Pagrindinis vielos ryšio vadovas: kaip maža laida maitina mūsų pasaulį

Mano vardas yra Kevinas, o kaip „Dongxin Electronic Technology“ komandos dalis, aš praleidau metus giliai mikrobangų ir pažangiųjų medžiagų pasaulyje. Aš kalbėjau daugybę pokalbių su kruopščiais inžinieriais, tokiais kaip Marcusas Vokietijoje, kurie reikalauja absoliučiai tikslumo. Jie žino, kad vienas, mikroskopinis vielos jungtis Gali būti skirtumas tarp pažangiausių automobilių jutiklio ir brangios gamybos linijos gedimo. Šis straipsnis skirtas jiems ir visiems, norintiems suprasti neįtikėtiną technologiją viela surišimas. Mes ištirsime visą vielos surišimo procesas, nuo pagrindinio mokslo iki pažengusiųjų mašinų, kurios tai leidžia, suteikiant jums įžvalgų, reikalingų norint įvaldyti šį kritinį gamybos žingsnį.

Kas tiksliai yra vielos surišimo procesas mikroelektronikoje?

Iš esmės, Vielos surišimas yra procesas sukurti mažų elektros jungčių, naudojant labai baudą viela. Įsivaizduokite sudėtingą kompiuterio mikroschemą, a puslaidininkis Įrenginys nėra didesnis už jūsų nagą. Šis lustas turi bendrauti su išoriniu pasauliu. Viela Susibūrimas yra tiltas, dėl kurio šis ryšys įvyksta. Jis jungia mikroskopines grandines ant lusto (vietoje, vadinamoje a obligacijų padas) į didesnius elektrinius gnybtus a substratas arba LEADFRAME. Šis procesas yra plačiausiai naudojamas metodas sujungimas į Puslaidininkių pramonė.

Pats procesas yra inžinerijos stebuklas. Specializuota mašina naudoja jėgos, šilumos, o kartais ir kartais ultragarsinis energija, kad sukurtumėte kietojo kūno suvirinimas tarp viela ir obligacijų padas. Tai nėra kaip tradicinis litavimas; Nėra užpildo medžiagos. Vietoj to, viela ir padas yra taip arti, kad sudaro stiprią, nuolatinę metalurgija obligacija. Tai sukuria labai patikimą elektrinį ir mechaninį ryšį, kuris gali atlaikyti atšiaurias sąlygas Elektroninis įrenginys.

Pagalvokite apie tai kaip mikroskopinį kalvį. A jungimosi įrankis Tiksliai vietos ir spaudžia a Plona viela su a skersmuo Dažnai matuojama mikronų (milijonų metrų). Tikslas yra sukurti sklandų kelią, kad elektra galėtų tekėti. Kiekvienas išmanusis telefonas, automobilis ir kompiuteris priklauso nuo milijardų šių tobulų, mažų ryšių. Kiekvieno vientisumas vielos jungtis yra svarbiausia Elektroniniai komponentai Jie jungiasi.

Kodėl vielos jungtis yra tokia kritiška puslaidininkio įrenginio gamybai?

Svarba vielos jungtis į Puslaidininkių įrenginio gamyba negalima pervertinti. Tai yra paskutinis, esminis žingsnis kuriant integruotą grandinę (IC) funkcionali. Po daugybės valandų ir milijonai dolerių išleidžiami projektuojant ir gamindami kompleksą Silicis vaflinė, tai nuolanki viela Tai atgaivina. Be patikimo metodo sujungimas, galingiausias IC yra ne kas kita, kaip nenaudingas kūrinys Silicis.

Aukštos kokybės vielos jungtis Užtikrina du dalykus: puikūs Elektrinis laidumas ir tvirtas mechaninis stiprumas. Elektros savybės yra gyvybiškai svarbūs spektakliui. Bet koks pasipriešinimas ar nenuoseklumas suvirinimas gali skaidyti signalą, generuoti nepageidaujamą šilumą arba sukelti prietaisą sugenda. Tai ypač pasakytina apie aukšto dažnio programas, kai signalo vientisumas yra viskas. ryšys tarp vielos ir PAD turi būti mažiausias įmanomas pasipriešinimas, kad būtų užtikrintas efektyvus galios ir duomenų perdavimas.

