Зымдык байланышка акыркы жетекчи: Биздин дүйнөбүздүн кичинекей зым күчү

Менин атым Кевин, Донгхин электрондук технологиясы боюнча команданын курамында, мен микровомдук жана өнүккөн материалдар дүйнөсүндө жашаймын. Мен Германиядагы Маркус сыяктуу инженерлер менен болгон сансыз маектешүү, ал абсолюттук тактыкты талап кылган. Алар бир, микроскопиялык зым байланыш кесилген автоунаа сенсорунун жана кымбат өндүрүш линиясынын иштебей калышы менен айырмачылык болушу мүмкүн. Бул макала алар үчүн жана укмуштуу технологияларын түшүнгүсү келгендер үчүн зым байланыш. Биз толугу менен изилдейбиз Зым байланыш процесси, фундаменталдык илимден алынган алдыңкы машиналарга чейин алдыңкы машиналарды алып, ушул критикалык өндүрүш кадамын өздөштүрүү үчүн зарыл болгон түшүнүктөрдү берет.

Микроэлектроникада зым байланыш процесси эмнени билдирет?

Өзөгүндө, Зым байланышы - бул процесс абдан сонун жардамды колдонуп, кичинекей электр байланыштарын түзүү зым. Компьютердин чиптерин элестетип көрүңүз, a Жарым өткөргүч Түзмөк тырмакка караганда чоңураак эмес. Бул чип тышкы дүйнө менен байланышуу керек. Зым Байланыш бул баарлашууну жараткан көпүрө болуп саналат. Ал микроскопиялык схемаларды чипке туташтырат (деп аталган жерде Бонд төш) ири электр терминалдарына a субстрат же Codessframe. Бул процесс эң кеңири колдонулган ыкма Interconnection ичинде Жарым өткөргүч өнөр жайы.

Процесстин өзү - бул инженерия. Адистештирилген машина күч, жылуулукту жана кээде айкалыштырылган Ultrasonic Катуу мамлекет түзүү үчүн энергия Weld ортосунда зым жана Бонд төш. Бул салттуу айдоо сыяктуу эмес; Эч кандай толтуруучу материал жок. Андан көрө, атомдор зым Төшөк ушунчалык жакыныраак алып келип, күчтүү, туруктуу Металлургик байланыш. Бул өтө эле ишенимдүү электрдик жана механикалык байланышты жаратат электрондук шайман.

Аны микроскопиялык темир уста деп эсептөө. A байланыш куралы так жерлерде жука зым менен диаметри көп учурда микронтуктарда (метрдин миллионтанчиси) өлчөнөт. Максаты - электр энергиясын агып кетүү үчүн бир калыптоо жолун түзүү. Ар бир смартфон, унаа жана компьютер бул кемчиликсиз, кичинекей байланыштарга ишенет. Ар биринин бүтүндүгү зым байланыш функцияга парамот Электрондук компоненттер алар туташышат.

Эмне үчүн зымдык байланыш жарым өткөргүч түзмөк түзмөккө жасалгалоо үчүн абдан маанилүү?

Мааниси зым байланыш ичинде Жарым өткөргүч түзмөк ашкере болбойт. Бул интегралдык схеманы жасоодо акыркы, чечүүчү кадам (Ic) функционалдык. Сансыз сааттан кийин миллиондогон долларларыңызды долбоорлоо жана ой жүгүртүү татаал кремний Wafer, бул момун зым аны өмүргө алып келет. Ишенимдүү ыкма жок Interconnection, эң күчтүү Ic пайдасыз кесимден башка нерсе эмес кремний.

Жогорку сапат зым байланыш эки нерсени камсыз кылат: Мыкты Электр өткөргүчтүк жана бекем механикалык күч. The Электрдик касиеттер аткаруу үчүн өтө маанилүү. Ар кандай каршылык же дал келбестик Weld Сигналды бузуп, каалабаган ысыкты алып келсе, же аппараттын иштебей калышына алып келиши мүмкүн. Бул, айрыкча, жогорку жыштыктагы өтүнмөлөрдө сигналдын бүтүндүгү бардыгы болуп саналат. The зымдын ортосундагы байланыш Төшөктүн натыйжалуу күчүнүн жана маалыматтарды берүү үчүн эң төмөн каршылыкка ээ болушу керек.

