Технология COB (Chip-on-Board) представляет из себя процесс непосредственного монтажа кристаллов на подложку. В качестве подложек могут применяться печатные платы, изготовленные из стеклотекстолита различных марок (FR4, FR5), гибкие платы (полиимид) и т.д. Вследствие того, что на подложку монтируются не корпусированные кристаллы, это позволяет повысить коэффициент интеграции изделия и минимизировать его размеры,  а так же дает возможность использовать технологию COB в современных технологических процессах изготовления электронных устройств, стремящихся к миниатюризации конечного продукта (например, для производства мобильных телефонов, различных датчиков и т.д.). Технология Chip-on-Board позволяет создавать микроминиатюрные изделия, контролировать и исправлять ошибки в процессе  их изготовления, гарантирует повышенную надежность.

      Процесс Chip-on-Board или процесс непосредственного монтажа кристаллов включает в себя несколько важных стадий.  Первый шаг в процессе – нанесение адгезива на подложку методом трафаретной печати или методом переноса. В основном же, адгезив наносят методом дозирования. Второй шаг – монтаж кристалла на подложку и отверждение адгезива. Следующий шаг – плазменная очистка, важный момент в технологии перед разваркой проволоки, т.к. необходимо удалить любые загрязнения с поверхности подложки.

     После разварки проволоки, ее и кристалл необходимо защитить, как и любые проводниковые изделия, от воздействий внешней среды. Обычно кристалл с разваренными выводами герметизуют специальным компаундом методом заливки. Отверждение компаунда проводится несколькими способами – под действием высоких температур, облучения УФ или же в нормальных условиях.  

     Последовательность процессов и используемое в технологии оборудование представлены на рисунке 1.

     На рисунке 2 наглядно представлена последовательность Chip-on-Board технологии. На первом этапе наносится защитный барьер от разбрызгивания компаунда (адгезива) на подложку (на рисунке 2 это белое кольцо), наносится он дозированием.

     После этого на место посадки кристалла наносится адгезив (клей) и на него устанавливается сам кристалл, после чего адгезив отверждается (под действием нагревания или облучения УФ). Следующая операция – разварка проволокой. В заключение всю конструкцию заливают жидким компаундом для защиты изделия от внешних воздействий. Итак, рассмотрим все процессы технологии Chip-on-Board подробнее.

 

     Нанесение адгезива это достаточно важный вопрос в технологии COB. Наиболее распространенные адгезивы – это эпоксидные смолы (или клей). Они могут иметь различные свойства в зависимости от требований процесса и своего состава (наполнителя); например, если необходимо получить электрическое соединение между подложкой и кристаллом, то в качестве наполнителя используется серебро; для того чтобы полученное соединение проводило тепло, в качестве наполнителя используются алюминиевые соединения. Отверждение смол может происходить при температурах от +60ºС до +180ºC в течение от 30-60 минут до 6 часов. Отверждение может происходить и в нормальных условиях, в зависимости от типа клея. Есть также и быстро затвердевающие материалы (например, под воздействием УФ излучения), на сушку которых достаточно до 60 секунд.

 

     Существуют и другие менее распространенные адгезивы для технологии Chip-on-Board, например, наполненные серебром стекла. Для их обработки нужна более высокая температура, приблизительно 300ºС-400ºС и около 6-8 минут.

При подборе необходимого адгезива нужно учитывать температурный диапазон его сушки (нельзя применять адгезив, температура плавления которого выше температуры остальных компонентов на подложке).

 

     Как упоминалось выше, существует несколько методов нанесения адгезива. Трафаретная печать более дешевый способ и лучше всего подходит для больших объемов производств. Следующий способ – нанесение адгезива методом переноса. Он дороже первого, но более гибкий, т.к. позволяет выполнять более точные присоединения, с очень маленьким шагом, подходит для изготовления различных изделий. Наиболее общий способ нанесения адгезива – дозирование. Данный способ достаточно дорогой, но очень гибкий и универсальный, что позволяет применять его для многих процессов. Для выполнения того или иного процесса необходимо правильно подобрать адгезив.

