Rešitve

ŽIČNO SPAJANJE

INFORMATIVNI LIST ZBIRKE ZNANJA

Kaj je žično lepljenje?

Spajanje žic je metoda, s katero se kos mehke kovinske žice majhnega premera pritrdi na združljivo kovinsko površino brez uporabe spajkanja, talila in v nekaterih primerih z uporabo toplote nad 150 stopinj Celzija. Med mehke kovine spadajo zlato (Au), baker (Cu), srebro (Ag), aluminij (Al) in zlitine, kot sta paladij-srebro (PdAg) in druge.

Razumevanje tehnik in postopkov spajanja žic za aplikacije sestavljanja mikroelektronike.
Tehnike/postopki klinastega lepljenja: trak, termozvočna krogla in ultrazvočno klinasto lepljenje
Žično povezovanje je metoda za vzpostavitev medsebojnih povezav med integriranim vezjem (IC) ali podobno polprevodniško napravo in njenim ohišjem ali vodilnim okvirjem med proizvodnjo. Danes se pogosto uporablja tudi za zagotavljanje električnih povezav v sklopih litij-ionskih baterijskih sklopov. Žično povezovanje na splošno velja za najbolj stroškovno učinkovito in prilagodljivo med razpoložljivimi mikroelektronskimi tehnologijami medsebojnih povezav in se uporablja v večini polprevodniških ohišij, ki se danes proizvajajo. Obstaja več tehnik žičnih povezav, vključno z: Termokompresijsko žično povezovanje:
Termokompresijsko spajanje žic (spajanje verjetnih površin (običajno Au) skupaj pod vpenjalno silo z visokimi temperaturami vmesnika, običajno višjimi od 300 °C, za nastanek varjenja) je bilo prvotno razvito v petdesetih letih prejšnjega stoletja za mikroelektronske medsebojne povezave, vendar je bilo to v 60. letih hitro nadomeščeno z ultrazvočnim in termosoničnim spajanjem kot prevladujočo tehnologijo medsebojnih povezav. Termokompresijsko spajanje se še danes uporablja za nišne aplikacije, vendar se mu proizvajalci na splošno izogibajo zaradi visokih (pogosto škodljivih) temperatur vmesnika, potrebnih za uspešno spajanje. Ultrazvočno klinasto spajanje žic:
V šestdesetih letih prejšnjega stoletja je ultrazvočno klinasto spajanje žic postalo prevladujoča metodologija medsebojnega povezovanja. Uporaba visokofrekvenčnih vibracij (preko resonančnega pretvornika) na orodje za spajanje s sočasno vpenjalno silo je omogočila varjenje aluminijastih in zlatih žic pri sobni temperaturi. Te ultrazvočne vibracije pomagajo pri odstranjevanju onesnaževalcev (oksidov, nečistoč itd.) z lepljenih površin na začetku cikla spajanja in spodbujajo rast intermetalnih spojin za nadaljnji razvoj in krepitev vezi. Tipične frekvence za spajanje so 60–120 kHz. Tehnika ultrazvočnega klina ima dve glavni procesni tehnologiji: Spajanje velikih (težkih) žic za žice s premerom > 100 µm Spanjenje (tankih) žic za žice s premerom < 75 µm Primere tipičnih ultrazvočnih ciklov spajanja najdete tukaj za tanko žico in tukaj za veliko žico. Ultrazvočno klinasto spajanje žic uporablja posebno orodje za spajanje ali "klin", običajno izdelan iz volframovega karbida (za aluminijasto žico) ali titanovega karbida (za zlato žico), odvisno od procesnih zahtev in premera žice; Na voljo so tudi klini s keramično konico za različne aplikacije. Termozvočno lepljenje žic:
Kjer je potrebno dodatno segrevanje (običajno za zlato žico, s temperaturami veznih površin v območju od 100 do 250 °C), se postopek imenuje termosonično žično spajanje. To ima velike prednosti pred tradicionalnim sistemom termokompresije, saj so potrebne veliko nižje temperature površin (omenjeno je bilo spajanje Au pri sobni temperaturi, vendar je v praksi nezanesljivo brez dodatne toplote). Termosonično spajanje kroglic:
Druga oblika termosoničnega povezovanja žic je kroglično povezovanje (glejte cikel krogličnega povezovanja tukaj). Ta metodologija uporablja keramično kapilarno orodje za povezovanje namesto tradicionalnih klinastih zasnov, da združi najboljše lastnosti termokompresijskega in ultrazvočnega povezovanja brez pomanjkljivosti. Termosonične vibracije zagotavljajo, da temperatura vmesnika ostane nizka, medtem ko prvi medsebojni stik, toplotno stisnjena kroglična vez, omogoča, da se žica in sekundarna vez namestita v katero koli smer, ne v liniji s prvim stikom, kar je omejitev pri ultrazvočnem povezovanju žic. Za avtomatsko proizvodnjo velikih količin so kroglični povezovalniki precej hitrejši od ultrazvočnih/termosoničnih (klin) povezovalnikov, zaradi česar je termosonično kroglično povezovanje prevladujoča tehnologija medsebojnega povezovanja v mikroelektroniki v zadnjih 50+ letih. Trakasto povezovanje:
Trakovno vezanje z uporabo ploščatih kovinskih trakov je že desetletja prevladujoče v radiofrekvenčni in mikrovalovni elektroniki (trak zagotavlja znatno izboljšanje izgube signala [skin učinek] v primerjavi s tradicionalno okroglo žico). Majhni zlati trakovi, običajno široki do 75 µm in debeli 25 µm, se vežejo s termozvočnim postopkom z velikim ploščatim klinastim orodjem. Aluminijasti trakovi širine do 2000 µm in debeline 250 µm se lahko vežejo tudi z ultrazvočnim klinastim postopkom, saj se je povečala potreba po medsebojnih povezavah z manjšo zanko in visoko gostoto.

