به عنوان یک مهندس و بنیانگذار فناوری الکترونیکی دونگکسین ، روزهای من پر از شیرجه های فنی عمیق است. من اغلب با مهندسین فرآیند مانند مارکوس در آلمان صحبت می کنم ، افرادی که نگرانی اصلی آنها هزینه یک مؤلفه واحد نیست ، بلکه تأثیر چند میلیون دلاری یک توقف خط تولید ناشی از میکروسکوپی معیوب است اتصالبشر آنها درک می کنند که قابلیت اطمینان یک مجتمع نیمه هادی دستگاه یا یک ماژول اتومبیل با قدرت بالا اغلب به یکپارچگی یک نازک مویی می رسد سیمبشر این راهنما برای آنها است. این یک بروشور فروش نیست ؛ این یک کاوش عمیق از پیوند سمی و بحرانی فن آوری های پیوند سیم این ستون فقرات تولید الکترونیک مدرن است. ما از علم پشت پرده آشکار خواهیم کرد وثیقه، تکنیک های مختلف را با یکدیگر مقایسه کنید و در مورد عواملی که منجر به یک قوی و تکرار شونده می شود ، بحث کنید روند پیوند.
فرآیند پیوند سیم اساساً چیست؟
در هسته آن ، پیوند سیم فرآیند است از ایجاد اتصال الکتریکی بین دو نقطه ، به طور معمول a نیمه هادی تراشه و بسته بندی آن (لنگه) ، یا بین یک تراشه و a PCBبشر این بیشترین کاربرد و مقرون به صرفه است بهم پیوستن فناوری ، مسئول تریلیون اتصالات که هر ساله انجام می شود. بر خلاف لحیم کاری ، که ماده پرکننده را ذوب می کند ، پیوند سیم شامل یک حالت جامد روند جوشکاریبشر این به معنای وثیقه بدون ذوب شدن شکل می گیرد سیم یا لنگه.
هدف ایجاد یک قوی و قابل اعتماد است پیوند متالورژیکی‘یک جوش واقعی در سطح اتمی - این یک پایدار را فراهم می کند برق و مکانیکی اتصال. این با استفاده از ترکیبی از نیرو ، گرما و/یا حاصل می شود انرژی ماوراءناونی برای فشار دادن خیلی خوب سیم در برابر یک بستر نتیجه پیوند سمی یک مدار الکتریکی کامل را تشکیل می دهد و اجازه می دهد دستگاه نیمه هادی برای اتصال به دنیای خارج. کیفیت این تک وثیقه مهمترین عملکرد و ماندگاری دستگاه است.
انواع اصلی تکنیک های پیوند سیم چیست؟
در حالی که هدف ایجاد a پیوند سمی همیشه یکسان است ، دو اولیه وجود دارد روشهای پیوند دهنده مورد استفاده در صنعت: پیوند توپ و پیوند گوه. انتخاب بین آنها بستگی به این دارد ماده سمی، برنامه ، هزینه و الزامات هندسی خاص. برای یک مهندس ، درک تفاوت های ظریف هر یک تکنیک پیوند برای بهینه سازی فرآیند بسیار مهم است.
