Kas yra klijavimo viela? Neregėtas puslaidininkių patikimumo herojus

Kaip mikroapdirbimo ir medžiagų mokslo specialistas, mano dienos kupinos gilių techninių diskusijų su tokiais inžinieriais kaip Marcusas Vokietijoje. Jie yra priešakinėse linijose, peržengiantys puslaidininkių ir galios elektronikos gamybos galimybes. Tema, kuri pasirodo stebėtinai dažnai, yra nuolankumas jungimosi viela. Ši maža sruogelė metalas, dažnai plonesnis už žmogaus plauką, dažnai nepastebimas, tačiau jis, be abejo, yra vienas svarbiausių komponentų bet kuriame integriniame grandyne (IC). Šio mikroskopo gedimas sujungimas sudėtingas ir brangus įrenginys gali tapti nenaudingas. Šis straipsnis nėra pardavimo pasiūlymas; tai gilus pasinerimas į medžiagų mokslą ir inžineriją, kuri leidžia sukurti aukštąpatikimumas jungimosi viela. Išnagrinėsime įvairias medžiagas, jų unikalias savybes ir kodėl verta rinktis viela yra esminis jūsų galutinio produkto sėkmės pagrindas.

Koks yra pagrindinis jungiamojo laido tikslas?

Paprasčiausiu lygiu a jungimosi viela yra labai geras, aukštasgrynumas viela naudojamas kurti elektrinė jungtys viduje a puslaidininkis prietaisas. Jis tarnauja kaip lankstus tiltas, pernešantis galią ir signalus tarp silicio lustas (IC) ir jo apsauginės pakuotės metalinius laidus. Pagalvokite apie tai kaip apie lusto nervų sistemą. Skirtingai nei naudojant Lydmetalis, kuris apima lydymąsi ir negali būti atliktas tokiu smulkiu mastu nepažeidžiant gležno lusto, viela surišimas yra kietojo kūno procesas. Specialistas klijavimo mašina naudoja ultragarsinis energija, jėga ir kartais šiluma, kad būtų sukurta metalurginė siūlė arba obligacija, abiejuose galuose viela.

Ši mažutė sujungimas turi būti neįtikėtinai tvirtas. Jis turi atlaikyti mechaninį įtempimą, šiluminį ciklą ir nešti elektros srovę, nesumažėdamas per įrenginio eksploatavimo laiką. Pasirinkimas iš viela medžiaga, jos skersmuo ir specifika medžiagos savybės visi vaidina lemiamą vaidmenį kuriant sėkmingą ir patikimą viela obligacija. Kiekvienas obligacija Turi būti tobulas.

Kodėl reikalingos skirtingų tipų jungiamosios vielos?

Nėra vieno „visiems tinkančio“ sprendimo jungimosi viela. Medžiagos pasirinkimas yra svarbus inžinerinis sprendimas, kurį lemia specifiniai programos reikalavimai, įskaitant kainą, našumą ir ilgalaikį patikimumas. Trys pagrindinės naudojamos medžiagos yra auksas (Au), Vario (Cu) ir aliuminio (Al). Kiekvienas iš jų turi skirtingą savybių rinkinį, todėl jis tinka įvairiems klijavimo tipams ir skirtingiems galutiniams produktams.

Inžinierius turi atsižvelgti į keletą veiksnių:

• Klijavimo procesas: Ar tai greitas Ball Bond procesas ar tikslumas pleišto jungtis? Aukso ir Vario yra idealūs Ball Bonding, o aliuminio yra ultragarso standartas pleištas surišimas.
• Našumo reikalavimai: Ar prietaisas veikia aukštu dažniu arba turi didelę srovę? Vario turi pranašumą Elektrinis laidumas, bet Auksinė viela siūlo puikų atsparumą korozijai.
• Išlaidų apribojimai: Auksinės vielos sujungimas yra brandus, bet brangus procesas. Vario viela suteikia pigesnę alternatyvą su puikiu našumu aliuminio viela taip pat yra labai ekonomiškas.
• Ilgalaikis patikimumas: Kaip bus viela bendrauti su obligacijų padas metalurgija laikui bėgant ir darbo temperatūroje? Svarbiausias rūpestis yra užkirsti kelią trapių intermetalų susidarymui.