Kaj je zlata vezna žica?

Vezava z zlato žico je postopek, pri katerem se zlata žica pritrdi na dve točki v sklopu, da se tvori medsebojna povezava ali električno prevodna pot. Za oblikovanje pritrdilnih točk za zlato žico se uporabljajo toplota, ultrazvok in sila. Postopek ustvarjanja pritrdilne točke se začne z oblikovanjem zlate kroglice na konici orodja za vezavo žic, kapilare. Ta kroglica se pritisne na segreto površino sklopa, pri čemer se z orodjem izvaja tako sila, specifična za uporabo, kot tudi ultrazvočno gibanje s frekvenco 60 kHz - 152 kHz. Ko je prva vez vzpostavljena, se žica nadzorovano manipulira, da se oblikuje ustrezna oblika zanke za geometrijo sklopa. Druga vez, pogosto imenovana šiv, se nato oblikuje na drugi površini s pritiskom z žico in uporabo objemke, da se žica na spoju pretrga.

Zlata žica ponuja metodo medsebojnega povezovanja znotraj ohišja, ki je zelo električno prevodna, skoraj za velikostni red boljša od nekaterih spajk. Poleg tega imajo zlate žice v primerjavi z drugimi žičnimi materiali visoko toleranco na oksidacijo in so mehkejše od večine, kar je bistveno za občutljive površine.
Postopek se lahko razlikuje tudi glede na potrebe sestavljanja. Pri občutljivih materialih se lahko na drugo območje lepljenja namesti zlata kroglica, da se ustvari tako močnejša kot tudi »mehkejša« vez, ki prepreči poškodbe površine komponente. V tesnih prostorih se lahko ena sama kroglica uporabi kot izhodišče za dve vezi, ki tvorita vez v obliki črke »V«. Ko mora biti žična vez bolj robustna, se lahko kroglica namesti na vrh šiva, da se oblikuje varnostna vez, kar poveča stabilnost in trdnost žice. Številne različne uporabe in različice žičnih povezav so skoraj neomejene in jih je mogoče doseči z uporabo avtomatizirane programske opreme v Palomarjevih sistemih za žično povezovanje.