| نشان | اتصال توپ | اتصال گوه |
| تکنیک اصلی | اتصال ترموسونی (گرما ، نیرو ، اولتراسونیک) | پیوند ماوراءری (نیرو ، اولتراسونیک) |
| مواد سیم مشترک | سیم طلایی, سیم | سیم، طلا سیم، روبان |
| سرعت | سریعتر (حداکثر 20+ اوراق در هر ثانیه) | کندتر |
| شکل اول باند | دارای توپ وثیقه | گوه به شکل (بخیه) وثیقه |
| کنترل حلقه | عالی ، اجازه می دهد حلقه های طولانی و بلند | ایده آل برای حلقه های کوتاه و کوتاه |
| جهت | omni-directional (توپ را می توان در هر جایی قرار داد) | جهت (ابزار باید برای پیوند دوم) |
اینها دو نوع سیم فرآیندهای پیوند دهنده بر بسته بندی نیمه هادی صنعت ، و هرکدام مجموعه ای از مزایای مشخصی دارند که آن را ترجیح می دهد روش اتصال سیم برای برنامه های مختلف
فرآیند پیوند توپ ترموسونیک چگونه کار می کند؟
در تکنیک اتصال توپ شایع ترین است فرآیند اتصال سیم، برای سرعت و انعطاف پذیری آن جایزه می گیرد. تقریباً منحصراً از آن استفاده می کند سیم طلایی یا سیمبشر این روند نامیده می شود اتصال ترموسونی زیرا انرژی حرارتی (گرما) ، نیرو و انرژی ماوراءناونی.
گام به گام روند پیوند شگفتی مهندسی دقیق است:
- تشکیل توپ: روند با شروع می شود سیم از طریق یک ابزار سرامیکی توخالی به نام مویرگی تغذیه می شود. یک "شعله الکترونیکی" (EFO) گرز یک جرقه با ولتاژ بالا را در نوک آن آتش می کند سیم، ذوب آن و اجازه دادن به تنش سطحی برای ایجاد یک کره مناسب یا توپ.
- باند اول: مویرگی به سمت گرم شده حرکت می کند لنگه (به طور معمول 125-150 درجه سانتیگراد). این یک نیروی دقیق را اعمال می کند ، و در حالی که همزمان استفاده می کند ، توپ را به سمت پد فشار می دهد انرژی ماوراءناونیبشر این ترکیبی از گرما ، نیرو و لرزش ایجاد می کند اولین باند، یک توپ قوی وثیقه.
- شکل گیری حلقه: در سیم پیچ سپس مویرگی را به محل محل منتقل می کند پیوند دوم (به عنوان مثال ، یک انگشت Leadframe) ، ایجاد یک محاسبه شده حلقه سیم در روند شکل این سیم حلقه برای عملکرد و جلوگیری از شورت بسیار مهم است.
- باند دوم: در مکان دوم ، ابزار فشار می دهد سیم در برابر سطح و پشت سر هم دیگری استفاده می کند انرژی ماوراءناونی برای تشکیل "بخیه" یا پیوند گوه.
- خاموش کردن سیم: سرانجام ، دستگاه سیم و مویرگ را بالا می برد و شکستن سیم در پاشنه پا پیوند دوم و آماده سازی EFO برای ایجاد یک توپ جدید برای بعدی پیوند سمی.
چه چیزی باعث می شود فرآیند پیوند گوه اولتراسونیک متفاوت باشد؟
پیوند گوهپیوند ، یا به طور خاص پیوند گوه ، یک چیز متفاوت و در عین حال به همان اندازه مهم است فرآیند اتصال سیمبشر این روش روش Go-to برای اتصال سیم آلومینیوم و اغلب در دمای اتاق، فقط با تکیه بر انرژی ماوراءناونی و نیرو برای تشکیل پیوندبشر همچنین این روش اصلی است که برای آن استفاده می شود اتصال روبان.
در این فرایند ، سیم تحت یک کف صاف تغذیه می شود ابزار اتصال گوه نامیده می شود. ابزار پایین می آید ، فشار می دهد سیم در برابر اولین لنگه، و اعمال می شود انرژی ماوراءناونی برای ایجاد اولیه پیوند گوهبشر ابزار سپس بالا می رود و به مکان دوم حرکت می کند و یک مشخصات پایین تر ، کوتاه تر تشکیل می دهد حلقه سیم از معمولی است اتصال توپ سیمبشر در دوم لنگه، این روند تکرار می شود تا شکل دهد پیوند دومبشر چون هم اول و هم پیوند دوم به شکل گوه ، این تکنیک عملکرد برتر را در برنامه های با فرکانس بالا ارائه می دهد و امکان بسیار خوبی را فراهم می کند (از نزدیک فاصله) پیوندبشر سنگین اتصال سیم آلومینیوم برای دستگاه های برق نیز منحصراً به پیوند گوه فرآیند برای ایجاد یک قوی وثیقه.
