درک پیوند سیم: قهرمان غیرقانونی الکترونیک مدرن

نام من کوین است ، و در اینجا در فناوری الکترونیکی Dongxin ، روزهای من پر از علم فوق العاده کوچک است. من با مهندسان مانند مارکوس در آلمان کار می کنم - ذهن های و تفریحی و دقیق که می دانند موفقیت یک شرکت می تواند به قابلیت اطمینان یک میکروسکوپی تک و هم بستگی داشته باشد سیمبشر معیوب پیوند سمی، تقریباً برای چشم غیر مسلح نامرئی است ، می تواند یک خط تولید میلیون دلاری را زمین کند. این مقاله برای مارکوس و برای هر مهندس ، تکنسین و ذهن کنجکاو است که می خواهد پشت پرده نگاهی بیندازد. ما قصد داریم دنیای جهان را تغییر دهیم پیوند سمی، کاوش در مورد چگونگی این ریز سیمهای باند سیستم عصبی هر دستگاه الکترونیکی مورد نظر خود را تشکیل دهید. این سفر به دنیای دقیق ، قدرت و فیزیکی است که عصر دیجیتال ما را به هم وصل می کند.

پیوند سیم چیست و چرا برای یک مدار یکپارچه اینقدر مهم است؟

در ساده ترین آن ، الف پیوند سمی یک رشته کوچک از سیم برای ساختن استفاده می شود اتصالات الکتریکی بین الف نیمه هادی تراشه و بسته بندی آن یا یک صفحه مدار چاپی (PCB). فکر کردن مدار یکپارچه (کیهان) به عنوان یک شهر ، شلوغ با اطلاعات و سیگنال های برقی. این شهر برای ارتباط با دنیای خارج به جاده ها نیاز دارد. سیمهای باند آیا آن بزرگراه ها هستند آنها یک مسیر فیزیکی برای برق و داده ها را در داخل و خارج از تراشه فراهم می کنند و کل را ساختند مدار کاربردی بدون این اتصالات ، پیشرفته ترین دستگاه نیمه هادی در جهان فقط یک قطعه بی اثر است سیلیکون.

اهمیت پیوند سمی بسیار زیاد است زیرا رایج ترین و مقرون به صرفه ترین است فناوری اتصال مورد استفاده در صنعت. هر وثیقه باید کامل باشد یک بد وثیقه در دستگاهی حاوی صدها یا هزاران سیمهای باند می تواند باعث شکست کل مؤلفه شود. این اتصال باید بسیار عالی باشد هدایت الکتریکی انتقال سیگنال ها بدون از بین رفتن و به اندازه کافی مکانیکی برای مقاومت در برابر گرما ، لرزش و استرس جسمی برای سالها. قابلیت اطمینان همه چیز از تلفن هوشمند شما گرفته تا سیستم ایمنی خودرو به یکپارچگی این میکروسکوپی بستگی دارد سیم اتصالات

هر یک پیوند سمی یک شاهکار مینیاتوری مهندسی است. خیلی سیم، اغلب با یک قطر کوچکتر از موهای انسانی (اندازه گیری شده در میکرومترها) ، دقیقاً به یک مکان خاص در تراشه به نام a وصل شده است لنگهبشر دیگر وثیقه سپس به Leadframe ساخته می شود یا بستر، تکمیل مداربشر این روند یک حالت دائمی و جامد ایجاد می کند جوش، اطمینان از اتصال بادوام و قابل اعتماد. این یک اتصال مکانیکی ساده نیست ؛ این یک متالورژی واقعی است وثیقه در سطح اتمی

چگونه فرآیند اتصال سیم ، اتصال الکتریکی قابل اعتماد ایجاد می کند؟

در فرآیند اتصال سیم روشی بسیار خودکار است که از ترکیبی از نیرو ، گرما و ماوراء الطبیعه انرژی برای ایجاد قوی وثیقهبشر هدف این است که به سیم به لنگه بدون استفاده از مواد خارجی مانند لحیم کردنبشر چند کلید وجود دارد فرآیندهای پیوند، اما رایج ترین آن است اتصال ترموسونیبشر این فرآیند رقص ظریف فیزیک و مکانیک است.

