Riešenia

LEPENIE DRÔTU

INFORMAČNÝ LIST ZNALOSTÍ

Čo je to Wire Bonding?

Drôtové lepenie je metóda, pri ktorej sa drôt z mäkkého kovu s malým priemerom pripája na kompatibilný kovový povrch bez použitia spájky, taviva a v niektorých prípadoch aj s použitím tepla nad 150 stupňov Celzia. Medzi mäkké kovy patrí zlato (Au), meď (Cu), striebro (Ag), hliník (Al) a zliatiny ako paládium-striebro (PdAg) a iné.

Pochopenie techník a procesov spájania drôtov pre aplikácie montáže mikroelektroniky.
Techniky/procesy klinového lepenia: stuha, termosonická gulička a ultrazvukové klinové lepenie
Spájanie drôtov je spôsob vytvárania prepojení medzi integrovaným obvodom (IC) alebo podobným polovodičovým zariadením a jeho obalom alebo rámom počas výroby. V súčasnosti sa tiež bežne používa na zabezpečenie elektrických spojení v zostavách lítium-iónových batérií. Spájanie drôtov sa vo všeobecnosti považuje za najefektívnejšie a najflexibilnejšie z dostupných mikroelektronických prepojovacích technológií a používa sa vo väčšine polovodičových súprav, ktoré sa dnes vyrábajú. je niekoľko techník spájania drôtov, ktoré zahŕňajú:spájanie drôtov termokompresiou:
Spájanie termokompresným drôtom (spojenie s pravdepodobnými povrchmi (zvyčajne Au) spolu pod upínacou silou s vysokými teplotami rozhrania, zvyčajne vyššími ako 300 °C, aby sa vytvoril zvar), bolo pôvodne vyvinuté v 50-tych rokoch minulého storočia pre mikroelektronické prepojenia, avšak toto bolo rýchlo nahradené ultrazvukovým a termosonickým spájaním v 60. rokoch ako dominantná technológia prepojenia. Lepenie pomocou termokompresie sa dnes stále používa pre špeciálne aplikácie, ale výrobcovia sa mu vo všeobecnosti vyhýbajú kvôli vysokým (často škodlivým) teplotám rozhrania, ktoré sú potrebné na vytvorenie úspešného spojenia. Ultrazvukové klinové lepenie:
V 60-tych rokoch sa ultrazvukové klinové spájanie drôtov stalo dominantnou prepojovacou metodikou. Aplikácia vysokofrekvenčných vibrácií (cez rezonančný prevodník) na spojovací nástroj so súčasnou zvieracou silou umožnila zváranie hliníkových a zlatých drôtov pri izbovej teplote. Táto ultrazvuková vibrácia pomáha pri odstraňovaní kontaminantov (oxidov, nečistôt atď.) z lepených povrchov na začiatku cyklu lepenia a pri podpore intermetalického rastu na ďalší rozvoj a posilnenie väzby. Typické frekvencie pre spájanie sú 60 – 120 kHz. Technika ultrazvukového klinu má dve hlavné technologické technológie: Spájanie veľkých (ťažkých) drôtov pre drôty s priemerom > 100 µmJemné (malé) spájanie drôtov pre drôty s priemerom < 75 µm Príklady typických cyklov ultrazvukového spájania nájdete tu pre jemný drôt a tu pre veľký drôt. Ultrazvukové klinové spájanie drôtov používa špecifický spojovací nástroj alebo „klin“, zvyčajne vyrobený z karbidu volfrámu (pre hliníkový drôt) alebo karbidu titánu (pre zlatý drôt) v závislosti od požiadaviek procesu a priemerov drôtu; K dispozícii sú aj kliny s keramickým hrotom pre rôzne aplikácie. Lepenie termosonických drôtov:
Tam, kde sa vyžaduje dodatočné zahrievanie (zvyčajne pre zlatý drôt, s rozhraním spájania v rozsahu 100 – 250 °C), proces sa nazýva termosonické spájanie drôtov. To má veľké výhody oproti tradičnému termokompresnému systému, pretože sú potrebné oveľa nižšie teploty rozhrania (spojenie Au pri izbovej teplote bolo spomenuté, ale v praxi je nespoľahlivé bez dodatočného tepla).
Ďalšou formou termosonického spájania drôtov je Ball Bonding (pozrite si cyklus spájania guľôčok tu). Táto metodika využíva keramický kapilárny spojovací nástroj oproti tradičným klinovým vzorom, aby sa spojili tie najlepšie kvality pri termokompresii a ultrazvukovom spájaní bez nevýhod. Termozvukové vibrácie zaisťujú, že teplota rozhrania zostáva nízka, zatiaľ čo prvé prepojenie, tepelne stlačený guľôčkový spoj umožňuje, aby bol drôt a sekundárny spoj umiestnený v akomkoľvek smere, nie v jednej línii s prvým spojom, čo je prekážkou pri spájaní ultrazvukových vodičov . Pre automatickú veľkoobjemovú výrobu sú guľôčkové lepidlá podstatne rýchlejšie ako ultrazvukové / termosonické (klinové), vďaka čomu sú termosonické guľôčkové lepenie dominantnou technológiou prepojenia v mikroelektronike za posledných 50+ rokov. Pásové lepenie:
Páskové lepenie, využívajúce ploché kovové pásky, je dominantné v RF a mikrovlnnej elektronike po celé desaťročia (páska poskytuje výrazné zlepšenie straty signálu [efekt pokožky] oproti tradičnému okrúhlemu drôtu). Malé zlaté pásky, zvyčajne do šírky 75 µm a hrúbky 25 µm, sú spájané termosonickým procesom s veľkým plochým klinovým spojovacím nástrojom. Hliníkové pásky do šírky 2 000 µm a hrúbky 250 µm je možné spájať aj pomocou procesu ultrazvukového klinu, ako napr. zvýšila sa požiadavka na nižšiu slučku, vysokú hustotu prepojení.

