Крајниот водич за жицата Бонд: Како ситна жица го овластува нашиот свет

Јас се викам Кевин, а како дел од тимот во електронската технологија Донгксин, поминав години длабоко во светот на микро-машини и напредни материјали. Имав безброј разговори со прецизни инженери како Маркус во Германија, кои бараат апсолутна прецизност. Тие знаат дека еден, микроскопски жица врска Може да биде разликата помеѓу врвниот автомобилски сензор и скапиот неуспех на производната линија. Оваа статија е за нив и за секој што сака да ја разбере неверојатната технологија на жица врска. Ќе го истражиме целиот Процес на поврзување со жица, од фундаменталната наука до напредната машинерија што го прави возможно, давајќи ви ги увидите потребни за да го совладате овој критичен чекор на производство.

Кој е точно процесот на врзување на жицата во микроелектроника?

Во неговото јадро, Поврзувањето со жица е процес на создавање мали електрични врски со употреба на многу фино жица. Замислете комплексен компјутерски чип, а полупроводник Уред не е поголем од ноктите. Овој чип треба да комуницира со надворешниот свет. Жица Врската е мостот што ја прави оваа комуникација. Ги поврзува микроскопските кола на чипот (на место наречено А. Подлога за врски) до поголемите електрични терминали на а подлога или LEADFRAME. Овој процес е најчесто користениот метод за Интерконекција во Индустрија за полупроводници.

Самиот процес е чудо на инженерството. Специјализирана машина користи комбинација на сила, топлина и понекогаш Ултразвучно енергија за создавање цврста состојба заварување помеѓу жица и Подлога за врски. Ова не е како традиционално лемење; Нема материјал за полнење. Наместо тоа, атомите на жица И подлогата се приближуваат толку блиску што формираат силен, трајно Металуршки врска. Ова создава високо сигурна електрична и механичка врска што може да ги издржи суровите услови во рамките на електронски уред.

Помислете на тоа како микроскопско ковање. А Алатка за врзување точно места и притиска а тенка жица со а дијаметар Често се мери во микрони (милионти метри). Целта е да се создаде непречена патека за да тече електрична енергија. Секој паметен телефон, автомобил и компјутер се потпираат на милијарди од овие совршени, ситни врски. Интегритетот на секој жица врска е предност на функцијата на Електронски компоненти Тие се поврзуваат.

Зошто жицата врска е толку клучна за измислување на уредот за полупроводници?

Важноста на жица врска во Измислување на уредот за полупроводници не може да биде преценет. Тоа е последниот, клучен чекор за правење интегрирано коло (ИЦ) функционално. По безброј часови и милиони долари се трошат за дизајнирање и измислување комплекс силикон нафора, тоа е смирено жица Тоа го носи во живот. Без сигурен метод на Интерконекција, најмоќниот ИЦ не е ништо повеќе од бескорисно парче од силикон.

Висококвалитетен жица врска Обезбедува две работи: Одлично Електрична спроводливост и стабилна механичка сила. На Електрични својства се од витално значење за перформанси. Каков било отпор или недоследност во заварување може да го деградира сигналот, да генерира несакана топлина или да предизвика уредот да пропадне. Ова е особено точно кај апликациите со висока фреквенција каде интегритетот на сигналот е сè. На врска помеѓу жицата а подлогата мора да има најмал можен отпор за да обезбеди ефикасна моќност и пренос на податоци.

Покрај тоа, овие врски мора да бидат неверојатно издржливи. Тие треба да преживеат термички велосипедизам (проширување и договори со топлина), вибрации и физички шок во текот на животот на производот. Автомобилско одделение полупроводник, на пример, мора да функционира беспрекорно со години под хаубата на автомобил, издржани екстремни температури и постојано тресење. Слаб жица врска би фрактура, што доведува до неуспех на уредот. Ова е причината зошто инженерите на процесите толку интензивно се фокусираат на постигнување на совршен, без празнина заварување Секој пат. Тоа е основа на сигурност за целата модерна електроника.

Кои се главните типови на врзани жица? Поглед на топката против клинната врска

Постојат два основни методи што се користат во индустријата: топка -врскаи клин -врскаing. Додека обајцата постигнуваат иста цел да создадат а жица врска, тие го прават тоа на различни начини и се погодни за различни апликации. Разбирањето на нивните разлики е клучно за оптимизирање на секоја производна линија.

Поврзување со топка:
Ова е најчестиот и најбрзиот метод, обично со употреба на злато или Бакарна жица. Процесот започнува со топење на Крај на жицата со електрична искра, која формира мала топка како резултат на напнатоста на површината. Оваа топка потоа се притиска на Подлога за врски користејќи комбинација на топлина и притисок, и често Ултразвучна енергија, во процес наречен Термозонска врска. Ова го создава Прва врска. Машината потоа ја пее жица до втората точка за врска и создава бод-како Втора врска пред да се искине жица Исклучено за да започнете повторно.

