به عنوان یک متخصص در ریز ماشینکاری و علم مواد، روزهای من پر از بحث های فنی عمیق با مهندسانی مانند مارکوس در آلمان است. آنها کسانی هستند که در خط مقدم هستند و مرزهای آنچه در تولید نیمه هادی ها و الکترونیک قدرت ممکن است را جابجا می کنند. موضوعی که با فراوانی شگفت انگیزی مطرح می شود، فروتنی است سیم اتصال دهنده. این رشته کوچک فلزیکه اغلب نازکتر از موی انسان است، اغلب نادیده گرفته می شود، با این حال مسلما یکی از حیاتی ترین اجزا در هر مدار مجتمع است.کیهان). یک شکست در این میکروسکوپی بهم پیوستن می تواند یک دستگاه پیچیده و گران قیمت را بی فایده کند. این مقاله یک موضوع فروش نیست. این یک فرو رفتن عمیق در علم و مهندسی مواد است که منجر به ایجاد یک سطح عالی می شود.قابلیت اطمینان سیم اتصال دهنده. ما مواد مختلف، خواص منحصر به فرد آنها و چرایی انتخاب درست را بررسی خواهیم کرد سیم برای موفقیت محصول نهایی شما ضروری است.
هدف اساسی سیم باندینگ چیست؟
در ابتدایی ترین سطح خود، الف سیم اتصال دهنده بسیار خوب است، بالاخلوص سیم برای ایجاد استفاده می شود برق اتصالات داخل a نیمه هادی دستگاه این پل به عنوان یک پل انعطاف پذیر عمل می کند و قدرت و سیگنال ها را بین سیلیکون حمل می کند تراشه (کیهان) و سرنخ های فلزی بسته محافظ آن. به آن به عنوان سیستم عصبی تراشه فکر کنید. برخلاف استفاده لحیم کردن، که شامل ذوب می شود و نمی تواند در چنین مقیاس ظریفی بدون آسیب رساندن به تراشه ظریف انجام شود، سیم پیوند یک فرآیند حالت جامد است. یک تخصصی دستگاه باندینگ استفاده می کند ماوراء الطبیعه انرژی، نیرو و گاهی گرما برای ایجاد جوش متالورژیکی یا وثیقه، در هر دو انتهای سیم.
این کوچک اتصال باید فوق العاده قوی باشد نیاز به مقاومت در برابر استرس مکانیکی، چرخه حرارتی و حمل جریان الکتریکی بدون تخریب در طول عمر دستگاه دارد. انتخاب از سیم مواد، قطر آن، و مشخصات آن خواص مواد همه نقش مهمی در ایجاد موفق و قابل اعتماد دارند سیم وثیقهبشر تک تک وثیقه باید کامل باشد
چرا انواع مختلف سیم اتصال لازم است؟
هیچ راه حل «یک اندازه مناسب برای همه» وجود ندارد سیم اتصال دهنده. انتخاب ماده یک تصمیم مهندسی حیاتی است که بر اساس خواستههای خاص برنامه از جمله هزینه، عملکرد و بلندمدت انجام میشود. قابلیت اطمینان. سه ماده اولیه مورد استفاده طلا (Au) است. مس (مس)، و آلومینیوم (ال). هر کدام دارای مجموعه مشخصی از خواص هستند که آن را برای انواع مختلف باندینگ و محصولات نهایی مختلف مناسب میسازد.
یک مهندس باید چندین فاکتور را در نظر بگیرد:
- فرآیند پیوند: آیا این یک سرعت بالا است توپ فرآیند یا یک دقت پیوند گوه? طلا و مس ایده آل هستند برای توپدر حالی که آلومینیوم استاندارد اولتراسونیک است گوه پیوند.
- الزامات عملکرد: آیا دستگاه در فرکانس های بالا کار می کند یا جریان های بالایی را حمل می کند؟ مس برتری دارد هدایت الکتریکی، اما سیم طلایی مقاومت عالی در برابر خوردگی ارائه می دهد.
- محدودیت های هزینه: اتصال سیم طلا یک فرآیند بالغ اما پرهزینه است. سیم یک جایگزین کم هزینه با عملکرد عالی ارائه می دهد، در حالی که سیم همچنین بسیار مقرون به صرفه است.
