Rješenja

SPAJANJE ŽICAMA

INFORMATIVNI LIST BAZE ZNANJA

Šta je žičano vezivanje?

Spajanje žicom je metoda kojom se komad meke metalne žice malog promjera pričvršćuje na kompatibilnu metalnu površinu bez upotrebe lema, fluksa, a u nekim slučajevima i uz upotrebu toplote iznad 150 stepeni Celzijusa. Meki metali uključuju zlato (Au), bakar (Cu), srebro (Ag), aluminij (Al) i legure poput paladijuma i srebra (PdAg) i drugih.

Razumijevanje tehnika i procesa spajanja žica za primjene u montaži mikroelektronike.
Tehnike/procesi klinastog lijepljenja: Trakasto, termosonično kuglično i ultrazvučno klinasto lijepljenje
Vezivanje žicom je metoda stvaranja međusobnih veza između integriranog kola (IC) ili sličnog poluprovodničkog uređaja i njegovog kućišta ili okvira za izvode tokom proizvodnje. Također se često koristi za obezbjeđivanje električnih veza u sklopovima litijum-jonskih baterijskih paketa. Vezivanje žicom se generalno smatra najisplativijom i najfleksibilnijom od dostupnih mikroelektronskih tehnologija međusobnog povezivanja i koristi se u većini poluprovodničkih kućišta koja se danas proizvode. Postoji nekoliko tehnika vezivanja žicom, uključujući: Termo-kompresijsko vezivanje žicom:
Termokompresijsko spajanje žica (spajanje vjerovatnih površina (obično Au) pod steznom silom s visokim temperaturama međupovršine, obično većim od 300°C, radi stvaranja zavara) prvobitno je razvijeno 1950-ih za mikroelektronske međuspojeve, međutim, to je brzo zamijenjeno ultrazvučnim i termosoničnim spajanjem 60-ih godina kao dominantna tehnologija međuspoja. Termokompresijsko spajanje se i danas koristi za nišne primjene, ali ga proizvođači uglavnom izbjegavaju zbog visokih (često štetnih) temperatura međupovršine potrebnih za uspješno spajanje. Ultrazvučno spajanje klinastim spojem:
Šezdesetih godina prošlog stoljeća ultrazvučno spajanje žica klinovima postalo je dominantna metodologija međusobnog povezivanja. Primjena visokofrekventnih vibracija (putem rezonantnog pretvarača) na alat za spajanje, uz istovremeno djelovanje sile stezanja, omogućila je zavarivanje aluminijskih i zlatnih žica na sobnoj temperaturi. Ove ultrazvučne vibracije pomažu u uklanjanju nečistoća (oksida, nečistoća itd.) sa površina za spajanje na početku ciklusa spajanja i u poticanju rasta intermetalika radi daljnjeg razvoja i jačanja veze. Tipične frekvencije za spajanje su 60 – 120 KHz. Tehnika ultrazvučnog klina ima dvije glavne procesne tehnologije: Spajanje velikih (teških) žica za žice promjera >100 µm Sakupljanje finih (malih) žica za žice promjera <75 µm Primjeri tipičnih ultrazvučnih ciklusa spajanja mogu se naći ovdje za tanku žicu i ovdje za veliku žicu. Ultrazvučno spajanje žica klinovima koristi specifičan alat za spajanje ili "klin", obično izrađen od volfram karbida (za aluminijsku žicu) ili titan karbida (za zlatnu žicu) ovisno o zahtjevima procesa i promjerima žica; Dostupni su i keramički klinovi za različite primjene. Termosonično spajanje žica:
Tamo gdje je potrebno dodatno zagrijavanje (obično za zlatnu žicu, sa površinama spajanja u rasponu od 100 – 250°C), proces se naziva termosonično spajanje žicom. Ovo ima velike prednosti u odnosu na tradicionalni sistem termokompresije, jer su potrebne mnogo niže temperature površine (spomenuto je spajanje Au na sobnoj temperaturi, ali u praksi je nepouzdano bez dodatnog zagrijavanja). Termosonično spajanje kuglica:
Drugi oblik termosoničnog spajanja žica je kuglično spajanje (pogledajte ciklus kugličnog spajanja ovdje). Ova metodologija koristi keramički kapilarni alat za spajanje umjesto tradicionalnih klinastih dizajna kako bi se kombinirale najbolje kvalitete i termokompresijskog i ultrazvučnog spajanja bez nedostataka. Termosonične vibracije osiguravaju da temperatura međupovršine ostane niska, dok prva međuspojna veza, termički komprimirana kuglična veza, omogućava postavljanje žice i sekundarne veze u bilo kojem smjeru, ne u liniji s prvom vezom, što je ograničenje kod ultrazvučnog spajanja žica. Za automatsku proizvodnju velikih količina, uređaji za kuglično spajanje su znatno brži od ultrazvučnih/termosoničnih (klin) uređaja za spajanje, što termosonično kuglično spajanje čini dominantnom tehnologijom međusobnog spajanja u mikroelektronici u posljednjih 50+ godina. Trakasto spajanje:
Spajanje traka, korištenjem ravnih metalnih traka, dominantno je u RF i mikrovalnoj elektronici već decenijama (traka pruža značajno poboljšanje u gubitku signala [skin efekat] u odnosu na tradicionalnu okruglu žicu). Male zlatne trake, obično širine do 75 µm i debljine 25 µm, spajaju se termosoničnim postupkom s velikim alatom za spajanje s ravnim klinom. Aluminijske trake širine do 2.000 µm i debljine 250 µm također se mogu spajati ultrazvučnim klinastim postupkom, jer se povećala potreba za međusobnim vezama s nižom petljom i visokom gustoćom.

