Што е жица за поврзување? Невидениот херој на доверливоста на полупроводниците

Како специјалист за микро-машина и наука за материјали, моите денови се исполнети со длабоки технички дискусии со инженери како Маркус во Германија. Тие се оние кои се на првите линии, ги поместуваат границите на она што е можно во производството на полупроводници и електроника за електрична енергија. Тема што се појавува со изненадувачка фреквенција е скромното Wireица за врзување. Оваа мала жичка на метал, често потенок од човечко влакно, често се занемарува, но сепак е веројатно една од најкритичните компоненти во кое било интегрирано коло (ИЦ). Неуспех во овој микроскоп Интерконекција може да направи комплексен и скап уред бескорисен. Овој напис не е продажен терен; тоа е длабоко нурне во материјалната наука и инженерството што оди во создавање на високосигурност Wireица за врзување. Ќе ги истражиме различните материјали, нивните уникатни својства и зошто е вистинскиот избор жица е од фундаментално значење за успехот на вашиот финален производ.

Која е основната цел на жица за поврзување?

На своето најосновно ниво, а Wireица за врзување е многу фино, високочистота жица се користи за создавање Електричен врски внатре а полупроводник уред. Служи како флексибилен мост, пренесувајќи енергија и сигнали помеѓу силиконот чип (ИЦ) и металните кабли на неговото заштитно пакување. Замислете го тоа како нервниот систем на чипот. За разлика од користењето лемење, што вклучува топење и не може да се направи во толку фини размери без да се оштети деликатниот чип, жица врска е процес во цврста состојба. Специјализиран машина за лепење користи Ултразвучно енергија, сила, а понекогаш и топлина за да се создаде металуршки завар, или врска, на двата краја на жица.

Оваа мала Интерконекција мора да биде неверојатно робустен. Треба да издржи механички стрес, термички циклус и да носи електрична струја без да се деградира во текот на животниот век на уредот. Изборот на жица материјалот, неговиот дијаметар и неговата специфичност материјални својства сите играат клучна улога во создавањето успешен и сигурен жица врска. Секој врска Мора да биде совршен.

Зошто се потребни различни типови на жица за поврзување?

Не постои „една големина за сите“ решение кога станува збор за Wireица за врзување. Изборот на материјал е критична инженерска одлука водена од специфичните барања на апликацијата, вклучувајќи ги трошоците, перформансите и долгорочните сигурност. Трите основни материјали што се користат се злато (Au), бакар (Cu) и алуминиум (Ал). Секој од нив има посебен сет на својства што го прават погоден за различни типови на лепење и различни крајни производи.

Инженерот мора да земе предвид неколку фактори:

• Процесот на поврзување: Дали е тоа со голема брзина топка -врска процес или прецизност клин -врска? Злато и бакар се идеални за топка -врскаинг, додека алуминиум е стандард за ултразвук клин врска.
• Барања за изведба: Дали уредот работи на високи фреквенции или носи високи струи? Бакар има супериорен Електрична спроводливост, но Златна жица нуди одлична отпорност на корозија.
• Ограничувања на трошоците: Сврзување со златна жица е зрел, но скап процес. Бакарна жица обезбедува алтернатива со пониска цена со одлични перформанси, додека Алуминиумска жица е исто така многу исплатлив.
• Долгорочна доверливост: Како ќе жица комуницирате со Подлога за врски металургијата со текот на времето и при работна температура? Спречувањето на кршливите меѓуметални формирање е клучна грижа.

Како е конструирана златната жица за лепење на топката со голема брзина?

Златна жица е оригиналниот и најдобро разбран Wireица за врзување. Иако изгледа едноставно, на чисто злато што се користи во оваа апликација е всушност високо конструиран материјал. Златна жица за поврзување речиси никогаш не е 99,99% чист злато. Намерно е „допингуван“ со ситни, контролирани количества други елементи за да се дотераат неговите својства за бараните процес на сврзување на топката.

Овие допанти, кои можат да вклучуваат елементи како берилиум (Биди) или Паладиум (Pd), се додаваат поради неколку причини. Тие помагаат да се контролира структурата на зрната на метал како што се зацврстува по создавањето на бесплатна воздушна топка. Стабилна, конзистентна структура на зрно е од клучно значење за формирање силна и повторлива врска. Допантите исто така ја зголемуваат цврстината на жица, што му помага да поддржува чистење јамка обликот без доделување. Добро дизајнирана Златна жица обезбедува совршена рамнотежа на мекост за создавање на врска и вкочанетост за одржување на формирање на јамка. Способноста да се формира совршена, сферична топка е единствена сопственост на Златна жица и е централен за процес на сврзување на топката.

