Рішення

З'єднання дротів

ІНФОРМАЦІЙНИЙ ЛИСТ БАЗИ ЗНАНЬ

Що таке склеювання дротом?

З'єднання дротів – це метод, за допомогою якого відрізок м'якого металевого дроту малого діаметра прикріплюється до сумісної металевої поверхні без використання припою, флюсу, а в деяких випадках і з використанням тепла вище 150 градусів Цельсія. До м'яких металів належать золото (Au), мідь (Cu), срібло (Ag), алюміній (Al) та такі сплави, як паладій-срібло (PdAg) та інші.

Розуміння методів та процесів з'єднання дротів для застосувань складання мікроелектроніки.
Методи/процеси клинового склеювання: стрічкове, термозвукове кулькове та ультразвукове клинове склеювання
З'єднання дротів – це метод створення з'єднань між інтегральною схемою (ІС) або подібним напівпровідниковим пристроєм та його корпусом або виводною рамою під час виробництва. Він також широко використовується зараз для забезпечення електричних з'єднань у вузлах літій-іонних акумуляторних батарей. З'єднання дротів зазвичай вважається найекономічнішою та найгнучкішою з доступних технологій мікроелектронного з'єднання та використовується в більшості напівпровідникових корпусів, що виробляються сьогодні. Існує кілька методів з'єднання дротів, включаючи: Термокомпресійне з'єднання дротів:
Термокомпресійне з'єднання дротів (з'єднання з ймовірними поверхнями (зазвичай Au) разом під дією сили затиску з високими температурами розділу фаз, зазвичай понад 300°C, для створення зварного шва) було спочатку розроблено в 1950-х роках для з'єднань мікроелектроніки, проте в 60-х роках його швидко замінило ультразвукове та термозвукове з'єднання як домінуюча технологія з'єднання. Термокомпресійне з'єднання досі використовується для нішевих застосувань, але виробники зазвичай уникають його через високі (часто шкідливі) температури розділу фаз, необхідні для успішного з'єднання. Ультразвукове клиноподібне з'єднання дротів:
У 1960-х роках ультразвукове клиноподібне з'єднання дротів стало домінуючою методологією з'єднання. Застосування високочастотної вібрації (через резонансний перетворювач) до інструменту для з'єднання з одночасним затискним зусиллям дозволило зварювати алюмінієві та золоті дроти за кімнатної температури. Ця ультразвукова вібрація допомагає видаляти забруднення (оксиди, домішки тощо) з поверхонь, що з'єднуються, на початку циклу з'єднання та сприяє росту інтерметалідів для подальшого розвитку та зміцнення з'єднання. Типові частоти для з'єднання становлять 60–120 кГц. Метод ультразвукового клиноподібного з'єднання має дві основні технології процесу: з'єднання великих (товстих) дротів для дротів діаметром >100 мкм; з'єднання тонких (малих) дротів для дротів діаметром <75 мкм. Приклади типових циклів ультразвукового з'єднання можна знайти тут для тонкого дроту та тут для великого дроту. Ультразвукове клиноподібне з'єднання дротів використовує спеціальний інструмент для з'єднання або «клин», зазвичай виготовлений з карбіду вольфраму (для алюмінієвого дроту) або карбіду титану (для золотого дроту) залежно від вимог процесу та діаметрів дроту; Також доступні керамічні клини для різних застосувань. Термозвукове з'єднання дроту:
Там, де потрібне додаткове нагрівання (зазвичай для золотого дроту, з температурами поверхонь склеювання в діапазоні 100–250°C), процес називається термозвуковим склеюванням дроту. Це має великі переваги порівняно з традиційною системою термостискання, оскільки потрібні набагато нижчі температури поверхонь склеювання (згадувалося про склеювання Au за кімнатної температури, але на практиці воно ненадійне без додаткового нагрівання). Термозвукове кулькове склеювання:
Іншою формою термозвукового з'єднання дротів є кулькове з'єднання (див. цикл кулькового з'єднання тут). Ця методологія використовує керамічний капілярний інструмент для з'єднання замість традиційних клинових конструкцій, щоб поєднати найкращі якості як термостиснення, так і ультразвукового з'єднання без недоліків. Термозвукова вібрація забезпечує низьку температуру інтерфейсу, тоді як перше з'єднання, термічно стиснене кулькове з'єднання, дозволяє розміщувати дріт та вторинне з'єднання в будь-якому напрямку, не на одній лінії з першим з'єднанням, що є обмеженням в ультразвуковому з'єднанні дротів. Для автоматичного виробництва великих обсягів кулькові з'єднувачі значно швидші, ніж ультразвукові/термозвукові (клинові) з'єднувачі, що робить термозвукове кулькове з'єднання домінуючою технологією з'єднання в мікроелектроніці протягом останніх 50+ років. Стрічкове з'єднання:
Стрічкове склеювання з використанням плоских металевих стрічок домінує в радіочастотній та мікрохвильовій електроніці протягом десятиліть (стрічка забезпечує значне покращення втрат сигналу [скін-ефект] порівняно з традиційним круглим дротом). Маленькі золоті стрічки, зазвичай шириною до 75 мкм та товщиною 25 мкм, склеюються за допомогою термозвукового процесу з використанням великого плоского клинового інструменту для склеювання. Алюмінієві стрічки шириною до 2000 мкм та товщиною 250 мкм також можна склеювати за допомогою ультразвукового клинового процесу, оскільки зросла потреба в з'єднаннях з низьким числом петель та високою щільністю.

Що таке золотий скріплювальний дріт?

З'єднання золотим дротом – це процес, за допомогою якого золотий дріт кріпиться до двох точок у вузлі, утворюючи з'єднання або електропровідний шлях. Для формування точок кріплення золотого дроту використовуються тепло, ультразвук та сила. Процес створення точки кріплення починається з формування золотої кульки на кінчику інструменту для з'єднання дротом – капіляра. Ця кулька притискається до нагрітої поверхні вузла, одночасно застосовуючи як специфічну для застосування силу, так і ультразвуковий рух з частотою 60–152 кГц за допомогою інструменту. Після того, як перше з'єднання буде створено, дріт буде маніпулювати суворо контрольованим чином, щоб сформувати відповідну форму петлі для геометрії вузла. Другий зв'язок, який часто називають стібком, потім формується на іншій поверхні шляхом натискання дротом та використання затискача для розриву дроту в місці з'єднання.

З'єднання золотим дротом пропонує метод з'єднання в корпусах, який має високу електропровідність, майже на порядок вищу, ніж деякі припої. Крім того, золоті дроти мають високу стійкість до окислення порівняно з іншими дротовими матеріалами та м'якші за більшість, що важливо для чутливих поверхонь.
Процес також може змінюватися залежно від потреб складання. У випадку з чутливими матеріалами, золоту кульку можна помістити на другу зону склеювання, щоб створити як міцніший, так і «м’якший» зв’язок, щоб запобігти пошкодженню поверхні компонента. У вузьких просторах одну кульку можна використовувати як відправну точку для двох з’єднань, утворюючи V-подібне з’єднання. Коли дротове з’єднання має бути більш міцним, кульку можна помістити поверх стібка, щоб утворити захисний зв’язок, підвищуючи стабільність і міцність дроту. Безліч різних застосувань та варіацій дротового з’єднання практично безмежні та можуть бути досягнуті завдяки використанню автоматизованого програмного забезпечення в системах дротового з’єднання Palomar.