Be to, šios jungtys turi būti neįtikėtinai patvarios. Jie turi išgyventi šiluminį dviračių sportą (plečiasi ir sudaro sutartis su šiluma), vibracija ir fizinis šokas per visą produkto eksploatavimo laiką. Automobilių klasės puslaidininkis, pavyzdžiui, privalo daugelį metų nepriekaištingai veikti po automobilio gaubtu, ištvermingai temperatūra ir nuolatiniu drebėjimu. Silpnas vielos jungtis Ar lūžtų, todėl atsirado prietaiso gedimas. Štai kodėl proceso inžinieriai taip intensyviai daugiausia dėmesio suvirinimas kiekvieną kartą. Tai yra visos šiuolaikinės elektronikos patikimumo pagrindas.

Kokie yra pagrindiniai vielos surišimo tipai? Žvilgsnis į rutulį ir pleišto ryšį

Pramonėje naudojami du pagrindiniai metodai: Ball Bondir pleišto jungtis. Nors abu pasiekia tą patį tikslą - sukurti a viela Ryšys, jie tai daro skirtingais būdais ir yra tinkami skirtingoms programoms. Suprasti jų skirtumus yra labai svarbu optimizuoti bet kurią gamybos liniją.

Rutulio ryšys:
Tai yra labiausiai paplitęs ir greičiausias būdas, paprastai naudojant auksą arba Vario viela. Procesas prasideda tirpstant vielos pabaiga su elektrine kibirkštimi, kuri dėl paviršiaus įtempimo sudaro mažą rutulį. Tada šis rutulys prispaustas prie obligacijų padas Naudojant Šiluma ir slėgis, ir dažnai Ultragarsinė energija, procese, vadinamame Termoroninis ryšys. Tai sukuria Pirmasis ryšys. Tada mašina kilo viela į antrą ryšio tašką ir sukuria panašų dygsnį antrasis obligacija prieš ašarodamas viela Išjungti vėl pradėti.

• Privalumai: Didelis greitis, gebėjimas prisijungti bet kuria kryptimi nuo pirmojo taško.
• Trūkumai: Reikia daugiau vietos lustui dėl rutulio formos, didesnė šiluma gali būti jautrių komponentų problema.

Pleišto surišimas:
Pleišto jungtising, arba pleišto vielos surišimas, naudoja a Pleišto formos įrankis vietoj a kapiliaras. Viela paspaudžiama Plokščias prieš obligacijų padas, ir Ultragarsinė energija yra taikomas kuriant trintį suvirinimas. Tai sudaro tvarkingą, dygsnį panašų ryšį. Procesas pakartojamas antrasis obligacija. Šis metodas dažnai naudojamas aliuminio viela, ypač didelės galios programose, tačiau taip pat gali būti naudojamas auksui viela ir juostelė.

• Privalumai: Sukuria mažesnę, žemesnio profilio ryšį, idealiai tinkantį fiksuotam (glaudžiai išdėstytam) programoms. Paprastai reikia mažiau šilumos, todėl jis tinka temperatūrai jautriems prietaisams.
• Trūkumai: Paprastai lėtesnis nei kamuolio ryšys, o ryšių kryptį riboja pleištas įrankis.

„Dongxin“ mes specializuojamės kurdami ypač tikslus abiejų procesų įrankius, pradedant kapiliarais Ball Bondtvirtai pleištas Įrankiai, reikalingi sunkiam aliuminio surišimui. Pasirinkimas tarp Ball Bond ir pleišto jungtis Dažnai priklauso nuo konkrečių prietaiso reikalavimų - vertės, tankis, galia ir tipas jungimosi viela naudojamas.

