와이어 본드에 대한 궁극적 인 안내서 : 작은 와이어가 우리 세상에 힘을 발휘하는 방법

제 이름은 Kevin이며 Dongxin Electronic Technology 팀의 일원으로서 마이크로 모임 및 고급 재료의 세계에서 몇 년을 보냈습니다. 나는 독일의 마커스와 같은 세심한 엔지니어들과 수많은 대화를 나누었습니다. 그들은 단일의 미세한 것을 알고 있습니다 와이어 본드 최첨단 자동차 센서와 비용이 많이 드는 생산 라인 고장의 차이가 될 수 있습니다. 이 기사는 그들과 놀라운 기술을 이해하고자하는 사람을위한 것입니다. 철사 본딩. 우리는 전체를 탐구 할 것입니다 와이어 본딩 공정기본 과학에서 가능한 고급 기계에 이르기 까지이 중요한 제조 단계를 마스터하는 데 필요한 통찰력을 제공합니다.

마이크로 전자 공학의 와이어 결합 공정은 정확히 무엇입니까?

핵심적으로 와이어 본딩이 프로세스입니다 매우 미세한 것을 사용하여 작은 전기 연결을 생성합니다 철사. 복잡한 컴퓨터 칩을 상상해보십시오 반도체 손톱보다 더 크지 않습니다. 이 칩은 외부 세계와 통신해야합니다. 철사 본딩은이 커뮤니케이션이 이루어지는 다리입니다. 칩의 미세 회로를 연결합니다 ( 본드 패드) a 기판 또는 리드 프레임. 이 프로세스는 가장 널리 사용되는 방법입니다 상호 연결 에서 반도체 산업.

프로세스 자체는 엔지니어링의 경이로움입니다. 특수 기계는 힘, 열 및 때로는 조합을 사용합니다. 초음파 견고한 상태를 만들기위한 에너지 용접 사이에 철사 그리고 본드 패드. 이것은 전통적인 납땜과 같지 않습니다. 필러 재료가 없습니다. 대신, 원자의 원자 철사 그리고 패드는 너무 가깝게 모여 강하고 영구적 인 것을 형성합니다. 학의 노예. 이것은 내부의 가혹한 조건을 견딜 수있는 매우 신뢰할 수있는 전기 및 기계적 연결을 만듭니다. 전자 장치.

미세한 대장장이로 생각하십시오. 에이 본딩 도구 정확히 장소와 프레스 a 얇은 와이어 a 지름 종종 미크론 (백만 분의 1 미터)으로 측정됩니다. 목표는 전기가 흐르는 완벽한 경로를 만드는 것입니다. 모든 스마트 폰, 자동차 및 컴퓨터는 수십억의 완벽한 작은 연결에 의존합니다. 각각의 무결성 와이어 본드 의 기능에 가장 중요합니다 전자 구성 요소 그들은 연결합니다.

와이어 본드가 반도체 장치 제조에 중요한 이유는 무엇입니까?

의 중요성 와이어 본드 ~에 반도체 장치 제조 과장 될 수 없습니다. 통합 회로를 만드는 것은 최종적이고 중요한 단계입니다 (IC) 기능적. 수많은 시간 후에 수백만 달러가 복잡한 것을 설계하고 제작하는 데 소비됩니다. 규소 웨이퍼, 그것은 겸손합니다 철사 그것은 그것을 생명에 가져옵니다. 신뢰할 수있는 방법없이 상호 연결, 가장 강력한 IC 쓸모없는 부분에 지나지 않습니다 규소.

고품질 와이어 본드 두 가지를 보장합니다 전기 전도성 그리고 강력한 기계적 강도. 그만큼 전기 특성 성능에 필수적입니다. 저항 또는 불일치 용접 신호를 저하 시키거나 원치 않는 열을 생성하거나 장치가 실패 할 수 있습니다. 이것은 신호 무결성이 전부 인 고주파 응용 분야에서 특히 그렇습니다. 그만큼 와이어 사이의 결합 그리고 패드는 효율적인 전력 및 데이터 전송을 보장하기 위해 가능한 저항이 가장 낮아야합니다.

또한, 이러한 연결은 엄청나게 내구성이 있어야합니다. 제품의 수명 동안 열 순환 (열 사이클링 (열 확장 및 열과 수축), 진동 및 물리적 충격에서 살아남을 필요가 있습니다. 자동차 등급 반도체예를 들어, 자동차의 후드 아래 몇 년 동안 완벽하게 기능해야하며 극한의 온도와 지속적인 흔들림을 견뎌야합니다. 약한 와이어 본드 골절되어 장치 고장으로 이어집니다. 이것이 프로세스 엔지니어가 완벽하고 무효가없는 것을 달성하는 데 집중하는 이유입니다. 용접 매번. 그것은 모든 현대 전자 제품의 신뢰성의 기초입니다.