چه مواد سیم برای کاربرد من بهتر است؟
در انتخاب سیم یکی از مهمترین تصمیمات در پیوند سمی روند سه اولیه مواد مورد استفاده طلا ، مس و آلومینیوم هستند. هر یک ماده اتصال دهنده مجموعه ای از خواص منحصر به فرد دارد که باعث می شود آن را برای متفاوت مناسب کند برنامه های پیوند دهنده.
- سیم طلا (AU): استاندارد اصلی برای اتصال سیم از طلا استفاده می کندبشر در برابر اکسیداسیون بسیار مقاوم است و این کار را آسان می کند وثیقه و بسیار قابل اعتماد پیوند طلا ساده است نرمی آن همچنین مانع از آسیب بودن به حساسیت می شود نیمه هادی بستر اشکال اصلی از سیم طلایی هزینه بالای آن است اتصال ترموسونی استاندارد برای a است قید طلایی.
- سیم مسی (CU): سیم به دلیل هزینه بسیار پایین تر و برتر ، به یک گزینه جایگزین برای طلا تبدیل شده است برق و حرارتی قابلیت هدایتبشر با این حال ، مس به راحتی اکسید می شود ، که باعث می شود روند پیوند چالش برانگیزتر است و به یک فضای بی اثر در آن نیاز دارد سیم پیچبشر سختی آن نیز سخت تر است پارامترهای اتصال دهنده برای جلوگیری از آسیب چیپ.
- سیم آلومینیوم (AL): سیم نرم ترین است ماده سمی و ایده آل برای پیوند ماوراءریبشر برای ایجاد یک پایدار بسیار عالی است وثیقه در دمای اتاق سنگین سیم پیوند آلومینیوم آیا استاندارد صنعت برای الکترونیک برق و برنامه های کاربردی خودرو به دلیل قابلیت اطمینان و توانایی در تشکیل قوی و بادوام است وثیقهبشر ما می بینیم که بسیاری از مشتری ها در حال تغییر هستند سیم پیوند آلومینیومی با خلوص بالا برای عملکرد مداوم آن
قطر سیم و پیوند روبان چگونه مقایسه می شود؟
شکل فیزیکی اتصال- چه دور باشد سیم یا یک روبان مسطح - همچنین نقش بزرگی ایفا می کند. انتخاب به نیازهای الکتریکی برنامه بستگی دارد.
قطر سیم می توان به طور گسترده ای به دو گروه طبقه بندی کرد. سیم پیوند به طور معمول استفاده می کند سیم با قطر از 15 تا 75 میکرون (میکرومتر). این استاندارد برای سیگنال است اتصال در معیار نیمه هادی بسته ها ، اتصال I/O تراشه به قاب سرب. سنگین سیم استفاده از باند قطر سیم از 100 تا 500 میکرومتر. این قوی سیم در دستگاه های برق و ماژول های خودرو برای اداره جریان های بالا استفاده می شود. تخصصی باند سنگی آلومینیومی سنگین برای این فرآیند لازم است.
اتصال روبان جایگزینی برای سنگین است سیم پیوند به جای دور سیماز یک روبان مسطح و مستطیل ساخته شده از آلومینیوم یا طلا استفاده می کند. روبان ها نسبت مساحت به حجم بالاتری دارند ، که برای کاربردهای با فرکانس بالا (کاهش اثر پوستی) و برای کاربردهای قدرت در صورت نیاز به اتلاف بهتر گرما و القاء پایین تر سودمند است. در روند پیوند برای یک روبان با گوه یکسان است وثیقه.