- قابلیت اطمینان دراز مدت: چگونه خواهد شد سیم تعامل با لنگه متالورژی در طول زمان و در دمای عملیاتی؟ جلوگیری از تشکیل شکننده بین فلزی یک نگرانی کلیدی است.
| ماده سمی | روش باندینگ اولیه | مزایای اصلی | چالش های کلیدی |
| طلا (AU) | ترموسونیک باند توپ | مقاومت در برابر خوردگی عالی، بسیار چکش خوار، فرآیند بالغ. | هزینه مواد بالا، پتانسیل برای مواد بین فلزی شکننده روی پدهای Al. |
| مس (مس) | ترموسونیک باند توپ | عالی برق & هدایت حرارتی، کم هزینه، استحکام بالا. | مستعد بودن اکسید شکل گیری، نیاز به کنترل فرآیند شدیدتر دارد. |
| آلومینیوم (Al) | ماوراء الطبیعه گوه باند | عالی برای پیوند گوهing، کم هزینه، یک پایدار را تشکیل می دهد وثیقه در آلومینیوم لنت ها | رسانایی کمتر از مس، نه به طور معمول برای اتصال توپ استفاده می شود. |
سیم طلا برای اتصال توپ با سرعت بالا چگونه مهندسی می شود؟
سیم طلایی اصلی ترین و قابل درک ترین است سیم اتصال دهنده. در حالی که ساده به نظر می رسد، طلای خالص استفاده شده در این نرم افزار در واقع یک ماده بسیار مهندسی شده است. سیم اتصال طلا تقریباً هرگز 99.99٪ خالص نیست طلا. عمداً با مقادیر کوچک و کنترلشدهای از عناصر دیگر «دوپ» میشود تا ویژگیهای آن را برای افراد نیازمند تنظیم کند. فرآیند اتصال توپ.
این مواد ناخالص، که می تواند شامل عناصری مانند بریلیم (بودن) یا پالادیم (Pd)، به چند دلیل اضافه می شوند. آنها به کنترل ساختار دانه کمک می کنند فلزی همانطور که پس از ایجاد جامد می شود توپ هوای آزاد. یک ساختار دانه ای پایدار و ثابت برای تشکیل یک ساختار قوی و قابل تکرار بسیار مهم است وثیقه. ناخالصی ها همچنین سختی را افزایش می دهند سیم، که به آن کمک می کند تا از یک تمیز پشتیبانی کند حلقه شکل بدون افتادگی یک خوش مهندسی سیم طلایی تعادل کامل نرمی را برای ایجاد آن فراهم می کند وثیقه و سفتی برای حفظ تشکیل حلقه. توانایی تشکیل کامل، کروی توپ یک ویژگی منحصر به فرد از سیم طلایی و مرکزی برای فرآیند اتصال توپ.
مزایای استفاده از مس به عنوان سیم اتصال چیست؟
سیم تبدیل به یک جایگزین بسیار محبوب برای سیم طلایی، در درجه اول توسط صرفه جویی قابل توجه در هزینه هدایت می شود. از دیدگاه عملکرد، مس یک انتخاب عالی است حدود 40 درصد بالاتر است هدایت الکتریکی و به طور قابل توجهی بهتر است هدایت حرارتی از طلا این آن را برای دستگاه های برقی که نیاز به مدیریت جریان های بالا و اتلاف گرما دارند ایده آل می کند. با این حال، کار با سیم مجموعه ای منحصر به فرد از چالش ها را ارائه می دهد که مهندسان باید مدیریت کنند.
بزرگترین چالش اکسیداسیون است. مس به راحتی یک را تشکیل می دهد اکسید لایه زمانی که در معرض هوا، به ویژه در دمای بالا از حرارتی پیوندبشر این اکسید می تواند در شکل گیری یک کالا اختلال ایجاد کند وثیقه. برای غلبه بر این، دستگاه های اتصال سیم که استفاده می کنند مس باید در یک محیط بی اثر، که معمولاً در گاز نیتروژن پوشانده شده است، کار کند. علاوه بر این، مس بسیار سخت تر از طلا است این یعنی بالاتر وثیقه نیروها و ماوراء الطبیعه انرژی مورد نیاز است، که خطر آسیب رساندن به مواد ظریف را افزایش می دهد سیلیکون در زیر لنگه. برای کاهش این، بسیاری از برنامه های کاربردی در حال حاضر استفاده می کنند مس روکش شده پالادیوم سیم. لایه نازک از پالادیم محافظت می کند مس از اکسیداسیون و بهبود می بخشد وثیقه قابلیت اطمینان
چه زمانی سیم آلومینیومی بهترین انتخاب برای قابلیت اطمینان است؟
در حالی که طلا و مس بر توپ بازار، سیم پادشاه است پیوند گوه ای اولتراسونیک. این به ویژه برای نیمه هادی های قدرت، الکترونیک خودرو و ماژول های RF صادق است. دلیل اصلی این امر سازگاری متالورژیکی است. را وثیقه پد روی یک نیمه هادی می میرند تقریبا همیشه از ساخته شده است آلومینیوم. وقتی شما وثیقه در سیم به آلومینیوم پد، شما یک سیستم تک فلزی ایجاد می کنید. این ذاتاً در طول زمان، به ویژه در دماهای بالا، پایدارتر و قابل اعتمادتر است.
