Rozwiązania

KLEJENIE DRUTU

ARKUSZ INFORMACYJNY PODSTAWY WIEDZY

Co to jest łączenie drutu?

Spajanie drutowe to metoda mocowania odcinka drutu z miękkiego metalu o małej średnicy do kompatybilnej powierzchni metalowej bez użycia lutowia, topnika, a w niektórych przypadkach z wykorzystaniem ciepła powyżej 150 stopni Celsjusza.Metale miękkie obejmują złoto (Au), miedź (Cu), srebro (Ag), aluminium (Al) i stopy, takie jak srebro palladowe (PdAg) i inne.

Zrozumienie technik i procesów łączenia przewodów w zastosowaniach związanych z montażem mikroelektroniki.
Techniki/procesy łączenia klinowego: taśma, kulka termodźwiękowa i ultradźwiękowe wiązanie klinowe
Łączenie przewodów to metoda tworzenia połączeń między układem scalonym (IC) lub podobnym urządzeniem półprzewodnikowym a jego obudową lub ramką wyprowadzeniową podczas produkcji.Obecnie jest ono również powszechnie stosowane do zapewniania połączeń elektrycznych w zespołach akumulatorów litowo-jonowych. Łączenie przewodowe jest ogólnie uważane za najbardziej opłacalną i elastyczną z dostępnych technologii wzajemnych połączeń mikroelektronicznych i jest stosowane w większości produkowanych obecnie pakietów półprzewodników. istnieje kilka technik łączenia drutu, obejmujących: Łączenie drutu termokompresyjnego:
Łączenie drutów termokompresyjnych (łączenie prawdopodobnych powierzchni (zwykle Au) pod wpływem siły docisku przy wysokich temperaturach międzyfazowych, zwykle większych niż 300°C, w celu wytworzenia spoiny) zostało pierwotnie opracowane w latach pięćdziesiątych XX wieku dla połączeń wzajemnych w mikroelektronice, jednak było to szybko zastąpione przez łączenie ultradźwiękowe i termodźwiękowe w latach 60-tych jako dominującą technologię połączeń wzajemnych.Łączenie termokompresyjne jest nadal stosowane w niszowych zastosowaniach, ale producenci na ogół go unikają ze względu na wysokie (często szkodliwe) temperatury powierzchni styku potrzebne do uzyskania udanego połączenia. Ultradźwiękowe łączenie drutu klinowego:
W latach sześćdziesiątych dominującą metodą łączenia łączników stało się ultradźwiękowe łączenie klinowe.Zastosowanie wibracji o wysokiej częstotliwości (za pośrednictwem przetwornika rezonansowego) do narzędzia łączącego z jednoczesną siłą docisku umożliwiło spawanie drutów aluminiowych i złotych w temperaturze pokojowej.Wibracje ultradźwiękowe pomagają w usuwaniu zanieczyszczeń (tlenków, zanieczyszczeń itp.) z powierzchni klejonych na początku cyklu łączenia oraz w promowaniu wzrostu międzymetalicznego w celu dalszego rozwoju i wzmocnienia wiązania.Typowe częstotliwości spajania to 60 – 120 KHz. Technika klina ultradźwiękowego obejmuje dwie główne technologie procesowe: Spawanie dużym (ciężkim) drutem dla drutów o średnicy > 100 µm Spawanie drobnym (małym) drutem dla drutów o średnicy < 75 µm Przykłady typowych cykli spajania ultradźwiękowego można znaleźć tutaj do cienkiego drutu, a tutaj do dużego drutu. Ultradźwiękowe łączenie drutu klinowego wykorzystuje specjalne narzędzie do spajania lub „klin”, zwykle wykonane z węglika wolframu (w przypadku drutu aluminiowego) lub węglika tytanu (w przypadku drutu złotego) w zależności od wymagań procesu i średnic drutu;dostępne są również kliny z końcówkami ceramicznymi do różnych zastosowań. Klejenie drutem termosonicznym:
Tam, gdzie wymagane jest dodatkowe ogrzewanie (zwykle dla drutu złotego, z granicami łączenia w zakresie 100 – 250°C), proces ten nazywany jest łączeniem drutem termodźwiękowym.Ma to ogromne zalety w porównaniu z tradycyjnym systemem termokompresji, ponieważ wymagane są znacznie niższe temperatury powierzchni styku (wspomniano o wiązaniu Au w temperaturze pokojowej, ale w praktyce jest ono zawodne bez dodatkowego ciepła). Klejenie kulkowe termosoniczne:
Inną formą łączenia drutem termodźwiękowym jest łączenie kulkowe (patrz cykl łączenia kulkowego tutaj).Metodologia ta wykorzystuje ceramiczne narzędzie do łączenia kapilarnego zamiast tradycyjnych konstrukcji klinowych, aby połączyć najlepsze cechy zarówno w zakresie łączenia termokompresyjnego, jak i ultradźwiękowego, bez wad.Wibracje termodźwiękowe zapewniają, że temperatura interfejsu pozostaje niska, podczas gdy pierwszy interkonekt, ściśnięte termicznie wiązanie kulkowe, pozwala na umieszczenie drutu i wiązania wtórnego w dowolnym kierunku, a nie w jednej linii z pierwszym wiązaniem, co jest ograniczeniem w łączeniu drutem ultradźwiękowym .W przypadku automatycznej produkcji na dużą skalę spoiwa kulkowe są znacznie szybsze niż spoiwa ultradźwiękowe/termodźwiękowe (klinowe), co sprawia, że ​​termosoniczne łączenie kulkowe jest dominującą technologią wzajemnych połączeń w mikroelektronice od ponad 50 lat. Klejenie taśmowe:
Łączenie wstęgowe z wykorzystaniem płaskich taśm metalowych od dziesięcioleci dominuje w elektronice RF i mikrofalowej (taśma zapewnia znaczną poprawę utraty sygnału [efekt naskórkowości] w porównaniu z tradycyjnym drutem okrągłym).Małe złote wstążki, zwykle o szerokości do 75 µm i grubości 25 µm, są łączone w procesie termodźwiękowym za pomocą dużego narzędzia do klejenia klinowego o płaskiej powierzchni. Taśmy aluminiowe o szerokości do 2000 µm i grubości 250 µm można również kleić w procesie klinowym ultradźwiękowym, ponieważ wzrosło zapotrzebowanie na połączenia wzajemne o niższej pętli i dużej gęstości.