Čo je zlatý spojovací drôt?

Spájanie zlatého drôtu je proces, pri ktorom je zlatý drôt pripojený k dvom bodom v zostave, aby sa vytvorilo prepojenie alebo elektricky vodivá cesta. Teplo, ultrazvuk a sila sú všetky použité na vytvorenie upevňovacích bodov pre zlatý drôt. Proces vytvárania bodu pripojenia začína vytvorením zlatej gule na špičke nástroja na viazanie drôtu, kapiláry. Táto gulička je stlačená na vyhrievaný povrch zostavy, pričom sa s nástrojom aplikuje množstvo sily špecifické pre aplikáciu a frekvencia 60 kHz - 152 kHz ultrazvukového pohybu. Po vytvorení prvého spojenia sa s drôtom bude manipulovať v prísne kontrolovanom režime. spôsobom na vytvorenie vhodného tvaru slučky pre geometriu zostavy. Druhá väzba, často označovaná ako steh, sa potom vytvorí na druhom povrchu stlačením drôtu a použitím svorky na roztrhnutie drôtu na spoji.

Spájanie zlatých drôtov ponúka spôsob prepojenia v rámci balíkov, ktorý je vysoko elektricky vodivý, takmer o rád väčší ako niektoré spájky. Okrem toho majú zlaté drôty v porovnaní s inými drôtenými materiálmi vysokú toleranciu voči oxidácii a sú mäkšie ako väčšina ostatných, čo je nevyhnutné pre citlivé povrchy.
Proces sa tiež môže líšiť v závislosti od potrieb zostavy. Pri citlivých materiáloch je možné umiestniť zlatú guľu na druhú oblasť lepenia, aby sa vytvorilo pevnejšie spojenie a „mäkšie“ spojenie, aby sa zabránilo poškodeniu povrchu komponentu. Pri úzkych priestoroch môže byť jedna gulička použitá ako východiskový bod pre dve väzby, čím sa vytvorí väzba v tvare písmena „V“. Keď je potrebné, aby bol drôtený spoj pevnejší, na vrch stehu možno umiestniť guľu, aby sa vytvorila bezpečnostná väzba, čím sa zvýši stabilita a pevnosť drôtu. Mnoho rôznych aplikácií a variácií spájania drôtov je takmer neobmedzené a možno ich dosiahnuť použitím automatizovaného softvéru na systémoch spájania drôtov Palomar.