بیایید تجزیه کنیم مراحل پردازشبشر اول ، نیمه هادی تراشه در یک مرحله گرم قرار می گیرد و آن را به یک درجه حرارت بالا (به طور معمول 100-300 درجه سانتیگراد). این گرما به نرم شدن فلزات کمک می کند و باعث می شود آنها نسبت به تشکیل a پذیرش بیشتری داشته باشند وثیقهبشر در اتصال سیمی دستگاه سپس می گیرد انتهای سیم و آن را در برابر آلومینیوم فشار می دهد لنگه در سیلیکون تراشه با استفاده از فشار ، دستگاه فرکانس بالایی را معرفی می کند انرژی ماوراءناونیبشر این لرزش مانند یک برس اسکراب میکروسکوپی عمل می کند ، اکسیدها و آلاینده ها را از سطوح هر دو پاک می کند سیم و پد

این ترکیب از گرما و اولتراسونیک لرزش باعث اتم های سیم و لنگه برای مخلوط کردن و پراکندگی ، تشکیل یک قوی و در هم تنیده جوشبشر این به عنوان معروف است اولین باندبشر دستگاه سپس حلقه می کند سیم به نقطه اتصال در بستر و یک عمل مشابه برای ایجاد پیوند دومبشر نتیجه یک یکپارچه است اتصال این هم از نظر الکتریکی کارآمد و هم از نظر مکانیکی است. کل عمل برای یک واحد سیم در کسری از ثانیه اتفاق می افتد و به ماشین های مدرن اجازه می دهد هزاران نفر را قرار دهند سیمهای باند در هر دقیقه

تفاوتهای اصلی بین فرآیندهای پیوند توپ و پیوند گوه چیست؟

در حالی که هدف یکسان است ، دو اصلی فرآیندهای پیوند—توپ وت پیوند گوه- آن را به روش های کمی متفاوت بدست آورید. انتخاب بین آنها به برنامه بستگی دارد ، نوع سیم استفاده شده ، و طراحی مدار یکپارچه.

A توپ، همانطور که از نام آن پیداست ، با ایجاد یک توپ کوچک در انتهای سیمبشر این کار با ذوب کردن نوک سیم با جرقه برقی. این فلز مذاب ، به طور معمول سیم طلایی یا سیم، به دلیل تنش سطح ، یک کره کامل را تشکیل می دهد. به این "A" گفته می شودتوپ هوای آزاد"دستگاه سپس این را فشار می دهد توپ روی لنگه با زور و انرژی ماوراءناونی برای ایجاد اولین باندبشر مزیت اصلی a توپ سرعت آن است و این واقعیت است که سیم می توان از هر جهت از وثیقه.

A پیوند گوه، از طرف دیگر ، از توپ استفاده نمی کند. در عوض ، از یک ابزار گوه به شکل برای فشار دادن استفاده می کند سیم مستقیماً به لنگه. انرژی ماوراءناونی سپس برای ایجاد یک بخیه مانند اعمال می شود وثیقهبشر این روند برای پیوند دوم. پیوند گوهبه طور معمول با سیم اما می تواند برای طلا و مس نیز استفاده شود. مزیت اصلی آن این است که یک مشخصات پایین تر ایجاد می کند وثیقه، که برای برنامه هایی که فضای عمودی محدود است بسیار عالی است. همچنین برای برنامه های خوب در جایی که در آن ترجیح داده می شود وثیقه لنت ها با هم بسیار نزدیک هستند. با این حال ، الف پیوند گوه به طور کلی یک فرآیند کندتر از a است توپ.

آیا می توانید انواع مختلف سیم مورد استفاده در پیوند را توضیح دهید؟

در سیم استفاده شده برای پیوند فقط هیچ یک نیست سیم فلزی؛ این ماده بسیار مهندسی شده با خواص خاص است. سه ماده رایج طلا ، مس و آلومینیوم است. در از سیم پیوند استفاده می شود برای ایجاد یک اتصال پایدار و قابل اعتماد ، بنابراین ترکیب مواد آن بسیار مهم است.