 

     Адгезив необходимо наносить таким образом, чтобы он максимально полно покрывал площадь посадки кристалла, в случае образования пустот под кристаллом он может быть подвержен растрескиванию или поломке на последующих операциях. Такие зоны имеют большее термическое сопротивление. Рекомендуемая толщина наносимой эпоксидной смолы должна быть от 13 до 76 микрон, в зависимости от процесса. Более толстый слой отрицательно влияет на термическую устойчивость и вовсе не улучшает сцепление. Что касается операции корпусирования, то при неправильном выборе адгезива могут образовываться зоны, которые могут поглощать воздух и при этом образуются поры.

 

     Сам кристалл устанавливают с помощью вакуумного наконечника для захвата. Пинцет применять для захвата кристаллов не следует. Он часто становится причиной повреждения кромок кристалла и легко соскальзывает, это может привести к потере работоспособности кристалла.

 

            Плазменная чистка – важный шаг в обеспечении чистоты поверхности кристалла и подложки от загрязнений для последующей разварки и заливки жидким компаундом. Ее необходимо выполнять, т.к. на подложке или кристалле могут остаться подтеки смолы, частицы пыли, частички коррозии и другие загрязнения, возникающие на операциях технологического процесса. Загрязнения также могут стать причиной образования пор при герметизации. В связи с этими факторами обязательно нужно проводить плазменную чистку с использованием кислорода или аргона перед разваркой, для удаления галогенов и органических загрязнений, а так же перед герметизацией.

            Разварка проволокой – это необходимый в технологии COB процесс, с его помощью получают электрические соединения между контактными площадками кристалла и контактными площадками подложки. Разваривают проволоку методом ультразвуковой микросварки с помощью специальных автоматов. В качестве соединительного материала используют микропроволоку из алюминия, золота и меди. Наиболее часто применяют проволоку из алюминия и золота. Диаметр проволоки колеблется в пределах от 17 до 500 микрон. При разварке проволокой необходимо контролировать проволоку на прочность – тестировать проволоку на отрыв и на сдвиг соединения. Необходимо отслеживать так же износ клина и капилляра.

 

 

Рисунок 4. Дозирование шприцем.

 

     Жидкий компаунд это обычно или эпоксидная смола или силикон, хотя смола распространена больше. Компаунды для заливки кристалла должны быть непрозрачными, только если не оговорены другие специальные условия. В технологии COB существует несколько способов заливки. Первый способ – литьевая пресс-форма (с помощью специального наконечника уже имеющего специальную форму для заливки). При таком методе остаются отметки на поверхности. Еще один способ – нанесение дозированием с использованием шприца (см. рисунок 4). Это более дорогой способ и занимает больше времени, но он более распространен  по сравнению с первым, т.к. подходит для  различных  процессов.  

     б) двойная вязкость (см. рисунок 5) – при таком методе применяют два компаунда с различной вязкостью. Компаунд с большей вязкостью наносят для образования защитного барьера вокруг корпусируемого компонента, а материалом с меньшей вязкостью заполняют и корпусируют изделие, т.е. кристалл с разваренными выводами.

     в) последний вариант – изоляционная защита. При этом способе используют высокое кольцо для ограничения растекания компаунда.

 

     Для выполнения операций технологии COB применяется специализированное оборудование. Компания «Совтест АТЕ» предлагает полный спектр оборудования, необходимого для данной технологии. Далее подробнее остановимся на оборудовании для каждой отдельной операции.

 

     Как уже упоминалось выше, процесс COB начинается с операции нанесения (дозирования) адгезива для посадки кристалла. Для данной операции применяются дозаторы адгезивов (пасты или клеи). В соответствии с объемом выпуска изделий дозатор следует выбирать либо ручной, либо полуавтоматический, либо автоматический. В зависимости от типа наносимого адгезива дозаторы могут оснащаться различными видами дозирующих головок (время-давление и др.).

     Компания «Совтест АТЕ» предлагает различные виды дозаторов для COB технологии (см. рисунок 6.).

 

 

а) ручной                   б) роботизированный                      в) автоматический

                                                                                                Модель WB300                                  Модель Max II

 

     Особенностями дозаторов являются:

- универсальность,

- простота эксплуатации,

- наличие специализированного ПО для программирования работы и библиотеки форм дозирования,

- повторяемость дозирования до 20 мкм,

- высокая скорость,

- до 100 000 точек дозирования в одной программе и др.

 

     Благодаря универсальности данного оборудования его можно применять и для операции герметизации кристаллов (для нанесения защитных барьеров и последующей заливки кристаллов).