Андан тышкары, бул байланыштык жактан бышык болушу керек. Продукциянын өмүр бою титирөө жана дене-бойду чыңдоо, термелүүнү кеңейтүү жана титирөө жана физикалык шок аман калышы керек. Автоматтык-класс Жарым өткөргүчМаселен, бир нече жылдан бери бир нече жыл бою кемчиликсиз иштеши керек, экстремалдык температураны көтөрүү жана туруктуу чайкап турушу керек. Алсыз зым байланыш сынык, түзмөктүн иштебей калышына алып келет. Мына ошондуктан инженерлер жеткилеңсиз, боштукка жетишүү үчүн ушунчалык катуу ойлонушат Weld ар бир жолу. Бул бардык заманбап электроника үчүн ишенимдүүлүктүн пайдубалы.

Зым байланыштын негизги түрлөрү кайсылар? Топту карап көрүү vs.

Тармакта колдонулган эки негизги ыкма бар: Ball Bondнер жана жик булагынер. Экөө тең бир максатка жетишүү зым Туташуу, алар ар кандай жолдор менен жасашат жана ар кандай өтүнмөлөргө ылайыктуу. Өздөрүнүн айырмачылыктарын түшүнүү - бул өндүрүш линиясын оптималдаштыруу.

Магнин байланыштары:
Бул, адатта, алтынды колдонуу менен, адатта, эң кеңири таралган жана эң тез ыкма Жез зым. Процесс эрүүдөн башталат зымдын аягы Электрдик учкун менен, ал кичинекей топту беттик чыңалуудан улам пайда кылат. Бул топ андан кийин аны басат Бонд төш айкалыштырууну колдонуу Жылуулук жана басымжана көп учурда ультраүн энергия, бир процессте аталган Термосоникалык байланыш. Бул жаратат биринчи байланыш. Машина андан кийин илмек зым экинчи байланыш чекитине чейин тигилген экинчи байланыш жыртып чейин зым кайрадан баштоо үчүн.

• Артыкчылыктары: Жогорку ылдамдыкта, биринчи чекиттен бир тартипте байланышта болуу.
• Кемчиликтери: Топ формасына байланыштуу чипти талап кылат, жогорку жылуулук сезимтал компоненттер үчүн маселе болушу мүмкүн.

Түз байланыш:
Жик булагынер, же Wither Wire байланыш, a колдонулат Шпал сымал куралы ордуна a Капилляр. The Зым басылды тегиз Бонд төш, жана ультраүн энергия сүрүлүү үчүн колдонулат Weld. Бул тыкан, тигүү сыяктуу байланышты түзөт. Процесс үчүн кайталанат экинчи байланыш. Бул ыкма көбүнчө колдонулат Алюминий зымАйрыкча, жогорку кубаттуулукка өтүнмөлөрдө, бирок алт үчүн да колдонсо болот зым жана лента.

• Артыкчылыктары: Кичирээк, төмөнкү профильдик байланышты жаратат, майда тон үчүн идеалдуу (тыгыз) тиркемелер үчүн идеалдуу жаратат. Бул жалпысынан жылуулукту талап кылат, аны температура-сезгич түзмөктөргө ылайыктуу кылат.
• Кемчиликтери: Адатта, топтун байланышына караганда жайыраак, жана байланыштын багыты багыт алуу менен чектелет жеп курал.

Донгхинде, биз эки процессте, капиллярлар үчүн ультра-так куралдарды жаратууда адистешип жатабыз Ball Bondбекем жеп Оор алюминий байланыш үчүн керектүү шаймандар. Тандоо ортосунда Ball Bond жана жик булагы көбүнчө түзмөктүн, тыгыздыктын, электр энергиясын, күчтү жана түрүнө талапкерлерге түшөт байланыш зымы колдонулушу.

