Az alkatrész-beültetési technológiák közül a COB (Chip-On-Board) technológia Magyarországon csak néhány gyártónál van jelen. Tudomásunk szerint sorozatgyártásban vékonyhuzalos (ø=33 µm), két bekötési ponton ékes alumíniumhuzalos ultrahangos bondolást (Wedge-Wedge Ultrasonic Bonding) csak Veszprémben végeznek. Ez a technológia 15 éve működik itt 2 gyártósoron.
A telepítés során először is egy tisztateret kellett kialakítani, ami ennek a technológiának elengedhetetlen követelménye. Ez az üzem külön rezgésmentes alapra épült, elsők között itt kellett bevezetni az ESD-védelmet is. A veszprémi gyárban egy ún. 10000-es tisztatér üzemel (10000 részecske/köbláb lehet jelen), állandó, 22 Celsius-fokos hőmérsékleten, 45 ... 55% páratartalommal, amit külön klímarendszer biztosít. A dolgozók tisztatéri köpenyben, kesztyűben dolgoznak.
A tisztatérben három fő részre lehet osztani a munkafolyamatokat. Minden folyamatot 100%-os optikai ellenőrzés követ.
- Az integrált áramkörök felhelyezése az FR4-es anyagú, 0,2 ... 1,2 mm vastagságú, nyomtatott huzalozású lapra (Die-bonding, chipfelhelyezés). A 35 µm-es rézfóliával borított hordozókon kémiai Ni/Au bevonat (Bondgold) helyezkedik el, amely 8 µm-es nikkel- és 0,1 µm-es aranyrétegből áll.
- Az áramkörök alumíniumhuzalos, ultrahangos összekötése (bondolása) a nyomtatott huzalozású lappal (Wedge-Wedge Bonding)
- A huzalozott (bondolt) áramkörök védelme, azaz befedése (glob topozás).
Chipfelhelyezés
Az integrált áramkörök különböző hordozón kerülnek be a tisztatérbe:
- Waferen (bemért állapotban, a hibásak megjelölve), illetve
- Wafflepackban (csak kiválogatott, jó áramkörökként).
Mivel az integrált áramkörök mérete különböző, a ragasztófelvitel két módszerrel történik.
- A 2×3 mm-es, integrált áramköröknél felcseppentéssel (diszpenzerezéssel). A ragasztó felvitele a nyomtatott huzalozású lap megfelelő felületére csigás adagolófejjel történik.
- Pecsételéssel (Stamping) a 0,4×0,4 mm-es integrált áramköröknél. A felvitelt itt egy speciális pecsételőfej végzi.
Ennek megfelelően kétféle típusú vezetőragasztót használnak.
Ragasztózás után következik az IC-k beültetése gumipipettás, vákuumos fejjel ellátott Pick&Place beültetőberendezéssel.
Az ellenőrzött beültetést elektromos kemencében, 150 °C hőmérsékleten, 15 perc műveleti idő alatt a kikeményítés követi.
Ultrahangos bondolás
Az ultrahangos bondolás (hegesztés) fémek összekötése az érintkezési felülettel párhuzamosan, az összekötendő (hegesztendő) darabba bevezetett mechanikai rezgés, valamint az erre merőlegesen ható sajtoló nyomás egyidejű alkalmazásával. Az összekötendő fémek lehetnek azonosak vagy eltérőek (azonos: Al-Al IC-felület és bondoló huzal, különböző: Ni-Al nyomtatott huzalozású lap és bondolóhuzal).
1. ábra. Példák 1, 2 és 3 IC COB elhelyezésére és bondolásáraA folyamat: az éken átfűzött alumíniumhuzalt egy piezokristályos elektromos szerkezet kitolja az ékből egy általunk beállított előtolásértéknek megfelelően. Az ék a huzalt az nyomtatott huzalozású lapra nyomja, majd az ultrahangos rezgés és az ék nyomása segítségével kialakul a kötés a hordozó és a huzal között (első bond). A bondolófej eltávolodik, a huzalfogó (piezokristály) elengedett állapota miatt a bondolófej mozgásának megfelelően hurok (loop) alakul ki. Az ék a következő kötési pont fölé áll, és az előbb leírt módon létrejön a kötés az integrált áramkör és huzal között (második bond). Ezután a huzalfogó befog és eltávolodik, ekkor a huzal elszakad. Az előtolás után kezdődik a következő kötés létrehozása.
Néhány példa áramkörök bondolásra az 1. ábrán látható.
3 fő paraméter és jellegzetes értéke, ami lényeges a kötés kialakításánál:
1. P (Power), energia: 0,5 ... 1 W (100 kHz-en)
2. F (Force), erő: 30 ... 40 cN
3. T (Time), idő: 5 ... 100 ms
A berendezés fontosabb részegységei:
• ultrahang-generátor (100 kHz),
• mechanikus rezgéstranszformátor,
• szerszám (ék - Wedge).
Ez az eljárás az 1960-as években alakult ki. Létre kellett hozni egy olyan folyamatot, amely a szilíciumalapú áramkörök egységei között stabil elektromos kötést valósít meg. Az eljárás szobahőmérsékleten végezhető.
Az ultrahangos energiaátalakító (Transducer) és az ék (Wedge) biztosítják a kötés létrejöttének feltételeit.
2. ábra. Bondolófej felépítése. A) Piezoelektromos elemekből álló, elektromos-mechanikus átalakításért felelős egység. Feladata a 100 kHz-es elektromos rezgések mechanikus rezgésekké való átalakítása. B) Rögzítő, befogó. Gépspecifikus, az ultrahangos energiaátalakító rögzítését szolgálja a bondolófejhez. C) Kúpos rezgéstovábbító. D) Ék (Wedge)A bondológépek legérzékenyebb része a bondolófej. A veszprémi Balluff gépein - mint az előzőekből kitűnt - piezoelektromos fejek vannak, azaz a huzalelőtolást és a drótszakítást egy piezokristály végzi (korábban elektromechanikus fejjel felszerelt gépeink voltak). A kristályra adott feszültséggel szabályozhatjuk az utat, azaz a huzalelőtolást és a huzalszakítást.
3. ábra. Piezoelektromos bondolófejA bondolóhuzal 33 µm átmérőjű, Al-Si 1% összetételű.
A megfelelő kontaktusfelület kialakításában fontos szerepet játszó ék anyaga volfrám-karbid.
4. ábra. Bondolt kötés elektronmikroszkópos (SEM) képeA Balluff Elektronika Kft.-nél az elfogadott határérték szakításra X-3σ >10 g.
Bondolt áramkörök befedése (Glob Top)
Ez a folyamat nem más, mint az áramkörök befedése a bondolt lábak védelmére, egykomponensű, fekete színű műgyantával. A gyantafelvitelt követi a kikeményítés egy elektromos kemencében 150 °C hőmérsékleten, 60 perc alatt.
Napjainkban a COB az egyik legmegbízhatóbb alkatrész-beültetési és huzalozási technológia, éves darabszáma stabilnak mondható. Egyre több olyan helyen alkalmazzák, ahol biztos kötéseket kell elérni, mint például SIM-kártyáknál, alaplapi vezérlő integrált áramköröknél, MID-eknél.
