Rozwiązania

łączenie drutów

ARKUSZ INFORMACYJNY BAZY WIEDZY

Czym jest łączenie drutowe?

Spawanie drutowe to metoda, w której odcinek miękkiego drutu metalowego o małej średnicy jest mocowany do kompatybilnej powierzchni metalowej bez użycia lutu, topnika, a w niektórych przypadkach z wykorzystaniem temperatury powyżej 150 stopni Celsjusza. Do miękkich metali należą złoto (Au), miedź (Cu), srebro (Ag), aluminium (Al) oraz stopy takie jak pallad-srebro (PdAg) i inne.

Zrozumienie technik i procesów łączenia przewodów w zastosowaniach związanych z montażem mikroelektroniki.
Techniki / procesy łączenia klinowego: łączenie taśmowe, kulkowe termosoniczne i ultradźwiękowe łączenie klinowe
Bonding drutowy to metoda tworzenia połączeń między układem scalonym (IC) lub podobnym urządzeniem półprzewodnikowym a jego obudową lub ramką wyprowadzeń podczas produkcji. Jest ona obecnie powszechnie stosowana do zapewnienia połączeń elektrycznych w zespołach akumulatorów litowo-jonowych. Bonding drutowy jest powszechnie uważany za najbardziej opłacalną i elastyczną spośród dostępnych technologii połączeń mikroelektronicznych i jest stosowany w większości obecnie produkowanych obudów półprzewodnikowych. Istnieje kilka technik bondingu drutowego, w tym: Bonding drutowy termokompresyjny:
Spawanie drutem termokompresyjnym (łączenie potencjalnie łączonych powierzchni (zazwyczaj Au) pod wpływem siły docisku i wysokich temperatur styku, zazwyczaj powyżej 300°C, w celu utworzenia spoiny) zostało pierwotnie opracowane w latach 50. XX wieku dla połączeń międzysystemowych w mikroelektronice. Jednak w latach 60. XX wieku szybko zastąpiło je spawanie ultradźwiękowe i termosoniczne, które stało się dominującą technologią połączeń. Spawanie drutem termokompresyjnym jest nadal stosowane w niszowych zastosowaniach, ale producenci zazwyczaj go unikają ze względu na wysokie (często szkodliwe) temperatury styku wymagane do uzyskania skutecznego połączenia. Spawanie drutem klinowym ultradźwiękowym:
W latach 60. XX wieku ultradźwiękowe łączenie drutem klinowym stało się dominującą metodą połączeń. Zastosowanie wibracji o wysokiej częstotliwości (za pośrednictwem przetwornika rezonansowego) do narzędzia spawającego z jednoczesną siłą zacisku umożliwiło spawanie drutów aluminiowych i złotych w temperaturze pokojowej. Wibracje ultradźwiękowe pomagają w usuwaniu zanieczyszczeń (tlenków, zanieczyszczeń itp.) z powierzchni łączonych na początku cyklu łączenia oraz wspomagają wzrost warstw międzymetalicznych, co przyczynia się do dalszego rozwoju i wzmocnienia połączenia. Typowe częstotliwości łączenia wynoszą 60–120 kHz. Technika klina ultradźwiękowego opiera się na dwóch głównych technologiach: Łączenie dużych (ciężkich) drutów o średnicy >100 µm Łączenie cienkich (małych) drutów o średnicy <75 µm Przykłady typowych cykli łączenia ultradźwiękowego można znaleźć tutaj dla cienkiego drutu i tutaj dla dużego drutu. Łączenie drutów klinem ultradźwiękowym wykorzystuje specjalne narzędzie łączące lub „klin”, zwykle wykonane z węglika wolframu (w przypadku drutu aluminiowego) lub węglika tytanu (w przypadku drutu złotego), w zależności od wymagań procesu i średnicy drutu; dostępne są również kliny z końcówkami ceramicznymi do różnych zastosowań. Łączenie drutów termosonicznych:
W przypadku konieczności dodatkowego nagrzewania (zazwyczaj w przypadku drutu złotego, z temperaturami międzyfazowymi w zakresie 100–250°C), proces ten nazywa się termosonicznym spajaniem drutem. Ma on znaczną przewagę nad tradycyjnym systemem termokompresji, ponieważ wymaga znacznie niższych temperatur międzyfazowych (wspomniano o spawaniu Au w temperaturze pokojowej, ale w praktyce jest to zawodne bez dodatkowego ciepła). Termosoniczne spajanie kulkowe:
Inną formą termosonicznego łączenia drutów jest łączenie kulkowe (zobacz cykl łączenia kulkowego tutaj). Ta metodologia wykorzystuje ceramiczne narzędzie kapilarne zamiast tradycyjnych konstrukcji klinowych, aby połączyć najlepsze cechy łączenia termosprężonego i ultradźwiękowego bez wad. Wibracje termosprężone zapewniają niską temperaturę styku, a pierwsze połączenie, czyli łączenie kulkowe sprężone termicznie, pozwala na ułożenie drutu i łączenia wtórnego w dowolnym kierunku, nie w linii z pierwszym połączeniem, co stanowi ograniczenie w przypadku ultradźwiękowego łączenia drutów. W przypadku automatycznej produkcji wielkoseryjnej, łączenia kulkowe są znacznie szybsze niż łączenia ultradźwiękowe/termosensoryczne (klinowe), co czyni łączenie kulkowe termosprężonym dominującą technologią połączeń w mikroelektronice od ponad 50 lat. Łączenie wstążkowe:
Łączenie taśmowe, wykorzystujące płaskie taśmy metalowe, od dziesięcioleci dominuje w elektronice RF i mikrofalowej (taśma zapewnia znaczną poprawę tłumienia sygnału [efekt naskórkowy] w porównaniu z tradycyjnym drutem okrągłym). Małe taśmy ze złota, zazwyczaj o szerokości do 75 µm i grubości 25 µm, są łączone metodą termosoniczną za pomocą dużego, płaskiego narzędzia do łączenia klinowego. Taśmy aluminiowe o szerokości do 2000 µm i grubości 250 µm można również łączyć metodą ultradźwiękową, ponieważ wzrosło zapotrzebowanie na połączenia o mniejszej pętli i dużej gęstości.