Kaip veikia šiuolaikinė automatinė vielos surišimo mašina?

Modernus Automatinė viela „Bonder“ yra robotikos ir valdymo sistemų šedevras. Jis skirtas atlikti tūkstančius obligacijų per valandą tikslumu. Mašinos šerdis yra sudėtinga judesio valdymo sistema, perkelianti jungties galvutę per puslaidininkis prietaisas. Ši Bondo galva laiko jungimosi įrankis (arba kapiliaras Ball Bondar a pleištas už pleišto jungtis) ir ritė jungimosi viela.

Procesas prasideda tada IC arba substratas yra įkeltas į mašiną. Galinga regėjimo sistema identifikuoja tikslias jungčių trinkelių vietas ir atitinkamus taškus ant LEADFRAME arba PCB. Tada mašinos programinė įranga apskaičiuoja optimalų kelią kiekvienam viela. Kiekvienam vielos jungtis, Mašina vykdo tikslią seką:

1. Padėties nustatymas: Obligacijos galvutė perkelia įrankį tiesiai per Pirmasis ryšys svetainė.
2. Ribinimas: Įrankis nusileidžia, o mašina taiko užprogramuotą jėgos, temperatūros ir (arba) Ultragarsinė energija suformuoti suvirinimas.
3. Kilpa: Mašina pakelia įrankį ir išmoka viela, formuojant konkrečią kilpos formą, kad būtų galima valdyti aukštį ir užkirsti kelią trumpinimui.
4. Antrasis ryšys: Galva juda į antrąją svetainę ir antrasis obligacija yra pagamintas.
5. Nutraukimas: The viela yra sulaužytas a spaustukas ir judesio ašarojimas, paruošimas mašinai kitam vielos jungtis.

Visas šis ciklas vyksta milisekundėmis. suvirinimo mašina nuolat stebi tokius veiksnius kaip obligacijų jėga ir ultragarsinis Galia užtikrinti, kad kiekvienas ryšys atitinka griežtus kokybės standartus. Šios mašinos, kaip mūsų pačių WS9820 Automatinis storo aliuminio vielos pleištas Bonderis, yra šiuolaikinių varikliai Mikroelektronika surinkimas, leidžiantis masiškai gaminti kompleksą Elektroniniai komponentai.

Kokie yra dažniausi vielos tipai, naudojami klijavimui?

Pasirinkimas jungimosi viela yra kritinis sprendimas, pagrįstas išlaidomis, atlikimu ir paraiškos reikalavimais. Kiekviena medžiaga pasižymi unikaliomis savybėmis, dėl kurių ji tinka skirtingoms situacijoms. Trys pagrindiniai vielos tipai Šiandien naudojami auksiniai, vario ir aliuminio.

Auksinė viela: Dešimtmečius auksas buvo standartas vielos surišimas Dėl savo geresnio patikimumo. Taip nėra oksidasize, todėl lengva sukurti a Geras ryšys ryšys. Jo minkštumas leidžia Auksinės vielos surišimas esant apatinėms jėgoms, sumažinant trapio stresą Silicis lustas. Tačiau aukštumas aukso kaina paskatino daugelį gamintojų ieškoti alternatyvų.

Vario viela: Vario viela tapo populiaria alternatyva. Jo Elektrinis laidumas yra dar aukštesnis nei aukso, ir yra daug pigiau. Tačiau varis yra sunkesnis ir linkęs oksidacija, kuris daro Reikia ryšių labiau kontroliuojama aplinka (dažnai naudojant inertišką dujų skydą) ir tvirtesni proceso parametrai, kad būtų išvengta pažeidimo obligacijų padas.

Aliuminio viela: Aliuminio viela yra labai paplitęs pleišto jungtisypač galios prietaisams, kur dideli skersmuo Laidai reikalingi didelėms srovėms. Tai sudaro labai stiprią mono-metalinį suvirinimas Su aliuminio jungčių trinkelėmis ant lusto, išvengdami trapių formavimo Auksinis aliuminis Intermetallics (žinomas kaip „purpurinis maras“), kuris laikui bėgant gali sukelti obligacijų gedimus. Mes tiekiame diapazoną Grynas aliuminio viela Konkrečiai sukurtas šioms reiklioms programoms.