• Предности: Голема брзина, можност за поврзување во која било насока од првата точка.
• Недостатоци: Потребно е повеќе простор на чипот заради формата на топката, поголема топлина може да биде проблем за чувствителни компоненти.

Врска со клин:
Клин -врскаИНГ, ИЛИ Врска со клинови жици, користи а Алатка во форма на клин наместо а капиларен. На жицата е притиснато рамен против Подлога за врски, и Ултразвучна енергија се применува за создавање триење заварување. Ова формира уредна, обврзница слична на бод. Процесот се повторува за Втора врска. Овој метод често се користи со Алуминиумска жица, особено во апликации со голема моќ, но може да се користи и за злато жица и лента.

• Предности: Создава помала врска со понизок профил, идеална за апликации со фино-пич (тесно распоредени). Општо бара помалку топлина, што ја прави погодна за уреди чувствителни на температура.
• Недостатоци: Обично побавно од врската со топката, а насоката на сврзување е ограничена со ориентацијата на клин алатка.

На Донгксин, ние сме специјализирани за создавање на ултра-прецизни алатки за двата процеса, од капилари за топка -врскаер до стабилниот клин Алатки потребни за тешка врска со алуминиум. Изборот помеѓу топка -врска и клин -врска честопати се сведува на специфичните барања на уредот - цена, густина, моќност и видот на Wireица за врзување се користи.

Како работи модерна автоматска машина за врзување на жица?

Модерно Автоматска жица Бондер е ремек -дело на системите за роботика и контрола. Тој е дизајниран да изврши илјадници обврзници на час со точност на под-микрон. Јадрото на машината е софистициран систем за контрола на движење кој преместува глава на врската преку полупроводник уред. Оваа глава на врската го држи Алатка за врзување (или капиларен за топка -врскаили а клин за клин -врскавклон) и вревата на Wireица за врзување.

Процесот започнува кога Ан ИЦ или подлога е натоварен во машината. Моќен систем на визија ги идентификува точните локации на влошките на обврзниците и соодветните точки на LEADFRAME или ПХБ. Софтверот на машината потоа ја пресметува оптималната патека за секоја од нив жица. За секој жица врска, машината извршува прецизна секвенца:

1. Позиционирање: Главата на врската ја преместува алатката директно преку Прва врска страница.
2. Врска: Алатката се намалува, а машината применува програмирана комбинација на сила, температура и/или Ултразвучна енергија да се формира заварување.
3. Јамка: Машината ја крева алатката и ја плаќа надвор жица, формирање на специфична форма на јамка за контрола на висината и спречување на скратување.
4. Втора врска: Главата се преместува на втората страница и на Втора врска е направен.
5. Прекинување: На жица е скршен од а стегач и кинење движење, подготвување на машината за следната жица врска.

Целиот овој циклус се случува во милисекунди. На машина за заварување Постојано ги следи факторите како што се обврзниците и Ултразвучно Моќ за да се обезбеди секоја врска исполнува строги стандарди за квалитет. Овие машини, како нашите сопствени WS9820 Автоматски густа алуминиумска жица клин, се мотори на модерни Микроелектроника склопување, овозможувајќи масовно производство на комплекс Електронски компоненти.

Кои се најчестите типови жица што се користат за врзување?

Изборот на Wireица за врзување е критична одлука заснована на барања за трошоци, перформанси и апликација. Секој материјал има уникатни својства што го прават погоден за различни ситуации. Трите главни Видови на жица Се користат денес се злато, бакар и алуминиум.

Златна жица: Со децении, златото беше стандард за Врска за жица Поради неговата супериорна сигурност. Не оксидize, олеснувајќи го создавањето a Добро сврзување врска. Неговата мекост овозможува Врска со златна жица кај пониските сили, намалувајќи го стресот на кревката силикон чип. Сепак, високиот цена на злато ги натера многу производители да бараат алтернативи.

Бакарна жица: Бакарна жица стана популарна алтернатива. Тоа е Електрична спроводливост е дури и повисоко од златото, и тоа е многу поевтино. Сепак, бакарот е потежок и склон кон оксидација, што го прави Заврзување бара Поконтролирано опкружување (често користејќи штит за инертен гас) и поцврсти параметри на процесот за да се спречи оштетување на Подлога за врски.

Алуминиумска жица: Алуминиумска жица е многу честа појава во клин -врскаИНГ, особено за уредите за електрична енергија каде што се големи дијаметар Потребни се жици за да се носат високи струи. Формира многу силен моно-метален заварување со алуминиумски врски влошки на чипот, избегнувајќи формирање на кршлива Злато-алуминиум Интерметалики (Познато како „виолетова чума“) што може да предизвика неуспеси на обврзниците со текот на времето. Ние снабдуваме голем број на чиста алуминиумска жица конкретно дизајнирани за овие апликации што бараат.

