Mwongozo wa Mwisho kwa dhamana ya waya: Jinsi waya ndogo ina nguvu ulimwengu wetu

Jina langu ni Kevin, na kama sehemu ya timu katika Teknolojia ya Elektroniki ya Dongxin, nimetumia miaka mirefu katika ulimwengu wa vifaa vidogo na vifaa vya hali ya juu. Nimekuwa na mazungumzo isitoshe na wahandisi wenye uangalifu kama Marcus huko Ujerumani, ambao wanadai usahihi kabisa. Wanajua kuwa moja, microscopic dhamana ya waya Inaweza kuwa tofauti kati ya sensor ya magari ya kukata na kushindwa kwa gharama kubwa ya uzalishaji. Nakala hii ni kwao na kwa mtu yeyote ambaye anataka kuelewa teknolojia ya ajabu ya waya dhamana. Tutachunguza yote Mchakato wa dhamana ya waya, kutoka kwa sayansi ya msingi hadi mashine ya hali ya juu ambayo inafanya iwezekane, kukupa ufahamu unaohitajika kusimamia hatua hii muhimu ya utengenezaji.

Je! Ni nini mchakato wa kushikamana waya katika microelectronics?

Kwa msingi wake, Kuunganisha waya ni mchakato ya kuunda viunganisho vidogo vya umeme kwa kutumia faini sana waya. Fikiria chip tata ya kompyuta, a semicondukta Kifaa sio kubwa kuliko kidole chako. Chip hii inahitaji kuwasiliana na ulimwengu wa nje. Waya Kuunganisha ni daraja ambalo hufanya mawasiliano haya kutokea. Inaunganisha mizunguko ya microscopic kwenye chip (kwenye eneo linaloitwa a pedi ya dhamana) kwa vituo vikubwa vya umeme kwenye a substrate au LEADFRAME. Utaratibu huu ndio njia inayotumika sana kwa unganisho katika Sekta ya Semiconductor.

Mchakato yenyewe ni maajabu ya uhandisi. Mashine maalum hutumia mchanganyiko wa nguvu, joto, na wakati mwingine Ultrasonic nishati kuunda hali ngumu weld kati ya waya na pedi ya dhamana. Hii sio kama uuzaji wa jadi; Hakuna nyenzo za vichungi. Badala yake, atomi za waya na pedi huletwa karibu sana hivi kwamba wanaunda nguvu, ya kudumu Metallurgical dhamana. Hii inaunda unganisho la umeme la kuaminika na la mitambo ambalo linaweza kuhimili hali ngumu ndani ya kifaa cha elektroniki.

Fikiria kama weusi wa microscopic. A Chombo cha dhamana mahali pa kweli na mashinisho a waya nyembamba na a kipenyo mara nyingi hupimwa katika microns (milioni ya mita). Lengo ni kuunda njia isiyo na mshono ya umeme kutiririka. Kila smartphone, gari, na kompyuta hutegemea mabilioni ya miunganisho hii kamili, ndogo. Uadilifu wa kila mmoja dhamana ya waya ni muhimu kwa kazi ya Vipengele vya elektroniki wanaunganisha.

Je! Kwa nini dhamana ya waya ni muhimu sana kwa utengenezaji wa kifaa cha semiconductor?

Umuhimu wa dhamana ya waya katika Utengenezaji wa kifaa cha semiconductor haiwezi kuzidiwa. Ni hatua ya mwisho, muhimu katika kutengeneza mzunguko uliojumuishwa (Ic) kazi. Baada ya masaa isitoshe na mamilioni ya dola hutumika kubuni na kupanga tata Silicon Wafer, ni mnyenyekevu waya Hiyo inaleta maishani. Bila njia ya kuaminika ya unganisho, yenye nguvu zaidi Ic sio kitu zaidi ya kipande kisicho na maana Silicon.

Ubora wa hali ya juu dhamana ya waya Inahakikisha vitu viwili: bora Utaratibu wa umeme na nguvu ya mitambo. mali ya umeme ni muhimu kwa utendaji. Upinzani wowote au kutokubaliana katika weld Inaweza kudhoofisha ishara, kutoa joto lisilohitajika, au kusababisha kifaa kutofaulu. Hii ni kweli hasa katika matumizi ya mzunguko wa juu ambapo uadilifu wa ishara ndio kila kitu. dhamana kati ya waya na pedi lazima iwe na upinzani wa chini kabisa ili kuhakikisha nguvu bora na usambazaji wa data.