وقتی یک سیم طلایی به یک متصل است آلومینیوم پد، فرآیند حالت جامد انتشار شروع می شود و طلا را تشکیل می دهد -آلومینیوم ترکیبات بین فلزی در سطح مشترک برخی از این ترکیبات شکننده هستند و می توانند منجر به وثیقه شکست در طول عمر محصول، پدیده ای که به عنوان "طاعون بنفش" شناخته می شود. با استفاده از سیم، از این مکانیسم شکست اصلی کاملاً اجتناب می شود. برای برنامه هایی که به بالاترین سطح بلندمدت نیاز دارند قابلیت اطمینان، سنگین قطر سیم آلومینیومی خالص از طریق یک قوی متصل می شود پیوند گوه استاندارد طلا است. این است نوع سیم ما می بینیم که بیشتر در کاربردهای خودرویی و صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد.
خواص مکانیکی مانند ازدیاد طول و استحکام کششی چگونه بر پیوند سیم تأثیر می گذارد؟
وقتی یک مهندس الف دریافت می کند قرقره از سیم اتصال دهنده، مشخصات ورق خواص مکانیکی مانند کششی قدرت و طویل شدن. اینها فقط اعداد نیستند. آنها شاخص های مهمی هستند که چگونه سیم با سرعت بالا رفتار خواهد کرد دستگاه باندینگ.
- مقاومت کششی (یا بار شکست): این نیروی مورد نیاز برای شکستن را اندازه گیری می کند سیمبشر بوها سیم باید به اندازه کافی قوی باشد که بتواند در برابر استرس مقاومت کند پیوند فرآیند، از جمله "پارگی" نهایی پس از دوم وثیقه در یک پیوند گوه فرآیند با این حال، الف سیم که خیلی قوی است ممکن است دشوار باشد وثیقه و ممکن است نیاز به نیروی بیش از حد داشته باشد.
- ازدیاد طول: این اندازه گیری چقدر است سیم می تواند قبل از شکستن کشش داشته باشد، که به صورت درصد بیان می شود. مسلماً این پارامتر بحرانیتر است. الف سیم با خوب طویل شدن در طول انعطاف پذیرتر و بخشنده تر است وثیقه تشکیل. همچنین برای ایجاد حلقه های ثابت و پایدار ضروری است. الف سیم با کم طویل شدن شکننده است و می تواند منجر به ترک در پاشنه پا شود وثیقه، در حالی که الف سیم با بیش از حد بالا طویل شدن می تواند خیلی نرم باشد که منجر به حلقه افتادگی یا نوسان سیم را طویل شدن در طول دوره به دقت کنترل می شود سیم فرآیند تولید از طریق ترکیبی از ترسیم و آنیل کردنمراحل
"دوپینگ" سیم اتصال در واقع برای بهبود عملکرد آن چه می کند؟
"دوپینگ" فرآیند افزودن مقادیر بسیار کم و بسیار کنترل شده از عناصر دیگر به اولیه است فلزی برای افزایش خواص آن ما در مورد سطوح قطعات در میلیون (ppm) صحبت می کنیم. این فقط ساده نیست الیاژ; این یک علم دقیق است. هدف این مواد ناخالص دستکاری ساختار متالورژیکی است سیم.
به عنوان مثال، در سیم طلایی, dopants help to refine the grain structure. در شکل خالص آن، فلزی دارای دانه های درشت و نرم است. افزودن مواد ناخالص، محلهای هستهزایی را ایجاد میکند و در نتیجه ساختار دانهای ظریفتر و یکنواختتر ایجاد میشود. این باعث می شود سیم قوی تر و مهمتر از آن تضمین می کند که گرمامنطقه تحت تاثیر بالای توپ بعد از تشکیل توپ قوی و پایدار است این مانع از یک مشترک می شود نقص به عنوان "ناحیه متاثر از گرما (HAZ) شناخته می شود، که می تواند باعث ایجاد این مشکل شود سیم کوتاه کردن در برابر لبه قالب. به طور مشابه، در سیم، اضافه کردن 1٪ سیلیکون به طور قابل توجهی تقویت می کند سیم و از نرمی بیش از حد آن جلوگیری می کند که برای آن بسیار مهم است پیوند گوه ای اولتراسونیک. تصمیم به دوپ a سیم همیشه یک تعادل برای رسیدن به مکانیکی مورد نظر است خواص سیم.