Можете ли да ја објасните науката зад ултразвучно заварување?

А Ултразвучно заварување е фасцинантен процес кој се придружува на двајца метални површини без да ги топи. Тоа е форма на заварување со цврста состојба, што е клучно за Ултразвучно врзување на жица. Магијата се случува кога вибрациите со висока фреквенција се воведуваат на интерфејсот за врзување под притисок.

Еве како работи: а машина за врзување жица користи трансдуцер за генерирање висока фреквенција Акустични вибрации, обично во опсег од 20-120 kHz. Ова енергија на вибрации се пренесува преку Алатка за врзување до жица. На жицата е притиснато против Подлога за врски, и брзото, чистење движење на Ултразвучна енергија остварува неколку работи:

1. Ја чисти површината: Вибрациите се распаѓаат и распрснуваат загадувачи на површината и тенки оксид слоеви и на двата жица и Подлога за врски. Ова изложува чист, чист метал, што е неопходно за формираат врска.
2. Го омекнува металот: Интензивното триење создава локализирана топлина, предизвикувајќи пластика деформација во металот на интерфејсот. Ова омекнување им овозможува на двете површини да се прилагодат едни на други интимно.
3. Промовира атомска дифузија: Со површините исчистени и притиснати заедно, атомите од жица И подлогата може да се шири преку границата, создавајќи вистинска Металуршки врска.

Целото Ултразвучно врзување Процесот трае само неколку милисекунди. Со употреба притисок и ултразвучно вибрации наместо топење на големо, ги избегнува проблемите поврзани со висока топлина, што го прави совршен за деликатни Електронски компоненти. Оваа комбинација на топлина и ултразвучна енергија е камен -темелник на модерното Термозонска врска.

Кои фактори влијаат на квалитетот на жицата врска?

Постигнување на совршено жица врска Доследно низ милиони врски е комплексен предизвик. Како инженер, знаете дека квалитетот се определува со нежен биланс на многу варијабли. Мало отстапување кај кој било од нив може да доведе до слаба или неуспешна врска.

Клучни фактори на квалитет:

• Материјална чистота: Квалитетот на Wireица за врзување и чистотата на Подлога за врски се основни. Било какви нечистотии или загадување можат да го инхибираат формирањето на силен заварување. Ова вклучува метална облога на подлога.
• Параметри за врзување: Овие се поставките на машината што инженерот мора да ги оптимизира. Тие вклучуваат:
  • Сила: Колку е тешко алатката да го притисне жица. Премногу малку сила резултира во слаба врска; Премногу може да го оштети чипот.
  • Ултразвучна моќност: Количината на Ултразвучна енергија применети. Ова треба да се подеси совршено за да се исчисти површината без да се предизвикаат микро-пукнатини.
  • Време: Времетраењето за кои се применуваат сила и енергија.
  • Температура: Топлината се применува на подлога, што помага во омекнување на материјалите.
• Состојба на алатката: На Алатка за врзување- клин или капиларен - е потрошен дел што се истроши со текот на времето. Носената или загадена алатка ќе произведе неконзистентни врски. Видовме од прва рака како висококвалитетна, долготрајна алатка, како што е нашиот обичај потрошувачки материјали за обврзници, може драматично да го подобри приносот и да го намали времето на застој Линии за производство.
• Јамка геометрија: Обликот на жица Јамката е исто така критична. Неточната висина на јамката може да доведе до кратки кола со други жици или да биде подложна на оштетување за време на последователните чекори на производство како капсулација на мувла.

Совладувањето на овие фактори бара длабоко знаење за процесите, висококвалитетни материјали и робустен машина за заварување. Тоа е континуиран процес на набудување, тестирање и рафинирање.

Како се споредува ласерското заварување со традиционалното врзување со жица?

Додека Врска за жица е доминантна технологија за ниво на чип Интерконекција, Ласерско заварување Се појавува како моќна алтернатива за различни типови врски во склопот на електроника, особено за поголеми компоненти како јазичиња за батерии и автобуси.

Ласерско заварување користи високо фокусиран зрак на светлина за да се стопи и да се осигура разни метални делови заедно. За разлика од цврстата состојба заварување од Ултразвучно врзување, Ласерско заварување Создава фузија заварување со топење на материјалот.

Споредба:

Врска за жица се одликува со создавање илјадници ситни, прецизни врски на деликатна полупроводник умре. Нискиот влез на топлина спречува оштетување на чувствителното коло. Ласерско заварување, од друга страна, е подобро за создавање силни, структурни заварувања на поголеми делови каде што е прифатлива поголема топлина. Вие не би користеле Ласерско заварување Да се ​​поврзе 25-микрон жица до ан ИЦ, но тоа е совршено за заварување на густо бакарно јазиче до терминал за батерија. Тие се комплементарни технологии кои решаваат различни предизвици во поширокиот свет на производство на електроника.