Кои се компромисите за користење на бакар како жица за поврзување?

Бакарна жица стана многу популарна алтернатива на Златна жица, првенствено поттикнат од значителните заштеди на трошоците. Од перспектива на перформанси, бакар е одличен избор. Има околу 40% повисока Електрична спроводливост и значително подобро топлинска спроводливост отколку злато. Ова го прави идеален за уреди за напојување кои треба да управуваат со високи струи и да ја трошат топлината. Сепак, работејќи со Бакарна жица претставува уникатен сет на предизвици со кои инженерите мора да ги управуваат.

Најголем предизвик е оксидацијата. Бакар лесно формира ан оксид слој кога е изложен на воздух, особено при покачени температури на термосоничен врска. Ова оксид може да се меша во формирањето на добро врска. За да се надмине ова, Машини за врзување со жица таа употреба бакар мора да работи во инертна средина, обично обвиткана со азотен гас. Понатаму, бакар е многу потешко од златото. Ова значи повисоко врска сили и Ултразвучно потребна е енергија, што го зголемува ризикот од оштетување на деликатниот силикон умре под Подлога за врски. За да се намали ова, многу апликации сега користат Паладиум обложен бакар жица. Тенкиот слој на Паладиум го штити бакар од оксидација и ја подобрува на врска сигурност.

Кога алуминиумската жица е супериорен избор за сигурност?

Додека златото и бакар доминираат во топка -врска пазар, Алуминиумска жица е кралот на ултразвучно поврзување со клинови. Ова е особено точно за енергетските полупроводници, автомобилската електроника и RF модулите. Примарната причина за ова е металуршката компатибилност. На врска влошки на а полупроводник умре речиси секогаш се направени од алуминиум. Кога вие врска а Алуминиумска жица до ан алуминиум рампа, создавате монометален систем. Ова е инхерентно постабилно и посигурно со текот на времето, особено при високи температури.

Кога А Златна жица е врзан за ан алуминиум рампа, процес на цврста состојба дифузија започнува, формирајќи злато -алуминиум меѓуметални соединенија на интерфејсот. Некои од овие соединенија се кршливи и може да доведат до врска неуспеси во текот на животниот век на производот, феномен познат како „виолетова чума“. Со користење на Алуминиумска жица, овој голем механизам за неуспех е целосно избегнат. За апликации кои бараат највисоко ниво на долгорочно ниво сигурност, тежок дијаметар Чиста алуминиумска жица поврзани преку робустен клин -врска е златен стандард. Ова е Вид на жица гледаме дека се користи најчесто во тешки автомобилски и индустриски апликации.

Како механичките својства како што се издолжување и цврстина на истегнување влијаат на врската на жицата?

Кога инженерот добива а калем од Wireица за врзување, на спецификација листот ќе ги наведе механичките својства како затегнувачка сила и издолжување. Ова не се само бројки; тие се критични показатели за тоа како на жица ќе се однесуваат со голема брзина машина за лепење.

• Јачина на истегнување (или оптоварување на кинење): Ова ја мери силата потребна за да се скрши жица. А жица мора да бидат доволно силни за да ги издржат напрегањата на врска процес, вклучувајќи ја и последната „солза“ по втората врска во а клин -врска процес. Меѓутоа, а жица тоа е премногу силно може да биде тешко да се врска и може да бара прекумерна сила.
• Издолжување: Ова мери колку на жица може да се истегне пред да се скрши, изразено во проценти. Ова е веројатно покритичниот параметар. А жица со добро издолжување е повеќе податлив и простува за време врска формирање. Исто така е од суштинско значење за создавање конзистентни, стабилни јамки. А жица со низок издолжување е кршлив и може да доведе до пукнатини на петицата на врска, додека А жица со претерано високи издолжување може да биде премногу мека, што доведува до јамка доделување или нишање на жица. На издолжување е внимателно контролиран за време на жица производниот процес преку комбинација на цртање и анелираатчекори.

Што всушност прави „допинг“ жица за поврзување за да ги подобри нејзините перформанси?

„Допинг“ е процес на додавање на многу мали, високо контролирани количества на други елементи во основното метал за подобрување на неговите својства. Зборуваме за нивоа на делови на милион (ppm). Ова не е само едноставно легура; тоа е прецизна наука. Целта на овие допанти е да манипулираат со металуршката структура на жица.