چه عوامل اصلی بر قدرت و قابلیت اطمینان پیوند تأثیر می گذارد؟
برای یک مهندس نظارت بر یک خط تولید ، دستیابی به یک بالا استحکام پیوند و ثابت بازده اتصال هدف نهایی است. موفقیت یک پیوند سمی تصادفی نیست ؛ این نتیجه کنترل دقیق مجموعه ای از بحرانی است پارامترهای اتصال دهنده و متغیرها
- پارامترهای پیوند: پارامترهای "سه بزرگ" نیرو هستند (چقدر ابزار فشار می دهد) ، انرژی ماوراءناونی (مقدار و مدت زمان شستشو) و دما (برای پیوند ترموسونی). اینها باید کاملاً برای موارد خاص شماره گیری شوند سیم وت لنگه ترکیب
- کیفیت پد باند: سطح لنگه باید تمیز ، عاری از اکسیدها و آلاینده ها باشد و از متالورژی و ضخامت مناسب برخوردار باشد. یک ضعیف آماده لنگه علت اصلی است وثیقه شکست
- شرط ابزار پیوند: مویرگی یا گوه تنها چیزی است که لمس می کند پیوند سمیبشر این ابزارها مواد مصرفی دقیق هستند که به مرور زمان از بین می روند. یک ابزار فرسوده یا ترک خورده پیوندهای ضعیف یا متناقض ایجاد می کند. به همین دلیل ما در تولید تخصص داریم ابزارهای پیوند گوه با طراحی سفارشی ساخته شده از مواد فوق العاده سخت برای اطمینان از طول عمر طولانی تر و قابل اطمینان تر وثیقه.
- کیفیت سیم: پیوند سیم خود باید از بالاترین کیفیت ، با قطر مداوم ، خلوص و خصوصیات مکانیکی برخوردار باشد. هرگونه تغییر در سیم می تواند کل را مختل کند روند پیوند.
یک سیم مدرن در این روند چه نقشی ایفا می کند؟
مدرن سیم پیچ یک قطعه بسیار پیشرفته از تجهیزات روباتیک است که دگرگون شده است اتصال سیمی از یک هنر دستی به یک علم دقیق و خودکار. یک دوره برتر سیم پیچ مسئول اجرای روند پیوند با سرعت و تکرار باورنکردنی.
این دستگاه ها چندین فناوری کلیدی را ادغام می کنند. سیستم های دید با وضوح بالا بطور خودکار لنگه مکان ها و بازخورد به سیستم کنترل حرکت. نرم افزار پیشرفته به مهندسان اجازه می دهد تا پیچیده و دقیق برنامه ریزی کنند حلقه سیم اشکال برای جلوگیری از شورت و بهینه سازی یکپارچگی سیگنال. از همه مهمتر ، مدرن اوراق قیمتی نظارت بر فرآیند در زمان واقعی و ورود به سیستم را ارائه دهید. آنها می توانند یک معیوب را تشخیص دهند وثیقه همانطور که اتفاق می افتد و روند کار را متوقف می کند ، از حرکت واحدهای معیوب به پایین خط جلوگیری می کند. این سطح اتوماسیون و کنترل برای تولید با حجم بالا الکترونیک پیچیده امروزی ضروری است و تنها راه دستیابی به سطح مورد نیاز قطعات در هر میلیون با کیفیت است.
تکنیک های پیوند سیم در کجا اعمال می شود؟
در حالی که پیوند سمی مشهورترین آن با همراه است تراشه های نیمه هادی، کاربرد آن فراتر از بسته بندی های سنتی IC است. انعطاف پذیری و قابلیت اطمینان فن آوری های پیوند سیم آنها را در بسیاری از مناطق دیگر ساخت الکترونیک ضروری کرده است.
- الکترونیک برق: IGBTS ، MOSFET ها و سایر دستگاه های برق به سنگین متکی هستند سیم وت اتصال روبان برای کنترل جریانهای زیاد و به طور موثر گرما.