Kaip auksinė viela sukurta greitam rutuliniam sujungimui?

Auksinė viela yra originaliausias ir geriausiai suprantamas jungimosi viela. Nors atrodo paprasta, gryno aukso Šioje programoje naudojama medžiaga iš tikrųjų yra labai sukurta. Auksinė jungiamoji viela beveik niekada nėra 99,99 % grynumo auksas. Jis tyčia yra „legeruotas“ nedideliu, kontroliuojamu kiekiu kitų elementų, kad būtų suderintos jo savybės reikliems žmonėms. rutulinio klijavimo procesas.

Šie priedai, kuriuose gali būti tokių elementų kaip berilio (Būk) arba paladis (Pd), pridedami dėl kelių priežasčių. Jie padeda kontroliuoti grūdų struktūrą metalas nes sutvirtėja sukūrus Nemokamas oro kamuolys. Stabili, nuosekli grūdelių struktūra yra labai svarbi norint suformuoti tvirtą ir pakartojamą obligacija. Priemonės taip pat padidina medžiagos kietumą viela, kuri padeda palaikyti švarą kilpa forma nesusmukus. Puikiai suprojektuotas Auksinė viela sukuria tobulą švelnumo balansą obligacija ir standumą išlaikyti kilpos formavimas. Gebėjimas suformuoti tobulą, sferinį kamuolys yra unikali savybė Auksinė viela ir yra pagrindinė rutulinio klijavimo procesas.

Kokie yra kompromisai naudojant varį kaip surišimo laidą?

Vario viela tapo labai populiari alternatyva Auksinė viela, pirmiausia dėl didelių išlaidų sutaupymo. Iš spektaklio perspektyvos Vario yra puikus pasirinkimas. Jis turi apie 40% daugiau Elektrinis laidumas ir žymiai geriau šilumos laidumas nei aukso. Dėl to jis idealiai tinka maitinimo įrenginiams, kuriems reikia valdyti dideles sroves ir išsklaidyti šilumą. Tačiau dirbant su Vario viela Pateikia unikalų iššūkių rinkinį, kurį turi valdyti inžinieriai.

Didžiausias iššūkis yra oksidacija. Vario lengvai formuoja an oksidas sluoksnį veikiant orui, ypač esant aukštai temperatūrai termogarsinis surišimas. Tai oksidas gali trukdyti formuotis gėriui obligacija. Norėdami tai įveikti, vielos surišimo mašinos kad naudojimas Vario turi veikti inertiškoje aplinkoje, paprastai apgaubtoje azoto dujomis. Be to, Vario yra daug sunkesnis už auksą. Tai reiškia aukštesnę obligacija pajėgos ir ultragarsinis reikia energijos, o tai padidina jautrumo sugadinimo riziką Silicis mirti po obligacijų padas. Norėdami tai sušvelninti, dabar naudojamos daugelis programų paladis padengtas vario viela. Plonas sluoksnis paladis saugo Vario nuo oksidacijos ir pagerina obligacija patikimumas.

Kada aliuminio viela yra geriausias pasirinkimas dėl patikimumo?

Nors aukso ir Vario dominuoti Ball Bond turgus, aliuminio viela yra karalius ultragarsinis pleištinis sujungimas. Tai ypač pasakytina apie galios puslaidininkius, automobilių elektroniką ir RF modulius. Pagrindinė to priežastis yra metalurginis suderinamumas. The obligacija trinkelės ant a puslaidininkis štampai beveik visada pagaminti iš aliuminio. Kai tu obligacija an aliuminio viela į aliuminio pad, sukuriate monometalinę sistemą. Tai iš prigimties yra stabilesnė ir patikimesnė laikui bėgant, ypač esant aukštai temperatūrai.

