Řešení

LEPENÍ DRÁTU

ZÁKLADNÍ LIST ZNALOSTÍ

Co je to Wire Bonding?

Drátové spojování je metoda, při které se drát z měkkého kovu o malém průměru připevňuje ke kompatibilnímu kovovému povrchu bez použití pájky, tavidla a v některých případech s použitím tepla nad 150 stupňů Celsia. Mezi měkké kovy patří zlato (Au), měď (Cu), stříbro (Ag), hliník (Al) a slitiny jako palladium-stříbro (PdAg) a další.

Porozumění technikám a procesům spojování drátů pro montážní aplikace mikroelektroniky.
Techniky / procesy klínového lepení: stuha, termosonická kulička a ultrazvukové klínové lepení
Drátové spojování je způsob vytváření propojení mezi integrovaným obvodem (IC) nebo podobným polovodičovým zařízením a jeho pouzdrem nebo rámem během výroby. V současnosti se také běžně používá k zajištění elektrického spojení v sestavách lithium-iontových baterií. Spojování drátů je obecně považováno za nákladově nejefektivnější a nejflexibilnější z dostupných mikroelektronických propojovacích technologií a používá se ve většině polovodičových pouzder vyráběných dnes. je několik technik spojování drátů, které zahrnují: Tepelně-kompresní spojování drátů:
Tepelně-kompresní drátové spojování (spojení s pravděpodobnými povrchy (obvykle Au) společně pod upínací silou s vysokými teplotami rozhraní, obvykle vyššími než 300 °C, za účelem vytvoření svaru), bylo původně vyvinuto v 50. letech 20. století pro propojení mikroelektroniky, nicméně toto bylo rychle nahrazené ultrazvukovým a termosonickým lepením v 60. letech jako dominantní propojovací technologie. Lepení termokompresí se dnes stále používá pro specializované aplikace, ale výrobci se mu obecně vyhýbají kvůli vysokým (často škodlivým) teplotám rozhraní potřebným k vytvoření úspěšného spojení. Ultrazvukové lepení klínovým drátem:
V 60. letech se ultrazvukové klínové spojování drátů stalo dominantní propojovací metodologií. Aplikace vysokofrekvenčních vibrací (přes rezonanční měnič) na spojovací nástroj se současnou upínací silou umožnila svařování hliníkových a zlatých drátů při pokojové teplotě. Tato ultrazvuková vibrace pomáhá při odstraňování kontaminantů (oxidů, nečistot atd.) z lepených povrchů na začátku cyklu lepení a při podpoře intermetalického růstu pro další rozvoj a posílení vazby. Typické frekvence pro spojování jsou 60 – 120 kHz. Technika ultrazvukového klínu má dvě hlavní technologie procesu: Spojování velkých (těžkých) drátů pro dráty o průměru > 100 µmJemné (malé) spojování drátů pro dráty o průměru < 75 µm Příklady typických cyklů ultrazvukového spojování lze nalézt zde pro jemné dráty a zde pro velké dráty. Ultrazvukové klínové spojování drátů používá specifický spojovací nástroj nebo „klín“, obvykle vyrobený z karbidu wolframu (pro hliníkový drát) nebo karbidu titanu (pro zlatý drát) v závislosti na požadavcích procesu a průměrech drátu; K dispozici jsou také klíny s keramickou špičkou pro různé aplikace. Lepení termosonických drátů:
Tam, kde je vyžadováno dodatečné zahřívání (typicky pro zlatý drát, s rozhraními pro lepení v rozsahu 100 – 250 °C), proces se nazývá termosonické lepení drátu. To má velké výhody oproti tradičnímu termokompresnímu systému, protože jsou vyžadovány mnohem nižší teploty rozhraní (bylo zmíněno spojení Au při pokojové teplotě, ale v praxi je nespolehlivé bez dodatečného tepla).
Další formou termosonického spojování drátů je Ball Bonding (viz cyklus kuličkového spoje zde). Tato metodika využívá keramický kapilární spojovací nástroj oproti tradičním klínovým designům, aby se spojily nejlepší kvality jak při termokompresi, tak při ultrazvukovém spojování bez nevýhod. Termozvukové vibrace zajišťují, že teplota rozhraní zůstává nízká, zatímco první propojení, tepelně stlačená kuličková vazba umožňuje umístění drátu a sekundárního spoje v libovolném směru, nikoli v linii s prvním spojem, což je omezení při spojování ultrazvukového drátu . Pro automatickou velkosériovou výrobu jsou kuličkové spoje podstatně rychlejší než ultrazvukové / termosonické (klínové), díky čemuž jsou termosonické kuličkové spoje dominantní technologií propojení v mikroelektronice za posledních 50+ let.
Páskové spojování, využívající ploché kovové pásky, je dominantní v RF a mikrovlnné elektronice po desetiletí (páska poskytuje významné zlepšení ztráty signálu [efekt kůže] oproti tradičnímu kulatému drátu). Malé zlaté pásky, typicky až 75 µm široké a 25 µm silné, jsou spojeny termosonickým procesem s velkým plochým klínovým lepicím nástrojem. Hliníkové pásky až do šířky 2 000 µm a tloušťky 250 µm lze také lepit pomocí ultrazvukového klínového procesu, jako zvýšil se požadavek na propojení s nižší smyčkou a vysokou hustotou.

Co je zlatý spojovací drát?

Spojení zlatého drátu je proces, při kterém je zlatý drát připojen ke dvěma bodům v sestavě, aby se vytvořilo propojení nebo elektricky vodivá cesta. Teplo, ultrazvuk a síla jsou všechny použity k vytvoření připojovacích bodů pro zlatý drát. Proces vytváření připojovacího bodu začíná vytvořením zlaté kuličky na špičce nástroje pro spojování drátu, kapiláry. Tato kulička je přitlačována na vyhřívaný povrch sestavy, přičemž se s nástrojem vyvíjí jak množství síly specifické pro aplikaci, tak i frekvence 60 kHz - 152 kHz ultrazvukového pohybu. způsobem k vytvoření vhodného tvaru smyčky pro geometrii sestavy. Druhá vazba, často označovaná jako steh, je pak vytvořena na druhém povrchu přitlačením drátu dolů a použitím svorky k roztržení drátu ve vazbě.

Spojení zlatého drátu nabízí způsob propojení v rámci pouzder, který je vysoce elektricky vodivý, téměř o řád větší než některé pájky. Kromě toho mají zlaté dráty ve srovnání s jinými drátěnými materiály vysokou toleranci vůči oxidaci a jsou měkčí než většina ostatních, což je nezbytné pro citlivé povrchy.
Proces se také může lišit podle potřeb sestavy. U citlivých materiálů lze na druhou lepicí plochu umístit zlatou kuličku, aby se vytvořila pevnější vazba a „měkčí“ vazba, aby se zabránilo poškození povrchu součásti. V těsných prostorech lze jednu kuličku použít jako výchozí bod pro dvě vazby, čímž vznikne vazba ve tvaru písmene „V“. Pokud je třeba, aby byl drátěný spoj pevnější, lze na steh umístit kuličku, která vytvoří bezpečnostní spoj, čímž se zvýší stabilita a pevnost drátu. Mnoho různých aplikací a variant spojování drátů je téměř neomezené a lze jich dosáhnout použitím automatizovaného softwaru na systémech spojování drátů Palomar.