Кои се клучните предизвици во процесот на сврзување со жицата денес?

На Процес на поврзување со жица е зрело, но постојано се наметнува до своите граници со немилосрдното темпо на иновации во индустријата за електроника. Инженерите се соочуваат со неколку големи предизвици за кои се потребни нови решенија и подобри материјали.

Една од најголемите пречки е минијатуризација. Бидејќи чиповите стануваат помоќни, тие бараат сè повеќе I/O врски во помал простор. Ова доведува до ултра-фино поврзување на теренот, каде што влошките за врски се поставени неверојатно близу заедно. Ова бара исклучителна точност од машина за врзување жица и помал, попрецизен поврзувачки употреби специјален Алатка во форма на клин. Секое мало погрешно поставување може да предизвика краток спој.

Друг предизвик е порастот на новите материјали и сложените структури на уреди. На пример, сврзувањето со нови типови подлоги или справување со пакети со наредени-уреди (3Д-IC) воведува нови променливи. На коефициент од Термичка експанзија Несогласувањето помеѓу различните материјали може да стави стрес на жица врска За време на работењето, што доведува до проблеми со сигурност. Понатаму, транзицијата кон Бакарна жица За да заштедите трошоци воведени предизвици поврзани со оксидација и цврстина, кои бараат построги контроли на процесите.

Конечно, за електроника за напојување, како што се оние во електрични возила и Машини за врзување на IGBT, предизвикот е различен. Еве, тежок дијаметар алуминиум жица или панделки се користат за ракување со високи струи. Тешкотијата лежи во доволно испорака Ултразвучно моќ да се создаде стабилен заварување без да се оштети големиот, скап уред за напојување. Ова е местото каде што квалитетот на Алатки за врзување и моќта на машина за заварување навистина се ставени на тест.

Како ја избирате вистинската жица за врзување и алатки за вашата апликација?

Избирање на правилно Wireица за врзување И алатките не се само одлука за набавка; Тоа е критичен избор на инженеринг кој директно влијае на приносот, сигурноста и трошоците. За инженер за процеси, оваа одлука бара систематски пристап кој ги разгледува уникатните барања на уредот.

Прво, анализирајте ја апликацијата. Дали е тоа уред со голема моќ што бара голем дијаметар Алуминиумска жица да управува со струјата? Или е дигитален со висока густина ИЦ што треба ултра фино злато или Бакарна жица За сврзување со фино-теренот? Изборот на жица Материјалот - злато, бакар или алуминиум - е почетна точка. Оваа одлука ќе биде под влијание на целите на трошоците (бакар наспроти злато), потреби за сигурност (отпорност на злато кон корозија) и метализација на Подлога за врски (Алуминиум жица на алуминиумски влошки за да се спречи Злато-алуминиум Интерметалики).

Еднаш се користи жица, следниот чекор е избор на Алатка за врзување. Геометријата на клин или капиларот мора да одговара на Дијаметар на жица и совршено димензиите на подлогата за врската. Алатка со погрешни димензии може да доведе до лошо формирање на врската, оштетување на жицата или неконзистентни резултати. На пример, а клин -врска Во тесен простор може да бара алатка со многу тенок профил. Материјалот на самата алатка - како волфрам карбид или титаниум - е исто така клучен за неговиот животен век и перформанси. Инвестирањето во висококвалитетни алатки од специјализиран производител обезбедува конзистентност на алатка до алатка, што е клучна грижа за инженерите кои не можат да толерираат варијации на процесите. Вистинската комбинација на разни жица Видови и прецизни алатки е формула за успешна и повторлива Врска за жица операција.

Клучни превземања

• Поврзувањето со жица е фундаментална: Тоа е примарен метод за создавање на електрични врски што ја прават функцијата на полупроводнички уреди.
• Постојат два главни типа: Врзана топка е брз и разноврсен, додека Врска со клин е прецизно и идеално за апликации со фино-пич или низок профил.
• Тоа е наука за прецизност: Процесот се потпира на контролирана примена на сила, температура и Ултразвучно енергија за создавање силна, цврста состојба заварување.
• Изборот на материјал е клучен: Избор на злато, бакар или алуминиум жица Зависи од размената помеѓу барањата за трошоци, перформанси и сигурност.
• Квалитетот зависи од многу фактори: Постигнување на совршено жица врска Бара материјали со висока чистота, оптимизирани параметри на машината и висококвалитетни, издржливи Алатки за врзување.
• Технологијата сè уште се развива: Минијатуризацијата, новите материјали и апликациите со голема моќност продолжуваат да ги притискаат границите на она што Процес на поврзување со жица може да постигне.