Kai a Auksinė viela yra susietas su an aliuminio padas, kietojo kūno procesas difuzija pradeda formuoti auksąaliuminio intermetaliniai junginiai sąsajoje. Kai kurie iš šių junginių yra trapūs ir gali sukelti obligacija gedimai per gaminio eksploatavimo laiką – reiškinys, žinomas kaip „purpurinis maras“. Naudojant aliuminio viela, šio didelio gedimo mechanizmo visiškai išvengiama. Taikomoms programoms, kurioms reikalingas aukščiausio lygio ilgalaikis patikimumas, sunkus skersmuo Grynas aliuminio viela prijungtas per tvirtą pleišto jungtis yra aukso standartas. Tai yra vielos tipas matome, kad jie dažniausiai naudojami sudėtingose automobilių ir pramonės srityse.

Kaip mechaninės savybės, tokios kaip pailgėjimas ir atsparumas tempimui, veikia vielos jungtį?

Kai inžinierius gauna a ritė iš jungimosi viela, specifikacija lape bus išvardytos tokios mechaninės savybės kaip tempiamas jėgos ir pailgėjimas. Tai ne tik skaičiai; jie yra kritiniai rodikliai, rodantys, kaip viela elgsis dideliu greičiu klijavimo mašina.

• Tempimo stipris (arba trūkimo apkrova): matuoja jėgą, reikalingą sulaužyti viela. A viela turi būti pakankamai stiprus, kad atlaikytų įtempius surišimas procesas, įskaitant paskutinę „ašarą“ po antrojo obligacija a pleišto jungtis procesas. Tačiau a viela kad yra per stiprus, gali būti sunku obligacija ir gali prireikti per didelės jėgos.
• Pailgėjimas: Tai matuoja, kiek viela gali išsitempti, kol nenutrūksta, išreikštas procentais. Tai, be abejo, yra svarbesnis parametras. A viela su geru pailgėjimas metu yra lankstesnis ir atlaidesnis obligacija formavimas. Tai taip pat būtina norint sukurti nuoseklias, stabilias kilpas. A viela su žemu pailgėjimas yra trapus ir gali įtrūkti ant kulno obligacija, o a viela su pernelyg aukštu pailgėjimas gali būti per minkštas, todėl kilpa nukaręs ar svyruoja viela. The pailgėjimas metu yra kruopščiai kontroliuojamas viela gamybos procesas derinant piešinį ir atkaitintižingsniuoti.

Ką iš tikrųjų daro jungiamosios vielos „dopingas“, kad pagerintų jos veikimą?

„Dopingas“ yra procesas, kai į pirminį elementą pridedamas labai mažas, labai kontroliuojamas kitų elementų kiekis metalas pagerinti jo savybes. Mes kalbame apie milijonines dalis (ppm). Tai ne tik paprastas dalykas lydinys; tai tikslus mokslas. Šių priedų tikslas yra manipuliuoti metalurgine struktūra viela.

Pavyzdžiui, į Auksinė viela, priedai padeda patobulinti grūdelių struktūrą. Gryna forma, metalas turi didelius, minkštus grūdelius. Pridėjus priedų susidaro branduolių susidarymo vietos, todėl grūdelių struktūra yra smulkesnė ir vienodesnė. Tai daro viela stipresnis ir, dar svarbiau, užtikrina, kad karštis-paveikta zona virš kamuolys po to kamuoliuko formavimas yra tvirtas ir stabilus. Tai užkerta kelią bendram defektas žinomas kaip „šilumos paveiktos zonos (HAZ) nusileidimas“, kuris gali sukelti viela trumpinti prieš štampavimo kraštą. Panašiai, in aliuminio viela, pridedant 1 proc. Silicis žymiai sustiprina viela ir neleidžia jam būti per minkštam, o tai labai svarbu ultragarsinis pleištinis sujungimas. Sprendimas dėl narkotikas a viela visada yra pusiausvyra norint pasiekti pageidaujamą mechaninį vielos savybės.

Kaip užtikrinate rišamosios vielos ritės kokybę ir patikimumą?

Tokiam inžinieriui kaip Marcusas nuoseklumas yra viskas. Procesas, kuris puikiai veikia su vienu ritė iš viela turi taip pat gerai veikti su kitais. Kokybės kontrolė, skirta jungimosi viela todėl yra neįtikėtinai griežtas. Pradedama nuo žaliavos, kuri turi būti aukščiausios kokybės grynumas (pvz., 99,99 % arba "4N" grynumas).