Šta je zlatna žica za vezivanje?

Spajanje zlatnom žicom je proces kojim se zlatna žica pričvršćuje na dvije tačke u sklopu kako bi se formirala međusobna veza ili električno provodljiva putanja. Za formiranje tačaka spajanja zlatne žice koriste se toplota, ultrazvuk i sila. Proces stvaranja tačke spajanja počinje formiranjem zlatne kuglice na vrhu alata za spajanje žicom, kapilare. Ova kuglica se pritiska na zagrijanu površinu sklopa, primjenjujući i određenu količinu sile i frekvenciju ultrazvučnog kretanja od 60 kHz - 152 kHz pomoću alata. Nakon što se napravi prva veza, žica će se manipulisati na strogo kontrolisan način kako bi se formirao odgovarajući oblik petlje za geometriju sklopa. Druga veza, često nazivana šavom, zatim se formira na drugoj površini pritiskom žicom i korištenjem stezaljke za kidanje žice na spoju.

Povezivanje zlatnim žicama nudi metodu međusobnog povezivanja unutar paketa koja je visoko električno provodljiva, gotovo red veličine bolja od nekih lemova. Osim toga, zlatne žice imaju visoku toleranciju na oksidaciju u poređenju s drugim žičanim materijalima i mekše su od većine, što je neophodno za osjetljive površine.
Proces se također može razlikovati ovisno o potrebama montaže. Kod osjetljivih materijala, zlatna kuglica može se postaviti na drugo područje lijepljenja kako bi se stvorila i jača i "mekša" veza kako bi se spriječilo oštećenje površine komponente. U uskim prostorima, jedna kuglica može se koristiti kao početna tačka za dvije veze, formirajući vezu u obliku slova "V". Kada žičana veza treba biti robusnija, kuglica se može postaviti na vrh šava kako bi se formirala sigurnosna veza, povećavajući stabilnost i čvrstoću žice. Mnoge različite primjene i varijacije žičanog lijepljenja su gotovo neograničene i mogu se postići korištenjem automatiziranog softvera na Palomarovim sistemima za žičano lijepljenje.