چگونه از کیفیت و قابلیت اطمینان یک قرقره سیم اتصال اطمینان حاصل می کنید؟
برای مهندسی مانند مارکوس، ثبات همه چیز است. A process that works perfectly with one قرقره از سیم باید به همان خوبی با بعدی کار کند. کنترل کیفیت برای سیم اتصال دهنده بنابراین فوق العاده سختگیرانه است. با مواد خام شروع می شود که باید از بالاترین مقدار باشد خلوص (e.g., 99.99% or "4N" purity).
در سراسر نقاشی و آنیل کردنفرآیند انجام، قطر سیم باید در تلورانس های فوق العاده محکم نگهداری شوند. Even a tiny variation can affect the پارامترهای اتصال دهنده and lead to inconsistent results. فینال سیم سپس با توجه به استانداردهایی مانند، تحت یک باتری آزمایش قرار می گیرد ASTM روش تست F72. این شامل اندازه گیری بار شکست آن و طویل شدنبشر در سطح از سیم همچنین باید بکر، عاری از هرگونه آلودگی یا خراشیدگی باشد که می تواند با آن تداخل داشته باشد وثیقه. در نهایت، سیم بر روی یک طراحی خاص پیچیده شده است قرقره تحت کشش کنترل شده برای جلوگیری از هر گونه آسیب مکانیکی. نگهداری و جابجایی مناسب نیز مانند رعایت موارد توصیه شده حیاتی است ماندگاریبشر در کیفیت پیوند بازتاب مستقیمی از کیفیت است سیم.
حالت های رایج شکست مربوط به خود سیم اتصال چیست؟
وقتی یک سیم وثیقه شکست می خورد، سیم خود می تواند علت اصلی باشد. درک این خرابی ها کلید عیب یابی یک فرآیند است.
- افتادگی سیم/نوسان: سیم حلقه تغییر شکل می دهد و یک مجاور را لمس می کند سیم یا لبه قالب باعث اتصال کوتاه می شود. این اغلب به دلیل سیم خیلی نرم بودن (نامناسب الیاژ یا آنیل کردنing).
- ترک پاشنه پا: یک ترک در پایه ایجاد می شود گوه وثیقه. این می تواند ناشی از یک سیم که خیلی شکننده است (کم طویل شدن) یا با تغییر شکل بیش از حد در طول وثیقه.
- باند لیفت: وثیقه نمی تواند بچسبد. در حالی که اغلب یک مشکل پارامتر است، می تواند ناشی از آلودگی روی آن باشد سیم سطح.
- سیم شکسته در HAZ: در الف توپ، سیم می شکند درست بالای توپ. این به یک ساختار دانه ای کنترل نشده در سیممنطقه متاثر از گرما
این مسائل دلیل همکاری عمیق بین سازنده دستگاه و شرکت را نشان می دهد سیم supplier is so important. اغلب، حل یک مجموعه پیوند مشکل نیازمند تجزیه و تحلیل مشترک هر دو است پیوند فرآیند و سیمعلم مواد ما اغلب به مشتریانی که از ما استفاده می کنند کمک می کنیم اتصالات سیم اتوماتیک برای تشخیص و حل این مسائل.
چگونه انتخاب سیم مناسب قابلیت اطمینان دستگاه را در دراز مدت افزایش می دهد؟
انتخاب سیم اتصال دهنده تاثیر عمیقی بر بلندمدت دارد قابلیت اطمینان از یک مدار یکپارچه. اولیه وثیقه quality is just the beginning of the story. را سیم و آن وثیقه باید سال ها کار در محیط های اغلب خشن زنده بماند. درسته انتخاب مواد برای جلوگیری از خرابی هایی که تنها پس از هزاران ساعت چرخه حرارتی ظاهر می شوند، بسیار مهم است.
همانطور که گفته شد با استفاده از سیم در آلومینیوم پدها خطر شکنندگی طلا را از بین می برد -آلومینیوم بین فلزی برای سیم، با استفاده از a پالادیم پوشش می تواند از اکسیداسیون جلوگیری کرده و از پایداری آن اطمینان حاصل کند وثیقهبشر در ظرفیت حمل فعلی از سیم نیز باید در نظر گرفته شود. با استفاده از a سیم با ناکافی قطر سیم زیرا جریانی که باید حمل کند باعث گرم شدن بیش از حد آن می شود و پیری را تسریع می کند و به طور بالقوه منجر به شکست می شود. انبساط حرارتی ضریب از سیم نسبت به بقیه مواد بسته بندی عامل دیگری است که باید باشد در نظر گرفته شده است. حق سیم اتصال دهنده فقط یک جزء نیست. این یک عنصر اساسی در طراحی یک دستگاه است قابلیت اطمینان.