와이어 본딩의 주요 유형은 무엇입니까? 볼 대 웨지 본딩을보십시오

업계에는 사용 된 두 가지 주요 방법이 있습니다. 볼 본드ing 및 웨지 본드잉. 둘 다 같은 목표를 달성하는 반면 철사 연결은 다른 방식으로 수행하며 다른 응용 프로그램에 적합합니다. 그들의 차이를 이해하는 것은 모든 생산 라인을 최적화하는 데 중요합니다.

볼 본딩 :
이것은 일반적으로 금 또는 구리선. 프로세스는 녹는 것으로 시작합니다 와이어의 끝 표면 장력으로 인해 작은 공을 형성하는 전기 스파크로. 이 공은 다음으로 눌렀습니다 본드 패드 조합을 사용합니다 열과 압력그리고 종종 초음파 에너지,이 과정에서 열 모닉 결합. 이것은 첫 번째 본드. 그런 다음 기계가 루프합니다 철사 두 번째 연결 지점으로 스티치와 같은 것을 만듭니다 두 번째 본드 찢기 전에 철사 다시 시작합니다.

• 장점 : 고속, 첫 번째 지점에서 어떤 방향 으로든 결합하는 능력.
• 단점 : 볼 모양으로 인해 칩에 더 많은 공간이 필요하며, 더 높은 열은 민감한 구성 요소의 문제가 될 수 있습니다.

웨지 본딩 :
웨지 본드ing, 또는 웨지 와이어 본딩, a 쐐기 모양의 도구 대신 a 모세관. 그만큼 와이어를 누릅니다 평평한 본드 패드, 그리고 초음파 에너지 마찰을 만들기 위해 적용됩니다 용접. 이것은 깔끔하고 스티치 같은 본드를 형성합니다. 프로세스는 반복됩니다 두 번째 본드. 이 방법은 종종 함께 사용됩니다 알루미늄 와이어, 특히 고출력 응용 분야에서는 금에도 사용할 수 있습니다. 철사 그리고 리본.

• 장점 : 더 작고 저렴한 채권을 생성하며, 파인 피치 (밀접하게 간격) 응용 프로그램에 이상적입니다. 일반적으로 열이 적어 온도에 민감한 장치에 적합합니다.
• 단점 : 일반적으로 볼 결합보다 느리고 결합 방향은 쐐기 도구.

Dongxin에서는 모세관에서 두 프로세스를위한 초고전 도구를 만드는 데 전문 볼 본드강력한 사람에게 쐐기 무거운 알루미늄 결합에 필요한 도구. 선택 볼 본드 그리고 웨지 본드 종종 장치의 특정 요구 사항 (코스트, 밀도, 전력 및 유형의 특정 요구 사항에 따릅니다. 본딩 와이어 사용 중.

최신 자동 와이어 본딩 머신은 어떻게 작동합니까?

현대 자동 와이어 Bonder는 로봇 공학 및 제어 시스템의 걸작입니다. 미묘한 정확도로 시간당 수천 개의 채권을 수행하도록 설계되었습니다. 기계의 핵심은 채권 헤드를 반도체 장치. 이 본드 헤드는 본딩 도구 (모세관 볼 본드ing 또는 a 쐐기 ~을 위한 웨지 본드ing) 및 스풀 본딩 와이어.

프로세스는 다음에 시작됩니다 IC 또는 기판 기계에로드됩니다. 강력한 비전 시스템은 본드 패드의 정확한 위치와 해당 지점을 식별합니다. 리드 프레임 또는 PCB. 기계의 소프트웨어는 각각의 최적 경로를 계산합니다. 철사. 각각에 대해 와이어 본드, 기계는 정확한 시퀀스를 실행합니다.

1. 포지셔닝 : 본드 헤드는 도구를 바로 위로 이동합니다 첫 번째 본드 대지.
2. 본딩 : 공구가 낮아지고 기계는 힘, 온도 및/또는의 프로그래밍 된 조합을 적용합니다. 초음파 에너지 형성합니다 용접.
3. 루핑 : 기계는 도구를 높이고 지불합니다 철사, 특정 루프 모양을 형성하여 높이를 제어하고 단락을 방지합니다.
4. 두 번째 본딩 : 머리는 두 번째 사이트로 이동합니다 두 번째 본드 만들어졌습니다.
5. 종료: 그만큼 철사 a 집게 그리고 움직임을 찢고 다음을 위해 기계를 준비합니다 와이어 본드.