• سیم طلا (AU): برای مدت طولانی ، سیم طلایی استاندارد صنعت بود بسیار مقاوم در برابر است خوردگی و اکسیداسیون ، ایجاد آن را آسان می کند اوراق قرضه با کیفیت بالابشر نرمی و انعطاف پذیری آن برای ظریف ایده آل است فرآیند اتصال سیم. سیم طلایی معمولاً بیشتر است برای اتصال توپ استفاده می شودبشر نقطه ضعف اصلی آن زیاد است هزینه طلا.
• سیم مس (مس): سیم به یک جایگزین بسیار محبوب برای طلا تبدیل شده است زیرا بسیار ارزان تر است و برتر است هدایت الکتریکیبشر با این حال ، مس سخت تر از طلا است و به راحتی اکسیده می شود. این باعث می شود پیوند نیاز دارد یک فرآیند کنترل شده تر ، اغلب در یک جو نیتروژن بی اثر ، برای جلوگیری از اکسیداسیون که باعث تضعیف آن می شود وثیقهبشر ما با خلوص بالایی ارائه می دهیم سیم برای غلبه بر این چالش ها طراحی شده است. برای بهبود خصوصیات آن ، سیم اغلب با مقدار کمی از آن دوپ می شود الیاژ مانند پالادیم (مس روکش شده پالادیوم).
• سیم آلومینیوم (AL): سیم، اغلب الیاژ با مقدار کمی از سیلیکون، در درجه اول برای استفاده می شود پیوند گوهدر بسیار نرم و ارزان است. این ماده انتخابی برای دستگاه های با قدرت بالا است ، جایی که بزرگتر است قطر سیم برای حمل جریان بیشتر لازم است. از آنجا که بیشتر وثیقه پد روی یک نیمه هادی همچنین از آلومینیوم ساخته شده اند ، با استفاده از سیم یک سیستم تک فلزی ایجاد می کند ، که از شکل گیری شکننده جلوگیری می کند ترکیب بین فلزیs که می تواند بین طلا و آلومینیوم، منجر به خرابی اوراق قرضه.

انرژی اولتراسونیک در فرآیندهای پیوند مدرن چه نقشی دارد؟

انرژی ماوراءناونی ماده مخفی است که مدرن می کند اتصال سیمی بسیار مؤثر و قابل اعتماد. این اجازه می دهد تا قوی باشد جوش برای تشکیل در دمای بسیار پایین تر از آنچه در غیر این صورت مورد نیاز است ، فرآیندی شناخته می شود پیوند ماوراءریبشر این بسیار مهم است زیرا درجه حرارت بالا می تواند به حساس آسیب برساند نیمه هادی دستگاه

در اینجا نحوه عملکرد آن آورده شده است: در طول تشکیل پیوند، ابزاری ارتعاش می کند سیم در برابر لنگه در فرکانس اولتراسونیک (به طور معمول 60-120 کیلوهرتز). این حرکت سریع و شستشو چندین کار مهم را انجام می دهد. ابتدا به عنوان یک ماده تمیز کننده قدرتمند عمل می کند ، هر لایه نازک اکسیدها یا آلاینده ها را روی سطوح فلزی می شکند و از بین می برد. شما نمی توانید خوب ایجاد کنید وثیقه از طریق یک لایه از خاک و در سطح میکروسکوپی ، اکسیداسیون دقیقاً همین است.

دوم ، انرژی اصطکاک باعث ایجاد گرمای موضعی و تغییر شکل پلاستیک در رابط می شود. این سطح فلزی را نرم می کند و به آنها امکان می دهد کاملاً با هم قالب بگیرند. در فشار و مافوق صوت ارتعاش اتمهای سیم و لنگه در چنین تماس صمیمی که الکترون ها را به اشتراک می گذارند و یک متالورژیک واقعی را تشکیل می دهند وثیقهبشر بدون انرژی ماوراءناونی، شما به درجه حرارت و نیروهای بسیار بالاتر نیاز دارید (اتصال دماسنج) ، که باعث ترک خوردگی ظریف می شود سیلیکون در زیر لنگهبشر این استفاده از ماوراء الطبیعه قدرت برای اتصال ترموسونی روند

چرا سیم طلا به طور سنتی برای سیمهای باند با کیفیت بالا ترجیح داده می شود؟

سیم طلایی مدتهاست که استاندارد طلا (هدف در نظر گرفته شده) برای قابلیت اطمینان بالا بوده است سیمهای باندبشر محبوبیت آن ناشی از ترکیبی منحصر به فرد از خصوصیات شیمیایی و فیزیکی است که آن را برای محیط خواستار یک محیط بسیار مناسب می کند مدار یکپارچه.