Заманбап автоматтык зым байланыш машинасы кандайча иштейт?

Заманбап Автоматтык зым Бонс робототехника жана башкаруу тутумдарынын чебери. Ал миңдеген байланыштарды суб-микрондун тактыгы менен аткарууга багытталган. Машинанын ядросу - бул облигация башын кыймылдаткан татаал кыймыл башкаруу тутуму Жарым өткөргүч Түзмөк. Бул байланыш башы кармайт байланыш куралы (же капилляр Ball Bondнер же a жеп үчүн жик булагынер) жана оромол байланыш зымы.

Процесс качан башталат Ic же субстрат машинага жүктөлгөн. Күчтүү көрүнүш тутуму облигациялардын так жерлерин жана тиешелүү ойлорду аныктайт Codessframe же PCB. Машинанын программасы ар бир үчүн оптималдуу жолду эсептейт зым. Ар бир үчүн зым байланыш, машина так ырааттуулукту аткарат:

1. Оруссия: Облигациянын башы куралды түздөн-түз кыймылдайт биринчи байланыш сайт.
2. Байланыш: Курал төмөндөтөт жана машина күч, температура жана / же программаланган программаланган айкалышкан ультраүн энергия түзүү Weld.
3. Цикл: Машина куралды көтөрөт жана төлөйт зымБийиктигин көзөмөлдөө жана жетишсиздигин алдын алуу үчүн белгилүү бир цикл формасын түзүү.
4. Экинчи байланыш: Баш экинчи сайтка көчөт, ал эми экинчи байланыш жасалган.
5. Токтотуу: The зым тарабынан сынган кысуу жана кыймылын айрып, машинаны кийинкиге даярдоо зым байланыш.

Бул цикл миллисекундда болот. The ширетүүчү машина Байланыш күчү сыяктуу факторлорду байкап турат Ultrasonic Ар бир туташуунун катуу стандарттарга жооп бергендигин камсыз кылуу үчүн күч. Бул машиналар, өзүбүзгө окшош WS9820 Автоматтык калың алюминум зым, азыркы кыймылдаткычтар Микроэлектроника жыйындар, комплекстүү массалык өндүрүшкө мүмкүнчүлүк берет Электрондук компоненттер.

Байланыш үчүн колдонулган зымдын эң кеңири таралган түрлөрү кайсылар?

Тандоо байланыш зымы чыгымга, аткаруу жана өтүнмөнүн талаптары боюнча сынчыл чечим. Ар бир материалда ар кандай кырдаалга ылайыктуу уникалдуу касиеттери бар. Үч негизги Зым түрлөрү Бүгүнкү күндө алтынды, жез жана алюминий колдонулат.

Алтын зым: Ондогон жылдар бою алтын болгон Зым байланыш анын жогорку ишенимдүүлүгүнө байланыштуу. Ал эмес кычкылИздөө, аны түзүү оңой жакшы байланыш туташуу. Анын жумшактыгы мүмкүндүк берет алтын зым байланыш Төмөнкү күчтөрдө, араздашуу стрессти азайтуу кремний чип. Бирок бийик Алтындын наркы альтернативаларды издөө үчүн көптөгөн өндүрүүчүлөрдү айдатты.

Жез зым: Жез зым популярдуу альтернатива болуп калды. Анын Электр өткөргүчтүк алтындан да жогору, ал эми алдан арзаныраак. Бирок, жез кыйыныраак жана кычкылдануу, бул байланыш талап кылат Дагы бир көзөмөлдөнгөн чөйрө (көбүнчө инерттүү газ калканын колдонуп) Бонд төш.

Алюминий Зым: Алюминий зым абдан көп кездешет жик булагыанор, айрыкча, чоң электр шаймандары үчүн диаметри Зымдар жогорку агымдарды алып жүрүү үчүн зымдар керек. Бул абдан күчтүү моно-металл Weld чипта алюминий кодуна менен, сыныктын пайда болушунан качуу алтын-алюминий Intermetallics убакыттын өтүшү менен байланыштарды кетирген каталарыбызга алып келиши мүмкүн болгон "кызгылт көк жаза" деп аталат. Биз бир катар таза алюминий зым атайын ушул талап кылынган өтүнмөлөр үчүн атайын инженерлер.

