Решения

СОЕДИНЕНИЕ ПРОВОДОВ

ТЕХНИЧЕСКИЙ БЮЛЛЕТЕНЬ «БАЗА ЗНАНИЙ»

Что такое соединение проводов?

Проволочное соединение — это метод, при котором отрезок мягкой металлической проволоки небольшого диаметра прикрепляется к совместимой металлической поверхности без использования припоя, флюса, а в некоторых случаях с использованием тепла выше 150 градусов по Цельсию. К мягким металлам относятся золото (Au), медь (Cu), серебро (Ag), алюминий (Al) и такие сплавы, как палладий-серебро (PdAg) и другие.

Понимание методов и процессов соединения проводов для сборки микроэлектроники.
Методы/процессы склеивания клина: лента, термозвуковой шарик и ультразвуковое соединение клина.
Соединение проводов — это метод создания межсоединений между интегральной схемой (ИС) или аналогичным полупроводниковым устройством и его корпусом или выводной рамкой во время производства. В настоящее время он также широко используется для обеспечения электрических соединений в сборках литий-ионных аккумуляторных батарей. Проволочное соединение обычно считается наиболее экономичным и гибким из доступных технологий микроэлектронных межсоединений и используется в большинстве полупроводниковых корпусов, производимых сегодня. Существует несколько методов соединения проводов, в том числе: Термокомпрессионное соединение проводов:
Термокомпрессионное соединение проволокой (объединение вероятных поверхностей (обычно Au) вместе под действием прижимной силы с высокими температурами интерфейса, обычно превышающими 300°C, для получения сварного шва) было первоначально разработано в 1950-х годах для межсоединений микроэлектроники, однако это было быстро заменена ультразвуковой и термозвуковой сваркой в ​​60-х годах в качестве доминирующей технологии межсоединения. Термокомпрессионное соединение до сих пор используется в нишевых приложениях, но производители обычно его избегают из-за высоких (часто разрушительных) температур интерфейса, необходимых для успешного соединения. Ультразвуковое соединение клиновой проволокой:
В 1960-х годах ультразвуковое соединение клиновой проволокой стало доминирующим методом межсоединений. Применение высокочастотной вибрации (через резонирующий преобразователь) к сварочному инструменту с одновременным усилием зажима позволило сваривать алюминиевую и золотую проволоку при комнатной температуре. Эта ультразвуковая вибрация помогает удалить загрязнения (оксиды, примеси и т. д.) со склеиваемых поверхностей в начале цикла склеивания, а также способствует росту интерметаллидов для дальнейшего развития и укрепления связи. Типичные частоты соединения составляют 60–120 кГц. Метод ультразвукового клина включает две основные технологии: Соединение большой (тяжелой) проволокой для проводов диаметром > 100 мкм. Тонкое (маленькое) соединение проволокой для проводов диаметром < 75 мкм. Примеры типичных циклов ультразвукового соединения можно найти здесь. для тонкой проволоки и здесь для большой проволоки. Для ультразвуковой сварки клиновой проволокой используется специальный инструмент для сварки или «клин», обычно изготовленный из карбида вольфрама (для алюминиевой проволоки) или карбида титана (для золотой проволоки) в зависимости от технологических требований и диаметра проволоки; Также доступны клинья с керамическим наконечником для различных применений. Термозвуковая сварка проволокой:
Если требуется дополнительный нагрев (как правило, для золотой проволоки с границами соединения в диапазоне 100–250°C), этот процесс называется термозвуковой сваркой проволоки. Это имеет большие преимущества по сравнению с традиционной системой термокомпрессии, поскольку требуются гораздо более низкие температуры интерфейса (упоминалось соединение Au при комнатной температуре, но на практике оно ненадежно без дополнительного тепла). Термозвуковое соединение шариками:
Другой формой термозвукового соединения проволоки является соединение шариками (см. цикл соединения шариков здесь). В этой методологии вместо традиционных клиньев используется керамический инструмент для капиллярной сварки, что позволяет объединить лучшие качества термокомпрессионного и ультразвукового соединения без недостатков. Термозвуковая вибрация гарантирует, что температура интерфейса остается низкой, в то время как первое межсоединение, термически сжатое шариковое соединение, позволяет размещать провод и вторичное соединение в любом направлении, а не на одной линии с первым соединением, что является ограничением при ультразвуковом соединении проводов. . Для автоматического крупносерийного производства шариковые склеивающие устройства работают значительно быстрее, чем ультразвуковые/термозвуковые (клиновые) склеивающие устройства, что делает термозвуковое шариковое склеивание доминирующей технологией межсоединений в микроэлектронике за последние 50 с лишним лет. Склеивание лент:
Ленточное соединение с использованием плоских металлических лент доминировало в радиочастотной и микроволновой электронике на протяжении десятилетий (лента обеспечивает значительное улучшение потерь сигнала [скин-эффект] по сравнению с традиционным круглым проводом). Маленькие золотые ленты, обычно шириной до 75 мкм и толщиной 25 мкм, склеиваются с помощью термозвукового процесса с помощью большого плоского клинового инструмента. Алюминиевые ленты шириной до 2000 мкм и толщиной 250 мкм также можно склеивать с помощью ультразвукового клинового процесса, например возросла потребность в межконтурных соединениях с более низким контуром и высокой плотностью.

Что такое золотая проволока?

Соединение золотой проволокой — это процесс, при котором золотая проволока прикрепляется к двум точкам узла, образуя соединение или электропроводящий путь. Для формирования точек крепления золотой проволоки используются тепло, ультразвук и сила. Процесс создания точки крепления начинается с формирования золотого шарика на кончике инструмента для соединения проволоки — капилляра. Этот шарик прижимается к нагретой сборочной поверхности, прикладывая к инструменту как силу, специфичную для конкретного применения, так и частоту ультразвукового движения 60–152 кГц. После того, как будет выполнено первое соединение, проволокой будут манипулировать в строго контролируемом способ формирования контура, подходящего для геометрии сборки. Второе соединение, часто называемое стежком, затем формируется на другой поверхности путем нажатия проволоки и использования зажима, чтобы разорвать проволоку в месте соединения.

Соединение золотой проволокой представляет собой метод соединения внутри корпусов, обладающий высокой электропроводностью, почти на порядок большей, чем у некоторых припоев. Кроме того, золотая проволока обладает более высокой стойкостью к окислению по сравнению с другими материалами проволоки и мягче большинства других материалов, что важно для чувствительных поверхностей.
Процесс также может варьироваться в зависимости от потребностей сборки. При работе с чувствительными материалами на вторую область склеивания можно поместить золотой шарик, чтобы создать как более прочную, так и «более мягкую» связь, чтобы предотвратить повреждение поверхности компонента. В ограниченном пространстве один шарик можно использовать в качестве отправной точки для двух связей, образуя V-образную связь. Когда проволочное соединение должно быть более прочным, поверх стежка можно поместить шарик, чтобы сформировать защитное соединение, увеличивая стабильность и прочность проволоки. Множество различных применений и вариантов соединения проводов практически безграничны и могут быть достигнуты за счет использования автоматизированного программного обеспечения в системах соединения проводов Palomar.