이 전체주기는 밀리 초로 발생합니다. 그만큼 용접 기계 끊임없이 본드 힘 및와 같은 요인을 모니터링합니다 초음파 모든 연결이 엄격한 품질 표준을 충족하도록하는 힘. 이 기계는 우리 자신과 마찬가지로 WS9820 자동 두꺼운 알루미늄 와이어 웨지 본더, 현대의 엔진입니다 마이크로 전자 공학 조립, 복합체의 대량 생산 가능 전자 구성 요소.

본딩에 사용되는 가장 일반적인 유형의 와이어는 무엇입니까?

선택 본딩 와이어 비용, 성능 및 응용 프로그램 요구 사항에 따라 중요한 결정입니다. 각 자료에는 다른 상황에 적합한 고유 한 특성이 있습니다. 세 가지 메인 와이어의 유형 오늘날에는 금, 구리 및 알루미늄이 사용됩니다.

금 와이어 : 수십 년 동안 금은 표준이었습니다 와이어 본딩 우수한 신뢰성으로 인해. 그렇지 않습니다 산화물Ize, 쉽게 만들 수 있도록합니다 좋은 결합 연결. 부드러움이 허용됩니다 금 와이어 본딩 낮은 힘에서, 깨지기 쉬운 스트레스를 줄입니다 규소 칩. 그러나 높음 금 비용 많은 제조업체들이 대안을 찾도록 주도했습니다.

구리선 : 구리선 인기있는 대안이되었습니다. 그것은 전기 전도성 금보다 훨씬 높고 훨씬 저렴합니다. 그러나 구리는 더 어렵고 경향이 있습니다 산화, 본딩이 필요합니다 보다 제어 된 환경 (종종 불활성 가스 방패 사용)과보다 강력한 공정 매개 변수를 사용하여 손상을 방지합니다. 본드 패드.

알루미늄 와이어 : 알루미늄 와이어 매우 일반적입니다 웨지 본드특히 큰 전원 장치의 경우 지름 높은 전류를 운반하려면 와이어가 필요합니다. 그것은 매우 강한 단일 금속성을 형성합니다 용접 칩에 알루미늄 본드 패드를 사용하여 취성 형성을 피하십시오. 금-알루미늄 금속 간 시간이 지남에 따라 채권 실패를 유발할 수있는 ( "Purple Plague"). 우리는 범위를 제공합니다 순수한 알루미늄 와이어 이러한 까다로운 애플리케이션을 위해 특별히 설계되었습니다.

초음파 용접의 과학을 설명 할 수 있습니까?

an 초음파 용접 두 가지에 합류하는 매혹적인 과정입니다 금속 표면 녹지 않고. 그것은 중앙에있는 고형 상태 용접의 형태입니다. 초음파 와이어 본딩. 마법은 고주파 진동이 압력 하에서 결합 인터페이스에 도입 될 때 발생합니다.

작동 방식은 다음과 같습니다. a 와이어 본딩 머신 트랜스 듀서를 사용하여 생성합니다 고주파 음향 진동, 일반적으로 20-120 kHz 범위입니다. 이것 진동 에너지 을 통해 전송됩니다. 본딩 도구 에 철사. 그만큼 와이어를 누릅니다 에 대하여 본드 패드, 그리고 그리고 빠른 문지르는 움직임 초음파 에너지 몇 가지를 달성합니다.

1. 표면 청소 : 진동이 분해되어 표면 오염 물질을 분산시키고 얇습니다. 산화물 두 레이어 철사 그리고 본드 패드. 이것은 순수하고 깨끗한 금속을 드러냅니다 채권을 형성하십시오.
2. 금속을 부드럽게합니다. 강렬한 마찰은 국소화 된 열을 생성하여 플라스틱을 유발합니다 흉한 모습 인터페이스의 금속에서. 이 연화를 통해 두 표면이 서로 밀접하게 일치 할 수 있습니다.
3. 원자 확산을 촉진합니다. 표면을 청소하고 함께 눌렀을 때 철사 그리고 패드는 경계를 가로 질러 확산되어 진실을 만듭니다. 학의 노예.

전체 초음파 결합 프로세스는 몇 밀리 초 밖에 걸리지 않습니다. 사용하여 압력과 초음파 벌크 용융 대신 진동이 고열과 관련된 문제를 피하기 때문에 섬세함에 적합합니다. 전자 구성 요소. 이 조합 열과 초음파 에너지 현대의 초석입니다 열 모닉 결합.