مهمترین مزیت سیم طلایی عدم تحرک شیمیایی آن است. در برابر اکسیداسیون بسیار مقاوم است و خوردگیبشر این فوق العاده مهم است زیرا یک سطح تمیز و بدون اکسید برای ایجاد یک مقاومت کم و پایین ضروری است وثیقهبشر در حالی که سایر فلزات تقریباً فوراً در هوا لایه های اکسید عایق را تشکیل می دهند ، طلا بکر باقی می ماند و باعث می شود اتصال سیم طلایی بسیار بخشنده و قابل تکرار است. این ثبات ذاتی منجر به بازده بالاتر و عملکرد بلند مدت قابل اطمینان تر می شود.

علاوه بر این ، سیم طلایی بسیار انعطاف پذیر و قابل انعطاف است. این بدان معنی است که می توان آن را به یک فوق العاده کشیده کرد سیم با یک سازگار قطر و به راحتی می توان در طول شکل گرفت توپ و فرآیند حلقه زدن بدون سخت شدن کار یا شکستن. این نرمی همچنین به جذب برخی از مکانیکی کمک می کند استرس ایجاد می شود با فرآیند پیوند ، محافظت از شکننده لنگه و زمینه سیلیکون از آسیب در حالی که بالا هزینه طلا یک عامل مهم برای کاربردهای مهم در الکترونیک هوافضا ، پزشکی و نظامی است که در آن خرابی گزینه ای نیست ، قابلیت اطمینان ارائه شده توسط سیم طلایی اغلب هزینه را توجیه می کند.

چگونه سیم مس با سیم سنتی مانند طلا مقایسه می شود؟

سیم آیا رقیب پیشرو در تسلط طلا در اتصال سیمی جهان محرک اصلی برای تصویب آن هزینه است - کپی به طور قابل توجهی ارزان تر از طلا است. با این حال ، انتقال از سیم طلایی به سیم فقط یک مبادله مواد ساده نیست. نیاز به تنظیمات قابل توجهی در فرآیندهای پیوند با توجه به خواص مختلف مواد.

از دیدگاه عملکرد ، سیم برنده است بالاتر است هدایت الکتریکی و هدایت حرارتی نسبت به طلا ، و آن را برای دستگاه هایی که قدرت زیادی دارند یا گرم می شوند ، عالی می کند. همچنین دارای خواص مکانیکی بهتری است و منجر به قوی تر می شود نقاط قوت پیوند و مقاومت در برابر سیم در طی فرآیند قالب بندی پلاستیکی جارو کنید. با این حال ، مس با مجموعه چالش های خاص خود همراه است. بزرگترین اشکال آن است سختی و حساسیت به خوردگی.

از آنجا که مس سخت تر از طلا است ، پارامترهای اتصال دهنده، مانند نیرو و قدرت اولتراسونیک، باید با دقت کنترل شود تا از آسیب دیدن جلوگیری شود لنگهبشر مسئله بزرگتر اکسیداسیون است. مس به سرعت اکسید می شود ، و این لایه اکسید می تواند از خوب جلوگیری کند وثیقه از شکل گیری برای مبارزه با این ، مس اتصال سیمی معمولاً در یک محیط نیتروژن بدون اکسیژن انجام می شود. برای بهبود بیشتر عملکرد پیوند و مقاومت در برابر اکسیداسیون ، مس سیم اغلب با عناصری مانند آلیاژ می شود پالادیمبشر این پالادیمبا روکش سیم به یک انتخاب محبوب تبدیل شده و تعادل خوبی از هزینه ، عملکرد و پردازش را ارائه می دهد.