 

     Следующей операцией в технологическом процессе является операция монтажа кристалла. Для этой операции применяются установщики кристаллов. Данные установки также подразделяются на ручные, полуавтоматические и автоматические. Выбор вида автоматизации так же зависит от типа производства и его серийности. Одними из основных характеристик данного оборудования являются точность посадки кристаллов и производительность оборудования.

 

     Предлагаемое компанией «Совтест АТЕ» оборудование для монтажа кристаллов приведено на рисунке 7. Данные установки могут производить монтаж кристаллов практически всеми известными на сегодняшний день методами (монтаж на клей, эвтектика, УЗ, термокомпрессия и т.д.).

 

 

                             а) ручные/полуавтоматические          б) автоматические                       в) высокопроизводительны

                                           Модель UDB-140                         Модель MAT6400                                   Модель 69200 

 

     Так же компания «Совтест АТЕ» предлагает на российском рынке оборудование для высокоточного монтажа кристаллов (с пост-монтажной точностью до 0,5 мкм).

                                                                                                            Модель FC300

     Для сушки и отверждения адгезивов в COB применяются печи отверждения. Процесс отверждения в технологии COB аналогичен процессам оплавления припоя и сушки клея в технологии поверхностного монтажа, а соответственно аналогично и используемое оборудование. Разница между двумя процессами заключается лишь в выборе правильного режима отверждения для соответствующего типа адгезива. ООО Совтест АТЕ предлагает различные варианты печей с максимальной рабочей температурой до 350ºС.

     Следующим видом рассматриваемого оборудования являются установки плазменной очистки. Они представляют собой установки камерного типа с настольным или отдельно стоящим конструктивным исполнением. Стоит отметить так же, что существуют и модели конвейерного типа, но в рамках данной статьи они не рассматриваются.

 

а) настольная конфигурация Модель V6-G

б) отдельно стоящая система Модель V55-G 

 

     Данные установки могут использовать различные газы (кислород, аргон и др.)  и оснащены программируемым логическим контроллером, для настройки параметров процесса, а так же массовыми расходомерами для настройки подачи рабочего газа. Основным отличием установок является размер рабочей камеры, максимальные размеры которой составляют 400х340х450 мм. Установки оснащаются генератором плазмы с частотой 2,45 ГГц и мощностью до 1,2 кВт. Так же установки имеют возможность оснащения несколькими газовыми линиями (до 4-х).

     В зависимости от требований изделия и процесса в технологии COB могут применяться два способа разварки кристаллов: шариковая и клиновая. В соответствии с этим оборудование для выполнения этих операций так же подразделяется на установки шариковой и клиновой сварки. Существуют так же и универсальные установки, позволяющие выполнять оба вида сварки. Для операции разварки компания «Совтест АТЕ» так же предлагает широкий выбор оборудования как для научно-исследовательских целей и мелко серийного производства (ручные и полуавтоматические установки), так и для серийного и высокопроизводительного производства (высокопроизводительные автоматы).

 

а) Автоматическая установка клиновой сварки мод. BJ820

б) Автоматическая установка шариковой сварки модели WB3100

     Оборудование для разварки может работать с алюминиевой и золотой проволокой диаметром от 12,5 до 85 мкм, а так же лентой для клиновой сварки, размерами 25х300 мкм. Точность разварки на автоматизированном оборудовании достигает 1 мкм с шагом менее 40 мкм. Максимальная производительность автоматизированного оборудования для клиновой сварки до 7 соединений в секунду, для шариковой сварки до 17 соединений в секунду.

     Все предлагаемое нашей компанией оборудование для COB может конфигурироваться в соответствии с требованиями заказчика и оснащаться различными оптическими системами (кроме оборудования для плазменной очистки), подогреваемыми монтажными столами, встраиваться в автоматизированную линию и т.д.

     В заключение хотелось бы отметить, что в рамках одной статьи, к сожалению, не возможно рассмотреть все аспекты и проблемы и оборудование по технологии COB. Более подробно ознакомиться с предлагаемом оборудованием Вы можете на сайте нашей компании www.sovtest.ru.

     В статье использованы материалы on-line семинара National semiconductor по проблемам технологии Chip-on-board (http://www.national.com/onlineseminar/2003/die2/transcript.html)