와이어 본드의 품질에 영향을 미치는 요인은 무엇입니까?

완벽한 달성 와이어 본드 일관되게 수백만 개의 연결에 걸쳐 복잡한 도전입니다. 엔지니어로서, 당신은 품질이 많은 변수의 섬세한 균형에 의해 결정된다는 것을 알고 있습니다. 그들 중 하나에서 약간의 편차는 약하거나 실패 할 수 있습니다.

주요 품질 요소 :

• 물질 순도 : 품질 본딩 와이어 그리고 청결 본드 패드 기본적입니다. 불순물이나 오염은 강한 형성을 억제 할 수 있습니다. 용접. 여기에는 금속 도금이 포함됩니다 기판.
• 결합 매개 변수 : 엔지니어가 최적화 해야하는 기계 설정입니다. 여기에는 다음이 포함됩니다.
  • 힘: 도구가 얼마나 힘든지 철사. 너무 적은 힘은 약한 유대를 초래합니다. 칩을 너무 많이 손상시킬 수 있습니다.
  • 초음파 파워 : 금액 초음파 에너지 적용된. 마이크로 크랙을 유발하지 않고 표면을 청소하기 위해 완벽하게 조정해야합니다.
  • 시간: 힘과 에너지가 적용되는 기간.
  • 온도: 열이 가해졌습니다 기판재료를 부드럽게하는 데 도움이됩니다.
• 도구 조건 : 그만큼 본딩 도구-그만큼 쐐기 또는 모세관 - 시간이 지남에 따라 마모되는 소모품 부분입니다. 마모되거나 오염 된 도구는 일관되지 않은 채권을 생성합니다. 우리는 우리의 관습과 같은 고품질의 오래 지속되는 도구를 직접 보았습니다. 본딩 머신 소모품, 수율을 크게 향상시키고 가동 중지 시간을 줄일 수 있습니다 생산 라인.
• 루프 형상 : 의 모양 철사 루프도 중요합니다. 루프 높이가 잘못되면 다른 와이어와의 단락이 발생하거나 금형 캡슐화와 같은 후속 제조 단계에서 손상이 발생할 수 있습니다.

이러한 요소를 마스터하려면 깊은 프로세스 지식, 고품질 자료 및 강력한 용접 기계. 모니터링, 테스트 및 정제의 지속적인 프로세스입니다.

레이저 용접은 기존 와이어 본딩과 어떻게 비교됩니까?

하는 동안 와이어 본딩 칩 레벨의 주요 기술입니다 상호 연결, 레이저 용접 전자 어셈블리의 다양한 유형의 연결, 특히 배터리 탭 및 버스 바와 같은 더 큰 구성 요소에 대한 강력한 대안으로 등장하고 있습니다.

레이저 용접 고도로 집중된 빛의 광선을 사용하여 녹고 융합합니다. 다양한 금속 함께 부품. 솔리드 스테이트와 달리 용접 ~의 초음파 결합, 레이저 용접 퓨전을 만듭니다 용접 재료를 녹여서.

비교:

와이어 본딩 섬세한 수천 개의 작고 정확한 연결을 만드는 데 탁월합니다. 반도체 주사위. 낮은 열 입력은 민감한 회로의 손상을 방지합니다. 레이저 용접반면에, 더 높은 열이 허용되는 더 큰 부품에 강력하고 구조적 용접을 만드는 데 더 좋습니다. 당신은 사용하지 않을 것입니다 레이저 용접 25 마이크론을 연결합니다 철사 an IC그러나 두꺼운 구리 탭을 배터리 터미널에 용접하는 데 적합합니다. 그들은 전자 제조의 광범위한 세계에서 다양한 도전을 해결하는 보완 기술입니다.

오늘날 와이어 본딩 프로세스의 주요 과제는 무엇입니까?

그만큼 와이어 본딩 공정 성숙하지만 전자 산업의 끊임없는 혁신 속도로 끊임없이 한계에 이르렀습니다. 엔지니어들은 새로운 솔루션과 더 나은 재료가 필요한 몇 가지 주요 과제에 직면하고 있습니다.

가장 큰 장애물 중 하나는입니다 소형화. 칩이 더욱 강력 해짐에 따라 더 작은 공간에서 점점 더 많은 I/O 연결이 필요합니다. 이것은 본드 패드가 엄청나게 가깝게 배치되는 초 파인 피치 본딩으로 이어집니다. 이것은 탁월한 정확도를 요구합니다 와이어 본딩 머신 더 작고 더 정확합니다 본딩 용도 특별한 쐐기 모양의 도구. 약간의 오정렬은 짧은 회로를 유발할 수 있습니다.