Ultrasonic ширетинин артында илимин түшүндүрүп бере аласызбы?

Ан Ultrasonic Weld экиге кошулган кызыктуу процесс металл беттери аларды эритүүсүз. Бул борбордук ширетүүнүн бир түрү, бул борбордук ширетүү Ультраүн зым байланыш. Сыйкырчылык олуттуу жыштык титирөөсүнүн кысымы астында басым астында калыс интерфейске киргизилгенде болот.

Бул кандайча иштейт: а Зым байланыш машинасы Өндүрүш үчүн транспортторду колдонот Жогорку жыштык Акустикалык термелүүлөр, адатта, 20-120 кхц. Бул титирөө энергиясы аркылуу өткөрүлүп берилет байланыш куралы -га зым. The Зым басылды каршы Бонд төшжана тез, скраб ультраүн энергия Бир нече нерсени ишке ашырат:

1. Бетти тазалайт: Термелүүлөрдү бузуп, беттик булгоочу заттарды жана арык кычкыл экөө тең катмарлар зым жана Бонд төш. Бул таза, таза металлдарды ачыкка чыгарат, бул маанилүү байланыш түзүү.
2. Металлды жумшартат: Күчтүү сүрүлүү локалдаштырылган жылуулукту жаратат, пластикке алып келет деформация интерфейсте металлда. Бул жумшартуучу эки беттин бири-биринин бири-бирине дал келүүгө мүмкүнчүлүк берет.
3. Атомдук диффузияны жайылтууда: Беттер менен тазаланып, бирге басылган, атомдор зым жана Төшөктүн чек ара боюнча чачырап, чындыкты жаратышы мүмкүн Металлургик байланыш.

Толугу менен ультраүн байланыш Процесс бир нече миллисекунд гана алат. Колдонуу менен басым жана ультра Жапырт эришинин ордуна термелүүнү терүү, ал жогорку жылуулук менен байланышкан көйгөйлөрдөн качып, аны назик үчүн кемчиликсиз кылат Электрондук компоненттер. Бул айкалышы Жылуулук жана ультраүн энергия заманбап чекитсиз Термосоникалык байланыш.

Зым байланышынын сапатына кандай факторлор таасир этет?

Кемчиликсиз жетишүү зым байланыш Ар дайым миллиондогон байланыштар боюнча татаал маселе. Инженер катары сиз бул сапат көптөгөн өзгөрмөлөрдүн назик тең салмактуулугу менен аныкталат. Алардын ар биринде бир аз четтөө алсыз же ийгиликсиз байланышка алып келиши мүмкүн.

Негизги сапат факторлору:

• Материалдык тазалык: Сапаты байланыш зымы жана тазалык Бонд төш фунациялык. Ар кандай аралашмалар же булгануу күчтүү калыптануунун пайда болушуна тоскоол болушу мүмкүн Weld. Буга темир плитка кирет субстрат.
• Байланыш параметрлери: Булар инженер оптималдаштыруу керек деген машина жөндөөлөрү. Алар төмөнкүлөрдү камтыйт:
  • Күч: Курал канчалык кыйын зым. Алсыз байланышка өтө аз күч; Чипке өтө көп зыян келтириши мүмкүн.
  • Ультраүн энергия: Суммасы ультраүн энергия колдонулган. Микро-жараканы жаратпастан, бетти тазалоого кемчиликсиз орнотуу керек.
  • Убакыт: Күч жана энергия колдонулуучу узактыгы.
  • Температура: Жылуулук колдонулат субстратматериалдарды жумшартууга жардам берет.
• Куралдын абалы: The байланыш куралы-The жеп же капилляр - бул убакыттын өтүшү менен түп-тамыры менен шартталган бөлүгү. Эскирген же булганган курал туура эмес байланыштарды берет. Биз өзүнчө сапаттуу, узак мөөнөттүү куралды, мисалы, өз салтыбыз байланыш машинасы Керектөөчү, түшүмдүүлүктү кескин жакшыртып, төмөндөтүүнү азайтат Өндүрүш линиясы.
• Цикл Геометриясы: Формасы зым Цикл дагы сынчыл. Туура эмес циклдин бийиктиги башка зымдар менен кыска схемага алып келиши мүмкүн, андан кийин көктүн эккапуляциясы сыяктуу, андан кийинки өндүрүштүк кадамдар менен зыян келтириши мүмкүн.