Kwa kuongezea, miunganisho hii lazima iwe ya kudumu sana. Lazima waishi baiskeli ya mafuta (kupanua na kuambukizwa na joto), vibration, na mshtuko wa mwili juu ya maisha ya bidhaa. Darasa la magari semicondukta, kwa mfano, lazima ifanye kazi kwa usawa kwa miaka chini ya kofia ya gari, ikivumilia joto kali na kutetemeka mara kwa mara. Dhaifu dhamana ya waya ingevunjika, na kusababisha kushindwa kwa kifaa. Hii ndio sababu wahandisi wa michakato huzingatia sana kufikia kamili, bila utupu weld kila wakati mmoja. Ni msingi wa kuegemea kwa umeme wote wa kisasa.

Je! Ni aina gani kuu za dhamana ya waya? Kuangalia Mpira dhidi ya Wedge Bonding

Kuna njia mbili za msingi zinazotumiwa katika tasnia: dhamana ya mpiraing na Bond ya kabariing. Wakati wote wawili wanafanikisha lengo moja la kuunda a waya Uunganisho, hufanya hivyo kwa njia tofauti na zinafaa kwa matumizi tofauti. Kuelewa tofauti zao ni ufunguo wa kuongeza laini yoyote ya uzalishaji.

Kuunganisha Mpira:
Hii ndio njia ya kawaida na ya haraka sana, kawaida kutumia dhahabu au waya wa shaba. Mchakato huanza kwa kuyeyuka mwisho wa waya na cheche ya umeme, ambayo huunda mpira mdogo kwa sababu ya mvutano wa uso. Mpira huu unasisitizwa kwenye pedi ya dhamana Kutumia mchanganyiko wa joto na shinikizo, na mara nyingi Nishati ya Ultrasonic, katika mchakato unaoitwa Kuunganisha kwa thermosonic. Hii inaunda dhamana ya kwanza. Mashine kisha inaelekeza waya kwa hatua ya pili ya unganisho na huunda kama kushona dhamana ya pili kabla ya kubomoa waya mbali kuanza tena.

• Manufaa: Kasi ya juu, uwezo wa kushikamana katika mwelekeo wowote kutoka kwa hatua ya kwanza.
• Hasara: Inahitaji nafasi zaidi kwenye chip kwa sababu ya sura ya mpira, joto la juu linaweza kuwa suala la vifaa nyeti.

Uunganishaji wa kabari:
Bond ya kabariing, au Wedge waya Bonding, hutumia a Chombo cha umbo la wedge badala ya a kapilari. Waya imeshinikizwa gorofa dhidi ya pedi ya dhamana, na Nishati ya Ultrasonic inatumika kuunda msuguano weld. Hii inaunda dhamana safi, kama-kushona. Mchakato unarudiwa kwa dhamana ya pili. Njia hii mara nyingi hutumiwa na waya wa alumini, haswa katika matumizi ya nguvu ya juu, lakini pia inaweza kutumika kwa dhahabu waya na Ribbon.

• Manufaa: Inaunda dhamana ndogo, ya chini-chini, bora kwa matumizi laini (iliyowekwa kwa karibu). Kwa ujumla inahitaji joto kidogo, na kuifanya iwe sawa kwa vifaa nyeti vya joto.
• Hasara: Kawaida polepole kuliko kushikamana na mpira, na mwelekeo wa dhamana ni mdogo na mwelekeo wa kabari chombo.

Katika dongxin, tuna utaalam katika kuunda zana za usahihi wa michakato yote miwili, kutoka kwa capillaries kwa dhamana ya mpiraers kwa nguvu kabari Vyombo vinavyohitajika kwa dhamana nzito ya alumini. Uchaguzi kati ya dhamana ya mpira na Bond ya kabari mara nyingi huja chini ya mahitaji maalum ya kifaa -gharama, wiani, nguvu, na aina ya waya wa dhamana kutumika.

Je! Mashine ya kisasa ya waya ya moja kwa moja inafanya kazi?

Ya kisasa waya moja kwa moja Bonder ni kito cha mifumo ya roboti na mifumo ya kudhibiti. Imeundwa kufanya maelfu ya vifungo kwa saa na usahihi mdogo wa micron. Msingi wa mashine ni mfumo wa kisasa wa kudhibiti mwendo ambao unasonga kichwa cha dhamana juu ya semicondukta kifaa. Kichwa hiki cha dhamana kinashikilia Chombo cha dhamana (ama capillary ya dhamana ya mpiraing au a kabari kwa Bond ya kabariing) na spool ya waya wa dhamana.