또 다른 과제는 새로운 재료와 복잡한 장치 구조의 상승입니다. 예를 들어, 새로운 유형의 기판에 대한 결합 또는 스택 다이 패키지 (3D-ICS)를 다루는 것은 새로운 변수를 소개합니다. 그만큼 계수 ~의 열 팽창 다른 재료 간의 불일치는 스트레스를받을 수 있습니다 와이어 본드 작동 중에 신뢰성 문제가 발생합니다. 또한, 전환 구리선 비용을 절약하기 위해 관련 문제가 발생했습니다 산화 더 엄격한 프로세스 제어가 필요한 경도.

마지막으로 전기 자동차와 같은 전력 전자 장치 및 IGBT 본딩 머신도전은 다릅니다. 여기, 무겁다 지름 알류미늄 철사 또는 리본은 높은 전류를 처리하는 데 사용됩니다. 어려움은 충분히 전달하는 데 있습니다 초음파 강력한 것을 창조 할 수있는 힘 용접 크고 비싼 전원 장치를 손상시키지 않고. 이곳은 품질의 품질입니다 본딩 도구 그리고의 힘 용접 기계 진정으로 테스트에 참여합니다.

응용 프로그램에 적합한 본딩 와이어 및 도구를 어떻게 선택합니까?

올바른 선택 본딩 와이어 도구는 단순한 구매 결정이 아닙니다. 수율, 신뢰성 및 비용에 직접적인 영향을 미치는 중요한 엔지니어링 선택입니다. 프로세스 엔지니어의 경우이 결정에는 장치의 고유 한 요구 사항을 고려하는 체계적인 접근이 필요합니다.

먼저 응용 프로그램을 분석하십시오. 대형이 필요한 고출력 장치입니까? 지름 알루미늄 와이어 현재를 관리하려면? 아니면 고밀도 디지털입니까? IC 그것은 초산 금 또는 구리선 미세 피치 본딩을 위해? 선택 철사 골드, 구리 또는 알루미늄 재료는 출발점입니다. 이 결정은 비용 목표 (구리 대 금), 신뢰성 요구 (골드의 부식에 대한 저항) 및 본드 패드 (알류미늄 철사 알루미늄 패드에서 방지합니다 금-알루미늄 금속 간).

일단 와이어가 사용됩니다, 다음 단계는 선택하는 것입니다 본딩 도구. 의 기하학 쐐기 또는 모세관이 일치해야합니다 와이어 직경 그리고 본드 패드 치수는 완벽하게. 치수가 잘못된 도구는 결합 형성, 와이어 손상 또는 일관성없는 결과로 이어질 수 있습니다. 예를 들어, a 웨지 본드 단단한 공간에서는 프로파일이 매우 얇은 도구가 필요할 수 있습니다. 텅스텐 카바이드 또는 티타늄과 같은 공구 자체의 재료는 수명과 성능에도 중요합니다. 전문화 된 제조업체의 고품질 도구에 투자하면 도구 간 일관성이 보장되며 이는 공정 변형을 견딜 수없는 엔지니어의 주요 관심사입니다. 올바른 조합 다양한 와이어 유형과 정밀 도구는 성공적이고 반복 가능한 공식입니다. 와이어 본딩 작업.

주요 테이크 아웃

• 와이어 본딩은 기본입니다. 반도체 장치가 기능하게 만드는 전기 연결을 만드는 주요 방법입니다.
• 두 가지 주요 유형이 있습니다. 볼 본딩 빠르고 다재다능합니다 웨지 본딩 정밀하고 파인 피치 또는 저 프로 응용 프로그램에 이상적입니다.
• 정밀한 과학입니다. 이 과정은 제어 된 힘, 온도 및 초음파 강력하고 견고한 상태를 만들기위한 에너지 용접.
• 재료 선택은 중요합니다. 금, 구리 또는 알루미늄의 선택 철사 비용, 성능 및 신뢰성 요구 사항 간의 상충 관계에 따라 다릅니다.
• 품질은 많은 요인에 따라 다릅니다. 완벽한 달성 와이어 본드 고급 재료, 최적화 된 기계 매개 변수 및 고품질의 내구성이 필요합니다 본딩 도구.
• 기술은 여전히 ​​발전하고 있습니다. 소형화, 새로운 재료 및 고출력 응용 프로그램은 계속해서 와이어 본딩 공정 달성 할 수 있습니다.