Бул факторлорду өздөштүрүү билимди, жогорку сапаттагы материалдарды жана бекем иштөөнү талап кылат ширетүүчү машина. Бул мониторинг, тестирлөө жана тазалоо процесси.

Лазердик ширетүүчү салттуу зым байланыштыруу үчүн кандайча салыштырылат?

Ал эми Зым байланыш чип-деңгээл үчүн үстөмдүк технологиясы Interconnection, Лазердик ширетүү Электрондук чогулуштарда, айрыкча, чоң компоненттер үчүн кошумча компоненттер үчүн чоң компоненттер үчүн ар кандай байланыштар үчүн күчтүү альтернатива катары пайда болуп жатат.

Лазердик ширетүү эритүү жана эриткичтүү Ар кандай металл бөлүктөрү чогуу. Катуу абалынан айырмаланып Weld нын ультраүн байланыш, Лазердик ширетүү биригүү Weld материалды эрүү менен.

Салыштыруу:

Зым байланыш Миңдеген кичинекей, назик тыгыз байланышта Жарым өткөргүч өлүү. Төмөн жылуулук киргизүү сезимтал схемага зыян келтирет. Лазердик ширетүү, экинчи жагынан, жогорку жылуулук алгылыктуу болгон ири бөлүктөргө күчтүү, структуралык ширетилген түзүмдүк ширетүүнү жараткан жакшы. Сиз колдонбойсуз Лазердик ширетүү 25 микронду туташтыруу зым үчүн Ic, бирок бул батарейканын терминалына калың жезден жасалган таблицаны ширетүү үчүн мыкты. Алар электроника өндүрүшүнүн кеңири дүйнөсүндөгү ар кандай кыйынчылыктарды чечүүчү ар кандай кыйынчылыктарды чечүүчү кошумча технологиялар.

Бүгүн зым байланыш процессиндеги негизги кыйынчылыктар кандай?

The Зым байланыш процесси Жетилген болсо, бирок электрондук индустриядагы инновациянын эң таң калыштуу температурасы менен анын чектерине түртүп туруу. Инженерлер жаңы чечимдерди жана жакшыраак материалдарды талап кылган бир нече ири кыйынчылыктарга туш болушат.

Эң чоң тоскоолдуктардын бири миниатризация. Чиптер күчтүү болуп калгандыктан, майда мейкиндикте көбүрөөк жана көбүрөөк каражат талап кылынат. Бул ультра ак түстөгү төңкөрүшкө алып келет, анда байланыштардын төшөктөрү биргеликте биргеликте жайгаштырылган. Бул өзгөчө тактыкты талап кылат Зым байланыш машинасы кичинекей, так байланыштарды колдонот өзгөчө Шпал сымал куралы. Кандайдыр бир кичинекей туура эмес бөлүштүрүү кыска туташууга алып келиши мүмкүн.

Дагы бир көйгөй - жаңы материалдардын жана татаал түзүлүштөрдүн көтөрүлүшү. Мисалы, субстраттардын жаңы түрлөрүн топто же өлгөн-өлгөн пакеттер менен байланышкан (3D-ICS) жаңы өзгөрмөлөрдү киргизет. The коэффициент нын жылуулук кеңейиши Ар кандай материалдардын ортосундагы дал келбестик стресстен арылууга болот зым байланыш Иштөө учурунда ишенимдүүлүк маселелерине алып баруучу. Андан тышкары, өтүү Жез зым Чыгымдарды сактоо үчүн кыйынчылыктарды киргизүү кычкылдануу жана катуулук, процессти күчөтүүнү талап кылат.