هنگام ایجاد پیوند با سیم آلومینیوم چه چالش هایی ایجاد می شود؟

سیم اسب کار قدرت است نیمه هادی صنعت ایده آل برای پیوند گوهدر برنامه هایی که به یک بزرگ نیاز دارند قطر سیم برای رسیدگی به دارای جریان عالیبشر با این حال ، کار با سیم مجموعه ای منحصر به فرد از چالش ها را ارائه می دهد که مهندسان باید مدیریت کنند.

چالش اصلی با سیم نرمی آن است در حالی که این کار را آسان می کند وثیقه بدون آسیب رساندن به تراشه ، به معنای آن نیز هست سیم مستعد مشکلات مکانیکی است. به عنوان مثال ، سیم مقاومت کششی کمتری نسبت به طلا یا مس دارد ، بنابراین برای جلوگیری از شکستگی باید در حین حلقه مراقبت شود. علاوه بر این ، بیشتر مستعد است خستگی چرخه کمبشر هنگامی که دستگاه گرم می شود و خنک می شود ، مواد گسترش می یابند و منقبض می شوند. چون سیم متفاوت است ضریب انبساط حرارتی از سایر مواد موجود در بسته ، این دوچرخه سواری می تواند باعث ایجاد استرس در پاشنه پا شود وثیقه، سرانجام منجر به ترک یا شکست می شود.

نکته دیگر این است که سیم تقریباً منحصراً برای آن استفاده می شود پیوند گوهدر نمی توان به راحتی در a شکل گرفت توپ هوای آزاد مانند طلا یا مس ، که استفاده از آن را سریعتر محدود می کند توپفرآیندها با وجود این چالش ها ، هزینه کم و عملکرد عالی آن در سیستم های تک فلزی (آلومینیوم سیم روی لنت های آلومینیومی) آن را به یک ماده ضروری تبدیل کنید. در دونگکسین ، ما با کیفیت بالا ارائه می دهیم سیم آلومینیومی خالص و قوی ابزارهای اتصال سیم آلومینیومی سنگین به طور خاص برای ایجاد اوراق قرضه قابل اعتماد در خواستار برنامه های با قدرت بالا ساخته شده است.

چگونه از خرابی های مشترک در پیوند سیم جلوگیری می کنید؟

یک شکست خورده پیوند سمی می تواند برای یک دستگاه الکترونیکی فاجعه بار باشد ، بنابراین جلوگیری از خرابی اولویت اصلی است. خرابی به دلایل زیادی ممکن است رخ دهد ، که اغلب مربوط به کنترل ضعیف بر روی آن است پارامترهای اتصال دهنده، آلودگی یا مسائل مادی. یک رویکرد فعال مهم است.

یکی از رایج ترین حالت های شکست ضعیف است وثیقه یا "غیر چسب" ، جایی که سیم به درستی به لنگهبشر این اغلب در اثر آلودگی روی سطح پد یا تنظیم نادرست ایجاد می شود پارامترهای اتصال دهندهبشر اطمینان از پاکیزگی همه سطوح و بهینه سازی دقیق نیروی پیوند ، ماوراء الطبیعه قدرت و دما برای خاص مواد نیز خط اول دفاع است. کالیبراسیون منظم اتصال سیمی دستگاه نیز ضروری است.

مسئله متداول دیگر "دهانه" است ، جایی که فشار و انرژی فرآیند پیوند شکننده شکننده را ترک می کند سیلیکون یا لایه های اکسید در زیر لنگهبشر این اغلب به دلیل نیروی بیش از حد یا انرژی ماوراءناونیبشر با استفاده از صحیح پیوند ابزار و یک فرآیند دقیقاً کنترل شده می تواند از این آسیب جلوگیری کند. بالاخره ، خرابی اوراق قرضه به دلیل شکل گیری شکننده می تواند به مرور زمان رخ دهد ترکیب بین فلزیS ، به خصوص بین طلا و آلومینیوم در درجه حرارت بالابشر انتخاب ترکیبات مناسب مواد ، مانند سیم روی لنت های آلومینیومی یا استفاده از فلز سد لنگه، می تواند این خطرات قابلیت اطمینان بلند مدت را کاهش دهد.

