Direct chip attachment

COB e CIRCUITI IBRIDI –

Chip-on-Board è la tecnologia di assemblaggio diretto dei semiconduttori sul PCB. Il microchip o die è montato (die bonding) e collegato elettricamente (wire bonding) sulla scheda come qualsiasi altro componente.

Chip-on-Board, abbreviato COB, si riferisce alla tecnologia di assemblaggio diretto dei semiconduttori, là dove il microchip o die è direttamente montato e collegato elettricamente sulla scheda, anziché sottostare al tradizionale processo che lo vede prima inserito in uno specifico package. L'eliminazione del package convenzionale dalla tecnologia COB semplifica in molti casi la realizzazione del prodotto finale migliorandone nel contempo le prestazioni, grazie ai percorsi di interconnessione elettrica decisamente più corti.
La terminologia con cui si identifica oggi questa consolidata tecnologia è “direct chip attachment”, o DCA. Per realizzare l'assemblaggio sono disponibili diversi substrati, come quelli ceramici e quelli vetro-ceramici, che vantano eccellenti proprietà dielettriche e termiche. Sono utilizzabili anche i tradizionali PCB in materiale organico, che non godono delle identiche caratteristiche, ma è anche vero che costano meno. La tecnologia DCA è realizzabile anche su circuito flessibile, che ha il pregio di potersi piegare, adattandosi alle varie strutture in cui è inserito; assume in questo caso la denominazione di chip-on-flex  (COF) così come si chiamerà chip-on-glass (COG) qualora sia montato su supporto vetroso. Una variante di questa tecnologia è costituita dal flip-chip on board (FCOB) che, a differenza delle versioni precedenti, non richiede il wirebonding in quanto le sue terminazioni elettriche sono costituite dai bump che poggiano direttamente sulle piazzole del substrato. Il suo nome gli deriva dall'avere il lato attivo rivolto verso il circuito stampato; prima di essere incapsulato, con un'operazione chiamata underfill, si inietta una resina protettiva tra i suoi bump, così da conferire una resistenza e una stabilità contro gli stress termodinamici innescati dal funzionamento del circuito alimentato, proteggendo contemporaneamente anche la superficie attiva.
Il Multi Chip Module (MCM) è un componente formato dall'insieme di vari dice montati nello stesso package e si tratta di un'applicazione avanzata della tecnologia COB che ha poi condotto anche allo sviluppo di nuovi package, là dove il concetto di chip-on-chip (COC) ha portato alla realizzazione degli stacked die in cui due o più chip sono assemblati impilandoli uno sull'altro utilizzando la tecnologia COB. È questa una soluzione ideale che, ricorrendo alla “terza” dimensione, consente di razionalizzare ulteriormente lo spazio disponibile.

I vantaggi del processo
I tre principali passaggi del processo che portano alla realizzazione del DCA su scheda sono:

1.    Die attach (piazzamento del die) - Questa fase del processo implica l'applicazione dell'adesivo per dispensazione o serigrafia sulla pad, a cui segue l'accurato piazzamento del die. Il die placement deve essere molto accurato per assicurare il giusto orientamento e la dovuta planarità che consentano di eseguire con successo la successiva operazione di wirebonding. Piazzato il die bisogna provvedere al consolidamento dell'adesivo; quest'operazione di curing avviene per esposizione al calore o all'azione dei raggi ultravioletti (dipende dal tipo di resina); con quest'azione ci si assicura che il piazzamento possa assolvere ai suoi compiti di tenuta meccanica, trasferimento termico e connessione elettrica. Da ultimo, la pulizia con plasma o il lavaggio con solvente, assicurano la rimozione di ogni contaminante dalla superficie del chip e dalle piazzole (quelle sul substrato incluse) che dovranno ospitare la connessione elettrica realizzata col wirebonding.

2.    Il processo di wirebonding è simile a quello utilizzato nella tradizionale produzione di semiconduttori - La tecnologia impiegata può essere di tipo a ultrasuoni per lavorare col filo di alluminio (wedge bonding), oppure termosonico (energia termica e ultrasuoni) per realizzare il ball bonding col filo in oro o in rame. Mediamente il diametro del filo varia dai 17,5 ai 50 µm.

3.    L'incapsulamento, detto anche glop top, è la lavorazione finale che, racchiudendo il chip e i fili che formano le connessioni elettriche, protegge il dispositivo dal danneggiamento meccanico e chimico. Avviene dispensando una resina epossidica che dovrà poi essere polimerizzata a caldo o con raggi ultravioletti.

I vantaggi dati dalla tecnologia DCA partono dalla riduzione dello spazio richiesto o, in alternativa, a parità di volume, possono integrare più funzioni, col risultato finale di contribuire alla riduzione di dimensione e peso del dispositivo. Per molti progetti il ricorso a questa tecnologia comporta anche una sostanziale riduzione dei costi, sicuramente un aumento delle caratteristiche funzionali (prestazioni dei segnali in primis) perché diminuisce la lunghezza dei percorsi elettrici di interconnessione e la resistenza; un ulteriore plus deriva dalla maggiore affidabilità dovuta a una migliore dissipazione termica e alla diminuzione del numero dei giunti di interconnessione e ultimo, ma non per importanza, una migliore difesa nei confronti di chi utilizza il reverse-engineering per copiare i progetti altrui.       

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