Акырында, электр энергиясындагы электроника үчүн, мисалы, электр транспорту IGBT БОМДОК МЕНЕН, кыйынчылык ар башка. Мына, оор диаметри алюминий зым же ленталар жогорку агымдарды көтөрүү үчүн колдонулат. Кыйынчылык жетиштүү жеткирүүдө Ultrasonic күчтүү жаратуу күчү Weld ири, кымбат электр шайманыгыласыз. Бул жерде сапат байланыш куралдары жана күч ширетүүчү машина чындап сыноодон өтөт.

Колдонмоңуз үчүн туура байланыштуу зымдарды жана шаймандарды кантип тандайсыз?

Туура тандоо байланыш зымы жана шаймандар жөн гана сатып алуу чечими эмес; Бул түздөн-түз таасир этүүчү, ишенимдүүлүк жана наркы үчүн түздөн-түз таасир этүүчү тандоо. For a process engineer, this decision requires a systematic approach that considers the device's unique requirements.

Биринчиден, колдонмону талдоо. Бул чоң кубаттуу шайман болуп саналат диаметри Алюминий зым учурдагы башкаруу үчүн? Же бул жогорку тыгыздык санарип Ic ультра-сонун алтынга муктаж Жез зым чуңкурга байланышканы үчүнбү? Тандоо зым Материал-алтын, жез, же алюминий-баштапкы чекит. Бул чечимге чыгымдардын максаттары (жез vs. алтын), ишенимдүүлүк муктаждыктары (алтынга каршылыкка каршылык көрсөтүү) жана металлдашуу Бонд төш (Алюминий зым алдын алуу үчүн алюминий төшөктөрүндө алтын-алюминий Intermetallics).

Бир жолу Зым колдонулат, кийинки кадамды тандоодо байланыш куралы. Геометрия жеп же капиллярлар дал келиши керек Зым Диаметри жана байланыш таяк өлчөмдөрү кемчиликсиз. Туура эмес өлчөмдөгү курал байланыштардын пайда болушуна, зым зыянга учурашы же туура келбеген натыйжаларга алып келиши мүмкүн. Мисалы, a жик булагы Тынч мейкиндикте өтө жука профил менен курал талап кылынышы мүмкүн. Куралдын өзү, вольфрам карбид же титан-титан сыяктуу материал, ошондой эле анын өмүрү үчүн да маанилүү. Адистештирилген өндүрүүчүдөн жогорку сапаттагы куралдарды инвестициялоо куралды куруу үчүн ырааттуулукту камсыз кылат, бул процесстин өзгөрүүсүнө чыдай албаган инженерлер үчүн негизги тынчсыздануу. Туура айкалыштыруу Ар кандай зым Типтер жана тактык куралдары ийгиликтүү жана кайталануучу формула болуп саналат Зым байланыш операция.

Ачкыч

• Зым байланышы фундаменталдык: Мунун жарым өткөргүч түзмөктөрүн түзүүчү электрдик байланыштарды түзүү үчүн негизги ыкма.
• Эки негизги түрү бар: Ball байланыш тез жана ар тараптуу, ал эми Жыпар жыттуу байланыш так жана эң сонун өтүнмөлөр үчүн так жана идеалдуу.
• Бул тактык илими: Процесс күчүнүн, температуранын жана Ultrasonic күчтүү, катуу мамлекет түзүү үчүн энергия Weld.
• Материалдык тандоо маанилүү: Алтынды, жез же алюминийди тандоо зым чыгым, аткаруу жана ишенимдүүлүктүн талаптары ортосунда соода кылуудан көз каранды.
• Сапаты көптөгөн факторлорго байланыштуу: Кемчиликсиз жетишүү зым байланыш жогорку тазалыкты, оптималдаштырылган машина параметрлерин жана жогорку сапаттагы, бышык талап кылынат байланыш куралдары.
• Технология дагы деле өнүгүп жатат: Миниатюрациялоо, жаңы материалдар жана жогорку кубаттуулуктар Зым байланыш процесси жетише алат.