تفاوت بین اتصال سیم و استفاده از لحیم برای اتصال چیست؟

در حالی که هر دو اتصال سیمی وت لحیم کردن برای ایجاد استفاده می شود اتصالات الکتریکی، آنها اساساً فرآیندهای مختلفی هستند که در مقیاس های مختلف و برای اهداف مختلف در یک مورد استفاده می شوند مداربشر درک نقش آنها برای قدردانی از مونتاژ الکترونیک مهم است.

لحیم کردن فلز است الیاژ با یک نقطه ذوب کم که برای پیوستن به اجزای بزرگتر از هم استفاده می شود ، مانند اتصال مدار یکپارچه بسته به a PCB یا اتصال یک مقاومت به یک الکترودبشر این روند شامل گرم کردن لحیم کردن تا زمانی که ذوب نشود ، بین اجزای جریان یابد و سپس خنک شود تا یک اتصال محکم ایجاد شود. لحیم کردن برای ایجاد اوراق قرضه مکانیکی و الکتریکی قوی در مقیاس کلان بسیار عالی است اما برای اتصالات میکروسکوپی مورد نیاز به اندازه کافی دقیق نیست نیمه هادی بسته بندی شما به سادگی نمی توانید استفاده کنید لحیم کردن برای اتصال به ریز وثیقه لنت های روی تراشه.

اتصال سیمی، از طرف دیگر ، یک حالت جامد است روند جوشکاری برای مقیاس میکرو طراحی شده است بهم پیوستنیون این یک متالورژی مستقیم ایجاد می کند وثیقه بین یک سیم و تراشه ها لنگه بدون یک ماده پرکننده جداگانه مانند لحیم کردن. اتصال سیمی دقت و تراکم بسیار بالاتری را ارائه می دهد ، و این امکان را برای صدها یا هزاران اتصال در یک منطقه بسیار کوچک فراهم می کند. به طور خلاصه ، پیوند سمیبرای به دست آوردن سیگنال استفاده می شود خارج از سیلیکون می میرد ، در حالی که لحیم کردن اغلب برای اتصال قالب بسته بندی شده به بقیه استفاده می شود مداربشر آنها دو فناوری مکمل هستند که برای ساخت دستگاه های الکترونیکی که هر روز از آنها استفاده می کنیم ، با هم کار می کنند.

غذای اصلی

• پیوند سیم بسیار مهم است: سیمهای باند بزرگراه های الکتریکی اساسی هستند که یک تراشه نیمه هادی را به دنیای خارج وصل می کنند و باعث می شود کل مدار کار کند.
• فرآیند مهم است: مدرن فرآیندهای پیوند مانند اتصال ترموسونی از ترکیبی دقیق از گرما ، زور و ماوراء الطبیعه انرژی برای ایجاد یک متالورژی قوی و قابل اعتماد جوش.
• توپ در مقابل گوه: توپدر حالی که سریع و انعطاف پذیر است ، به طور معمول با استفاده از طلا یا مس ، در حالی که پیوند گوهING دقت بالاتری را برای برنامه های خوب و خوب ، اغلب با آلومینیوم ارائه می دهد سیم.
• مسائل مادی: انتخاب بین سیم طلایی, سیموت سیم یک تصمیم مهندسی مهم مبتنی بر هزینه ، عملکرد و الزامات قابلیت اطمینان است.
• از پیش بینی های پیشگیرانه خودداری کنید: از پیش خرابی اوراق قرضه به کنترل دقیق فرآیند ، مواد تمیز و به درستی بهینه نیاز دارد پارامترهای اتصال دهنده برای جلوگیری از پیوندهای ضعیف یا آسیب به تراشه.
• همان لحیم کاری نیست: اتصال سیمی یک فرآیند جوشکاری حالت جامد در مقیاس میکرو برای سطح تراشه است اتصال، در حالی که لحیم کردن یک فرآیند در مقیاس کلان است که برای پیوستن به اجزای بزرگتر به a استفاده می شود PCB.