На пример, во Златна жица, допантите помагаат да се усоврши структурата на зрната. Во својата чиста форма, на метал има големи, меки зрна. Додавањето на допанти создава места за нуклеација, што резултира со пофина, порамномерна структура на зрната. Ова го прави жица посилно и, уште поважно, гарантира дека топлина-погодената зона над топка после формирање на топка е силен и стабилен. Ова го спречува заеднички дефект познато како „опаѓање на зоната погодена од топлина (HAZ)“, што може да предизвика жица да се скрати на работ на матрицата. Слично, во Алуминиумска жица, додавајќи 1% силикон значително го зајакнува жица и го спречува да биде премногу мек, што е критично за ултразвучно поврзување со клинови. Одлуката за наркотик a жица е секогаш рамнотежа за да се постигне саканиот механички својства на жицата.

Како го обезбедувате квалитетот и сигурноста на калем од жица за поврзување?

За инженер како Маркус, конзистентноста е сè. Процес кој функционира совршено со еден калем од жица мора да работи исто толку добро со следниот. Контролата на квалитетот за Wireица за врзување затоа е неверојатно строг. Започнува со суровина, која мора да биде највисока чистота (на пр., 99,99% или „4N“ чистота).

Низ целиот цртеж и анелираатпроцес, на Дијаметар на жица мора да се чуваат во рамките на неверојатно тесни толеранции. Дури и мала варијација може да влијае на параметри за врзување и да доведе до неконзистентни резултати. Финалето жица потоа е подложен на батерија од тестови според стандарди како ASTM метод на тестирање F72. Ова вклучува мерење на неговото прекршување и издолжување. На површина на жица исто така мора да биде недопрена, без каква било контаминација или гребнатини што би можеле да го попречат врска. Конечно, на жица е намотан на специјално дизајниран калем под контролирано напнатост за да се спречи било какво механичко оштетување. Правилното складирање и ракување се исто така критични, како и почитувањето на препорачаното рок на траење. На Квалитет на врската е директен одраз на квалитетот на жица.

Кои се вообичаените начини на дефект поврзани со самата жица за поврзување?

Кога А жица врска не успее, на жица самата може да биде основната причина. Разбирањето на овие неуспеси е клучно за решавање проблеми на процесот.

• Попуштање/нишање на жица: На жица јамка деформира и допира соседна жица или работ на матрицата, предизвикувајќи краток спој. Ова често се должи на жица да се биде премногу мек (неправилно легура или анелираатинг).
• Пукање на пети: Се формира пукнатина во основата на клин врска. Ова може да биде предизвикано од а жица тоа е премногу кршливо (ниско издолжување) или со прекумерна деформација во текот на врска.
• Бонд лифт: На врска не успева да се залепи. Иако често е проблем со параметрите, тоа може да биде предизвикано од контаминација на жица површина.
• Скршена жица во HAZ: Во а топка -врска, на жица крши веднаш над топка. Ова укажува на неправилно контролирана структура на зрната во жица's зона погодена од топлина.

Овие прашања нагласуваат зошто длабокото партнерство помеѓу производителот на уредот и жица добавувачот е толку важен. Често, решавање на комплекс врска проблемот бара заедничка анализа на двете врска процесот и на жицанаука за материјали. Ние често им помагаме на нашите клиенти кои ги користат нашите автоматски спојници за жица да се дијагностицираат и решат токму овие прашања.

Како правилниот избор на жица ја подобрува долгорочната доверливост на уредот?

Изборот на Wireица за врзување има длабоко влијание на долгорочно сигурност на ан Интегрирано коло. Почетната врска квалитетот е само почеток на приказната. На жица и нејзиниот врска мора да преживее години на работа во често сурови средини. Точниот избор на материјал е од клучно значење за спречување на дефекти кои се појавуваат само по илјадници часа термички циклус.

Како што споменавме, користејќи Алуминиумска жица на алуминиум влошките го елиминираат ризикот од кршливо злато-алуминиум интерметали. За Бакарна жица, користејќи а Паладиум облогата може да спречи оксидација и да обезбеди стабилност на врска. На тековната носивост на жица исто така мора да се разгледа. Користење на а жица со недоволна Дијаметар на жица бидејќи струјата што треба да ја носи ќе предизвика прегревање, забрзувајќи го стареењето и потенцијално доведувајќи до неуспех. Термичка експанзија коефициент на жица во однос на останатите материјали од пакувањето е уште еден фактор што мора да биде земени во предвид. Правото Wireица за врзување не е само компонента; тоа е основен елемент на дизајнираниот уред сигурност.