Czym jest drut łączący ze złotem?

Łączenie złotym drutem to proces, w którym złoty drut jest mocowany do dwóch punktów w zespole, tworząc połączenie lub ścieżkę przewodzącą prąd elektryczny. Do utworzenia punktów mocowania złotego drutu wykorzystuje się ciepło, ultradźwięki i siłę. Proces tworzenia punktu mocowania rozpoczyna się od uformowania złotej kulki na końcu kapilary, narzędzia do łączenia drutów. Kulka ta jest dociskana do rozgrzanej powierzchni zespołu, jednocześnie przykładając do narzędzia siłę odpowiednią do danego zastosowania oraz częstotliwość ultradźwięków 60 kHz - 152 kHz. Po utworzeniu pierwszego wiązania, drut jest manipulowany w ściśle kontrolowany sposób, aby uformować odpowiedni kształt pętli, dopasowany do geometrii zespołu. Drugie wiązanie, często nazywane ściegiem, jest następnie formowane na drugiej powierzchni poprzez dociśnięcie drutu i użycie zacisku do rozerwania drutu w miejscu łączenia.

Łączenie drutem złotym oferuje metodę połączeń w obudowach, która charakteryzuje się wysoką przewodnością elektryczną, niemal o rząd wielkości większą niż niektóre luty. Ponadto, druty złote charakteryzują się wysoką tolerancją na utlenianie w porównaniu z innymi materiałami i są bardziej miękkie niż większość, co jest niezbędne w przypadku delikatnych powierzchni.
Proces może się również różnić w zależności od potrzeb montażu. W przypadku materiałów wrażliwych, na drugim obszarze łączenia można umieścić złotą kulkę, aby uzyskać zarówno mocniejsze, jak i „miększe” połączenie, zapobiegając uszkodzeniu powierzchni elementu. W przypadku ciasnych przestrzeni, pojedyncza kulka może służyć jako punkt wyjścia dla dwóch połączeń, tworząc połączenie w kształcie litery „V”. Gdy połączenie drutowe wymaga większej wytrzymałości, kulkę można umieścić na wierzchu szwu, aby utworzyć połączenie zabezpieczające, zwiększając stabilność i wytrzymałość drutu. Liczne zastosowania i warianty łączenia drutowego są praktycznie nieograniczone i można je osiągnąć dzięki zautomatyzowanemu oprogramowaniu w systemach łączenia drutowego firmy Palomar.