าสูงเกินไป ก็จะเสี่ยงต่อความเสียหายระหว่างการจัดการหรือการห่อหุ้ม
เหตุใดการตรวจสอบหลังการทำพันธบัตรจึงมีความสำคัญ
มีการตรวจสอบลวดบอนด์ก่อนการห่อหุ้มด้วยเหตุผลง่าย ๆ ประการหนึ่ง: เมื่อมีการเคลือบไดและลวดด้วยก๊อบท็อปหรือวัสดุห่อหุ้มอื่นแล้ว ข้อบกพร่องจะไม่สามารถแก้ไขได้อย่างมีประสิทธิภาพ และมักจะมองไม่เห็นจนกว่ายูนิตจะล้มเหลวระหว่างการทดสอบหรือในการใช้งานจริง
การตรวจสอบในขั้นตอนนี้มักจะตรวจความแม่นยำของตำแหน่งการเชื่อม การวัดความสูงและรูปทรงของลูป และความแข็งแรงในการดึง (การทดสอบแบบทำลายชิ้นงานหรือแบบสุ่มตัวอย่าง เพื่อยืนยันว่าจุดเชื่อมสามารถทนต่อความเค้นทางกลได้) เนื่องจากการหุ้มป้องกันจะตรึงสภาพของชิ้นส่วนประกอบไว้ตามที่เป็นอยู่ นี่จึงเป็นจุดที่เหมาะสมครั้งสุดท้ายในการตรวจพบจุดเชื่อมที่อ่อนแอหรือวางผิดตำแหน่ง ก่อนที่มันจะกลายเป็นข้อบกพร่องแฝง
รูปแบบความล้มเหลวที่พบบ่อยที่ควรระวัง
โหมดความล้มเหลวจำนวนหนึ่งเกิดขึ้นซ้ำๆ ในชุดประกอบ COB แบบเชื่อมต่อด้วยลวด:
ยกพันธบัตร— ลวดแยกออกจากแผ่นรอง โดยมักเกิดจากการสร้างรอยเชื่อมที่ไม่เพียงพอหรือการปนเปื้อนบนผิวแผ่นรองในขณะทำการเชื่อม
การโก่งตัวของลวดระหว่างกระบวนการห่อหุ้ม วัสดุโกลบท็อปที่ไหลตัวอาจดันหรือทำให้ลูปลวดเส้นเล็กเกิดการเสียรูปทางกายภาพ ซึ่งบางครั้งอาจทำให้เกิดการลัดวงจรระหว่างลวดที่อยู่ติดกันได้
การปนเปื้อน— อนุภาคหรือเศษตกค้างบนผิวหน้าชิปไดหรือแผ่นบอนด์ก่อนการบอนด์สามารถป้องกันไม่ให้เกิดการเชื่อมทางโลหะวิทยาที่เหมาะสม ส่งผลให้เกิดความล้มเหลวแบบไม่ต่อเนื่องหรือทันที
การทำความเข้าใจโหมดความล้มเหลวเหล่านี้เป็นส่วนหนึ่งของเหตุผลว่าทำไมการยึดได, การบอนด์ลวด และการตรวจสอบจึงถูกมองว่าเป็นกระบวนการที่เชื่อมโยงกันแทนที่จะเป็นขั้นตอนที่แยกจากกัน เพราะจุดอ่อนที่เกิดขึ้นตั้งแต่ต้นมักจะมองเห็นได้ก็ต่อเมื่อผ่านไปอีกหลายขั้นตอนแล้ว
หากคุณมีโครงการประกอบ COB หรือระดับไดอยู่ระหว่างการพัฒนา โปรดไปที่ [หน้าบริการประกอบ PCB] เพื่อเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับวิธีที่เราสนับสนุนความต้องการการผลิตแบบหลากหลายแต่ปริมาณต่ำ
แหล่งข้อมูลที่เป็นประโยชน์
•การทดสอบ AOI ในการประกอบแผงวงจรพิมพ์ (PCB)
•ความสามารถขั้นสูงในการประกอบแผงวงจรพิมพ์ (PCB)
•ภาพรวมการประกอบแผงวงจรพิมพ์ (PCB)