- الکترونیک خودرو: اتصال سیم در خودرو گسترده است ، در سنسورها ، واحدهای کنترل (ECU) و سیستم های روشنایی استفاده می شود که در آن قابلیت اطمینان تحت شرایط سخت و لرزش قابل مذاکره نیست.
- تولید PCB: اتصال سیمی برای اتصال مستقیم مرگ به طور مستقیم به a استفاده می شود PCB (Chip-on-Board) ، از بین بردن نیاز به بسته بندی های حجیم و فعال کردن طرح های کوچکتر و جمع و جور تر محصول.
- دستگاه های RF و مایکروویو: کنترل خوب بر سیم هندسه می سازد قید طلاییوت اتصال روبان ایده آل برای برنامه های با فرکانس بالا که در آن تطبیق امپدانس بسیار مهم است.
- ماژول های LED: اتصال سیمی روش استاندارد برای اتصال LED LED کوچک به بستر بسته است که در همه چیز از صفحه های تلفن گرفته تا نورپردازی استادیوم یافت می شود.
چگونه می توانیم یک فرآیند پیوند با بازده بالا در ساخت را تضمین کنیم؟
دستیابی به عملکرد تقریباً کامل در یک حجم بالا اتصال سیمی عمل یک چالش جامع است. این در مورد داشتن بهترین ها نیست سیم پیچ یا بهترین سیم؛ این در مورد بهینه سازی کل سیستم است. به عنوان تولید کننده مواد مصرفی با مهندسی دقیق، ما این را هر روز می بینیم.
موفقیت در سه ستون استوار است. اول استفاده از بالاترین کیفیت مواد ، از نیمه هادی ویفر و لنگه آبکاری به پیوند سیم خود دوم استفاده از ابزارهای دقیق و یک طبقه بندی شده سیم پیچ برنامه ریزی شده با بهینه سازی شده پارامترهای اتصال دهندهبشر سومین و مهمترین آن ، ستون دانش فرآیند عمیق است. این به معنای داشتن مهندسین و تکنسین هایی است که فیزیک را درک می کنند وثیقه، چه کسی می تواند مسائل را به طور مؤثر عیب یابی کند ، و چه کسی با تأمین کنندگان خود به عنوان شریک زندگی می کند. یک موفق پیوند سمی نتیجه رابطه همزیستی بین دستگاه ، مواد و متخصص در حال انجام روند است.
غذای اصلی
در پیوند سمی یک مؤلفه کوچک اما توانا ، قهرمان ناخوشایند دنیای الکترونیک است. تسلط بر این فناوری برای هر مهندس جدی در مورد قابلیت اطمینان تولید ضروری است. در اینجا مهمترین مواردی که باید به خاطر بسپارید وجود دارد:
- دو روش اصلی: صنعت به دو ابتدایی متکی است تکنیک های اتصال سیم: ترموزونیک توپing (سریع ، انعطاف پذیر ، از طلا/مس استفاده می کند) و اولتراسونیک پیوند گوهing (دقیق ، کم مشخص ، از آلومینیوم استفاده می کند).
- مسائل مادی: انتخاب ماده سمی- گولد ، مس یا آلومینیوم - یک تصمیم مهم بر اساس هزینه است ، قابلیت هدایت، و الزامات خاص روند پیوند.
- این یک سیستم است: یک موفق پیوند سمی فقط مربوط به سیم یا دستگاه این یک تعامل پیچیده بین پارامترهای اتصال دهنده, لنگه کیفیت ، شرایط ابزار و تخصص اپراتور.
- فراتر از تراشه: اتصال سیمی همه کاره است اتصال فناوری مورد استفاده گسترده در خودرو ، الکترونیک برق ، PCB، و تولید را هدایت کرد.
- دقت مهم است: کل فرآیند اتصال سیم، از شکل گیری توپ تا کنترل حلقه ، بازی میکرون و میلی ثانیه است که بالاترین سطح دقت را از هر دو دستگاه و مواد مصرفی خواستار می کند.