Co to jest złoty drut wiążący?

Łączenie złotym drutem to proces, podczas którego złoty drut jest mocowany do dwóch punktów zespołu w celu utworzenia połączenia lub ścieżki przewodzącej 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 końcówce narzędzia do łączenia drutu, czyli kapilary.Kulkę tę dociska się do nagrzanej powierzchni montażowej, przykładając do narzędzia zarówno siłę odpowiednią do zastosowania, jak i ruch ultradźwiękowy o częstotliwości 60 kHz – 152 kHz. Po wykonaniu pierwszego połączenia drut będzie manipulowany w ściśle kontrolowany sposób sposób, aby utworzyć odpowiedni kształt pętli dla geometrii zespołu.Drugie wiązanie, często nazywane ściegiem, jest następnie formowane na drugiej powierzchni poprzez dociśnięcie drutu i rozerwanie drutu przy połączeniu za pomocą zacisku.

Łączenie złotym drutem zapewnia metodę łączenia w pakietach, która jest wysoce przewodząca elektrycznie, prawie o rząd wielkości większa niż w przypadku niektórych lutów.Ponadto złote druty mają wysoką tolerancję na utlenianie w porównaniu z innymi materiałami drutów i są bardziej miękkie niż większość, co jest niezbędne w przypadku wrażliwych powierzchni.
Proces może się również różnić w zależności od potrzeb zespołu.W przypadku wrażliwych materiałów na drugim obszarze łączenia można umieścić złotą kulkę, aby utworzyć zarówno mocniejsze, jak i „miększe” wiązanie, aby zapobiec uszkodzeniu powierzchni elementu.W przypadku małych przestrzeni pojedyncza kula może być wykorzystana jako punkt wyjścia dla dwóch wiązań, tworząc wiązanie w kształcie litery „V”.Gdy wiązanie drutowe musi być mocniejsze, na ściegu można umieścić kulkę, aby utworzyć wiązanie zabezpieczające, zwiększając stabilność i wytrzymałość drutu.Wiele różnych zastosowań i odmian łączenia drutowego jest niemal nieograniczonych i można je osiągnąć dzięki zastosowaniu zautomatyzowanego oprogramowania w systemach łączenia drutowego firmy Palomar.