Ar galite paaiškinti ultragarso suvirinimo mokslą?

An Ultragarsinis suvirinimas yra žavus procesas, kuris prisijungia prie dviejų metaliniai paviršiai jų neištirpdamas. Tai kietojo kūno suvirinimo forma, kuri yra svarbiausia Ultragarsinis vielos surišimas. Magija įvyksta tada, kai aukšto dažnio virpesiai supažindinamos su klijavimo sąsaja esant slėgiui.

Štai kaip tai veikia: a vielos surišimo mašina Sukurti naudoja keitiklį Aukšto dažnio Akustinės vibracijos, paprastai esančios 20–120 kHz diapazone. Tai Vibracijos energija yra perkeltas per jungimosi įrankis į viela. Viela paspaudžiama prieš obligacijų padas, ir greitas, šveitimas Ultragarsinė energija Atlieka kelis dalykus:

1. Išvalo paviršių: Vibracijos suskyla ir išsklaido paviršiaus teršalus ir plonus oksidas sluoksniai abiejuose viela ir obligacijų padas. Tai atskleidžia gryną, švarų metalą, kuris yra būtinas suformuoti obligaciją.
2. Minkština metalą: Intensyvi trintis sukuria lokalią šilumą, sukeldamas plastiką deformacija metale prie sąsajos. Šis minkštinimas leidžia abiems paviršiams artimai atitikti vienas kitą.
3. Skatina atominę difuziją: Išvalytus ir suspaustus paviršius, atomai iš viela ir padėklas gali išsisklaidyti per ribą, sukurdamas tiesą metalurgija obligacija.

Visa Ultragarsinis ryšys Procesas trunka tik keletą milisekundžių. Naudojant slėgis ir ultragarsinis Vibracija vietoj tūrinio tirpimo vengia problemų, susijusių su didele šiluma, todėl ji puikiai tinka subtiliam Elektroniniai komponentai. Šis šiluma ir ultragarsinė energija yra šiuolaikinio akmuo Termoroninis ryšys.

Kokie veiksniai daro įtaką vielos jungties kokybei?

Pasiekti tobulą vielos jungtis Nuosekliai milijonai ryšių yra sudėtingas iššūkis. Kaip inžinierius, jūs žinote, kad kokybę lemia subtilus daugelio kintamųjų balansas. Nedidelis nuokrypis bet kuriame iš jų gali sukelti silpną ar nesėkmingą ryšį.

Pagrindiniai kokybės veiksniai:

• Materialus grynumas: Kokybė jungimosi viela ir švara obligacijų padas yra pamatiniai. Bet kokios priemaišos ar užterštumas gali slopinti stiprią formavimąsi suvirinimas. Tai apima metalinę dangą substratas.
• Ryšių parametrai: Tai yra mašinų nustatymai, kuriuos inžinierius turi optimizuoti. Jie apima:
  • Jėga: Kaip sunku įrankis paspaudžia viela. Per mažai jėgos lemia silpną ryšį; Per daug gali sugadinti lustą.
  • Ultragarsinė galia: Kiekis Ultragarsinė energija taikoma. Tai reikia puikiai suderinti, kad paviršius būtų išvalytas nesukeliant mikrotraumų.
  • Laikas: Trukmė, kuriai jėga ir energija yra naudojama.
  • Temperatūra: Šiluma, taikoma substratas, tai padeda sušvelninti medžiagas.
• Įrankio sąlyga: The jungimosi įrankis—The pleištas arba kapiliaras - tai vartojama dalis, kuri laikui bėgant susidaro. Nusidėvėjęs ar užterštas įrankis sukels nenuoseklius ryšius. Iš pradžių matėme, kaip aukštos kokybės, ilgalaikis įrankis, pavyzdžiui, mūsų paprotys Komplektavimo mašinų eksploatacinės medžiagos, gali dramatiškai pagerinti derlių ir sumažinti prastovą Gamybos linijos.
• Kilpos geometrija: Forma viela kilpa taip pat yra kritiška. Neteisingas kilpos aukštis gali sukelti trumpas jungtis su kitais laidais arba būti pažeistiems vėlesniems gamybos etapams, tokiems kaip pelėsių kapsuliavimas.