Per visą piešinį ir atkaitintiprocesas, vielos skersmuo turi būti laikomas neįtikėtinai griežtų leistinų nuokrypių ribose. Net ir nedidelis pokytis gali turėti įtakos Ryšių parametrai ir sukelti nenuoseklių rezultatų. Finalas viela tada atliekama daugybė bandymų pagal tokius standartus kaip ASTM bandymo metodas F72. Tai apima jo trūkimo apkrovos matavimą ir pailgėjimas. paviršius iš viela taip pat turi būti nesugadintas, be jokio užteršimo ar įbrėžimų, kurie galėtų trukdyti obligacija. Galiausiai, viela yra suvyniotas ant specialiai suprojektuoto ritė kontroliuojama įtampa, kad būtų išvengta bet kokių mechaninių pažeidimų. Tinkamas saugojimas ir tvarkymas taip pat yra labai svarbūs, kaip ir rekomendacijų laikymasis galiojimo laikas. obligacijų kokybė yra tiesioginis kokybės atspindys viela.

Kokie yra dažni gedimo režimai, susiję su pačia surišimo viela?

Kai a viela obligacija nepavyksta, viela pati gali būti pagrindinė priežastis. Šių gedimų supratimas yra esminis veiksnys šalinant procesą.

• Vielos nuslinkimas/svyravimas: viela kilpa deformuojasi ir paliečia gretimą viela arba štampavimo briauną, sukeldamas trumpąjį jungimą. Tai dažnai yra dėl viela per minkštas (netinkamas lydinys arba atkaitintiing).
• Kulno skilinėjimas: Prie pagrindo susidaro įtrūkimas pleištas obligacija. Tai gali sukelti a viela kuris yra per trapus (žemas pailgėjimas) arba dėl per didelės deformacijos obligacija.
• Bond Lift: obligacija nesugeba prilipti. Nors dažnai tai yra parametrų problema, ją gali sukelti užteršimas viela paviršius.
• Nutrūko viela HAZ: A Ball Bond, viela pertraukos tiesiai virš kamuolys. Tai rodo netinkamai kontroliuojamą grūdų struktūrą vielašilumos paveiktoje zonoje.

Šios problemos išryškina gilios partnerystės tarp įrenginio gamintojo ir viela tiekėjas yra toks svarbus. Dažnai sprendžiant kompleksą surišimas problema reikalauja bendrai analizuoti abu surišimas procesas ir vielamedžiagų mokslas. Mes dažnai padedame savo klientams, kurie naudojasi mūsų paslaugomis automatiniai vielos rišikliai diagnozuoti ir išspręsti šias problemas.

Kaip tinkamas laidų pasirinkimas padidina ilgalaikį įrenginio patikimumą?

Pasirinkimas jungimosi viela turi didelę įtaką ilgalaikiam laikotarpiui patikimumas iš an Integruota grandinė. Pradinė obligacija kokybė yra tik istorijos pradžia. The viela ir jos obligacija turi išgyventi daugelį metų eksploatuojant dažnai atšiaurioje aplinkoje. Teisingas Medžiagos pasirinkimas yra labai svarbus norint išvengti gedimų, kurie atsiranda tik po tūkstančių valandų šiluminio ciklo.

Kaip minėta, naudojant aliuminio viela įjungta aliuminio pagalvėlės pašalina trapaus aukso riziką,aliuminio intermetalikai. Už Vario viela, naudojant a paladis danga gali užkirsti kelią oksidacijai ir užtikrinti jos stabilumą obligacija. srovės keliamoji galia iš viela taip pat reikia atsižvelgti. Naudojant a viela su nepakankamu vielos skersmuo Dėl srovės, kurią ji turi nešti, ji perkais, paspartins senėjimą ir gali sukelti gedimą. Šiluminis plėtimasis koeficientas iš viela palyginti su likusiomis pakuotės medžiagomis, yra dar vienas veiksnys, kuris turi būti atsižvelgta. Teisė jungimosi viela nėra tik komponentas; tai yra pagrindinis prietaiso sukūrimo elementas patikimumas.