Įvaldyti šiuos veiksnius reikia gilių proceso žinių, aukštos kokybės medžiagų ir tvirtos suvirinimo mašina. Tai nuolatinis stebėjimo, testavimo ir rafinavimo procesas.

Kaip suvirinimas lazeriu lyginamas su tradiciniu vielos surišimu?

Kol vielos surišimas yra dominuojanti lustų lygio technologija sujungimas, Lazerio suvirinimas išryškėja kaip galinga alternatyva įvairių tipų jungčių elektronikos surinkime, ypač didesniems komponentams, tokiems kaip akumuliatorių skirtukai ir magistralės.

Lazerio suvirinimas Naudoja labai sutelktą šviesos pluoštą, kad ištirptų ir suliptų Įvairūs metalai dalys kartu. Skirtingai nuo kietojo kūno suvirinimas iš Ultragarsinis ryšys, Lazerio suvirinimas sukuria sintezę suvirinimas Lydant medžiagą.

Palyginimas:

Vielos surišimas išsiskiria kuriant tūkstančius mažų, tikslių ryšių subtiliai puslaidininkis mirti. Mažo šilumos įėjimas apsaugo nuo jautrios grandinės pažeidimo. Lazerio suvirinimas, kita vertus, geriau sukurti stiprius, konstrukcinius suvirinimus didesnėse dalyse, kur priimtina aukštesnė šiluma. Jūs nenaudotumėte Lazerio suvirinimas Norėdami sujungti 25 mikronus viela į IC, tačiau jis puikiai tinka suvirinti storą vario skirtuką iki akumuliatoriaus gnybto. Tai papildomos technologijos, kurios išsprendžia įvairius iššūkius platesniame elektronikos gamybos pasaulyje.

Kokie yra pagrindiniai laidų surišimo proceso iššūkiai šiandien?

The vielos surišimo procesas yra subrendęs, tačiau jį nuolat vertina iki šiol negailestingas inovacijų tempas elektronikos pramonėje. Inžinieriai susiduria su keliais pagrindiniais iššūkiais, kuriems reikalingi nauji sprendimai ir geresnės medžiagos.

Viena didžiausių kliūčių yra miniatiūrizavimas. Kai lustai tampa galingesni, jiems reikia vis daugiau ir daugiau I/O jungčių mažesnėje erdvėje. Tai lemia ypač smulkų ryšį, kai obligacijų pagalvėlės yra neįtikėtinai arti. Tai reikalauja išskirtinio tikslumo iš vielos surišimo mašina ir mažesnis, tikslesnis KOMPLEKCIJOS NAUDOJIMAS ypatingas Pleišto formos įrankis. Bet koks nedidelis poslinkis gali sukelti trumpą jungimą.

Kitas iššūkis yra naujų medžiagų ir sudėtingų prietaisų struktūrų kilimas. Pavyzdžiui, ryšys su naujų tipų substratais arba susiduria su sukrautų mirčių paketų (3D-ICS) pristato naujus kintamuosius. koeficientas iš Šiluminis išplėtimas Skirtingų medžiagų neatitikimas gali sukelti stresą vielos jungtis Operacijos metu sukelia patikimumo problemų. Be to, perėjimas prie Vario viela Sutaupyti išlaidų, susijusių su iššūkiais oksidacija ir kietumas, reikalaujantis griežtesnės proceso kontrolės.

Galiausiai elektronikai, tokiems kaip elektrinėms transporto priemonėms ir IGBT surišimo mašinos, iššūkis yra kitoks. Čia, sunki skersmuo aliuminis viela arba juostelės naudojamos didelėms srovėms valdyti. Sunkumas slypi pakankamai ultragarsinis Galia sukurti tvirtą suvirinimas Nepažeisdamas didelio, brangios galios įrenginio. Štai kur surišimo įrankiai ir galia suvirinimo mašina yra tikrai išbandytos.

Kaip pasirinkti tinkamą klijavimo laidą ir įrankius savo programai?

Pasirinkti teisingą jungimosi viela O įrankiai nėra tik pirkimo sprendimas; Tai kritinis inžinerijos pasirinkimas, kuris daro tiesioginį poveikį derliui, patikimumui ir kainai. Proceso inžinieriui šiam sprendimui reikalingas sistemingas požiūris, kuriame atsižvelgiama į unikalius įrenginio reikalavimus.

Pirmiausia išanalizuokite programą. Ar tai didelės galios prietaisas, kuriam reikia didelio skersmuo aliuminio viela Norėdami valdyti srovę? Ar tai yra didelio tankio skaitmeninis IC tam reikia ypač smulkaus aukso arba Vario viela už puikų ryšį? Pasirinkimas viela Medžiaga - giedos, vario ar aliuminio - yra atskaitos taškas. Šiam sprendimui įtakos turės išlaidų tikslai (vario ir aukso), patikimumo poreikiai (aukso atsparumas korozijai) ir metalizavimas obligacijų padas (aliuminis viela ant aliuminio trinkelių, kad būtų išvengta Auksinis aliuminis Intermetallics).

Kartą Naudojama viela, kitas žingsnis yra pasirinkimas jungimosi įrankis. Geometrija pleištas arba kapiliaras turi atitikti vielos skersmuo Ir puikiai. Įrankis, turintis neteisingus matmenis, gali sukelti prastą ryšių susidarymą, vielos pažeidimą ar nenuoseklių rezultatų. Pavyzdžiui, a pleišto jungtis Tvirtinoje erdvėje gali prireikti įrankio su labai plonu profiliu. Pačios įrankio, pavyzdžiui, volframo karbido ar titano, medžiaga taip pat yra labai svarbi jo gyvenimo trukmei ir našumui. Investuojant į aukštos kokybės specializuoto gamintojo įrankius, užtikrinamas įrankių ir įrankių konsistencija, o tai yra pagrindinis rūpestis inžinieriams, kurie negali toleruoti proceso variantų. Tinkamas derinys Įvairi viela Tipai ir tikslūs įrankiai yra sėkmingo ir pakartojamo formulė vielos surišimas operacija.

Pagrindiniai takeliai

• Vielos surišimas yra esminis: Tai yra pagrindinis būdas sukurti elektrines jungtis, dėl kurių puslaidininkių įtaisai veikia.
• Egzistuoja du pagrindiniai tipai: Rutulio ryšys yra greitas ir universalus, o pleišto surišimas yra tikslus ir idealus tiksliajam ar žemo profilio programoms.
• Tai tikslumo mokslas: Procesas priklauso nuo kontroliuojamo jėgos, temperatūros ir ultragarsinis energija, kad sukurtumėte stiprų, kietojo kūno suvirinimas.
• Medžiagos pasirinkimas yra labai svarbus: Aukso, vario ar aliuminio pasirinkimas viela Priklauso nuo išlaidų, našumo ir patikimumo reikalavimų kompromiso.
• Kokybė priklauso nuo daugelio veiksnių: Pasiekti tobulą vielos jungtis Reikia didelio grynumo medžiagų, optimizuotų mašinos parametrų ir aukštos kokybės, patvarios surišimo įrankiai.
• Technologija vis dar vystosi: Miniatiūrizavimas, naujos medžiagos ir didelės galios programos ir toliau stumia ribas to, kas vielos surišimo procesas gali pasiekti.