Mchakato huanza wakati Ic au substrate imejaa kwenye mashine. Mfumo wa maono wenye nguvu huainisha maeneo halisi ya pedi za dhamana na sehemu zinazolingana kwenye LEADFRAME au PCB. Programu ya mashine basi huhesabu njia bora kwa kila mmoja waya. Kwa kila mmoja dhamana ya waya, mashine hufanya mlolongo sahihi:

1. Nafasi: Kichwa cha dhamana husogeza chombo moja kwa moja juu ya dhamana ya kwanza tovuti.
2. Kuunganisha: Chombo kinapungua, na mashine hutumika mchanganyiko uliopangwa wa nguvu, joto, na/au Nishati ya Ultrasonic kuunda weld.
3. Kuruka: Mashine huinua zana na inalipa nje waya, kutengeneza sura maalum ya kitanzi kudhibiti urefu na kuzuia kufupisha.
4. Kuunganisha pili: Kichwa kinahamia kwenye tovuti ya pili, na dhamana ya pili imetengenezwa.
5. Kukomesha: The waya imevunjwa na a bana na mwendo wa kubomoa, kuandaa mashine kwa ijayo dhamana ya waya.

Mzunguko huu wote hufanyika katika milliseconds. mashine ya kulehemu Wachunguzi wa kila wakati sababu kama nguvu ya dhamana na Ultrasonic Nguvu ya kuhakikisha kila muunganisho hufikia viwango vikali vya ubora. Mashine hizi, kama zetu WS9820 otomatiki alumini ya waya wa moja kwa moja, ni injini za kisasa Microelectronics mkutano, kuwezesha uzalishaji wa wingi Vipengele vya elektroniki.

Je! Ni aina gani za kawaida za waya zinazotumiwa kwa dhamana?

Uchaguzi wa waya wa dhamana ni uamuzi muhimu kulingana na gharama, utendaji, na mahitaji ya matumizi. Kila nyenzo ina mali ya kipekee ambayo hufanya iwe inafaa kwa hali tofauti. Kuu tatu Aina za waya Inatumika leo ni dhahabu, shaba, na alumini.

Waya wa dhahabu: Kwa miongo kadhaa, dhahabu ilikuwa kiwango cha Kuunganisha waya kwa sababu ya kuegemea kwake bora. Haifanyi hivyo oksidiize, na kuifanya iwe rahisi kuunda a Kuunganisha vizuri muunganisho. Upole wake huruhusu waya wa dhahabu kwa nguvu za chini, kupunguza mkazo kwa dhaifu Silicon chip. Walakini, ya juu gharama ya dhahabu imeendesha wazalishaji wengi kutafuta njia mbadala.

Waya wa shaba: Waya wa shaba imekuwa mbadala maarufu. Yake Utaratibu wa umeme ni kubwa zaidi kuliko ya dhahabu, na ni bei rahisi sana. Walakini, shaba ni ngumu na inakabiliwa na uoksidishaji, ambayo hufanya dhamana inahitaji Mazingira yanayodhibitiwa zaidi (mara nyingi hutumia ngao ya gesi ya inert) na vigezo vya mchakato zaidi ili kuzuia uharibifu wa pedi ya dhamana.

Waya wa aluminium: Waya wa alumini ni kawaida sana katika Bond ya kabariing, haswa kwa vifaa vya nguvu ambapo kubwa kipenyo Waya zinahitajika kubeba mikondo ya juu. Ni aina ya nguvu sana ya metali weld Na pedi za dhamana ya aluminium kwenye chip, epuka malezi ya brittle Dhahabu-aluminium Intermetallics (inayojulikana kama "Pingu ya Zambarau") ambayo inaweza kusababisha kushindwa kwa dhamana kwa wakati. Tunasambaza anuwai ya waya safi ya alumini Imeundwa mahsusi kwa programu hizi zinazohitajika.

Je! Unaweza kuelezea sayansi nyuma ya weld ya ultrasonic?

An Ultrasonic weld ni mchakato wa kuvutia ambao unajiunga na mbili Nyuso za chuma bila kuyeyuka. Ni aina ya kulehemu kwa hali ngumu, ambayo ni ya msingi kwa Ultrasonic Wire Bonding. Uchawi hufanyika wakati viboreshaji vya frequency ya juu huletwa kwa interface ya dhamana chini ya shinikizo.

Hivi ndivyo inavyofanya kazi: a Mashine ya dhamana ya waya Inatumia transducer kutengeneza frequency ya juu Vibrations ya acoustic, kawaida katika anuwai ya 20-120 kHz. Hii Nishati ya Vibration huhamishwa kupitia Chombo cha dhamana kwa waya. Waya imeshinikizwa dhidi ya pedi ya dhamana, na mwendo wa haraka, wa kusugua wa Nishati ya Ultrasonic Inatimiza mambo kadhaa:

1. Inasafisha uso: Vibrations huvunja na kutawanya uchafu wa uso na nyembamba oksidi Tabaka juu ya waya na pedi ya dhamana. Hii inafichua chuma safi, safi, ambayo ni muhimu kwa tengeneza dhamana.
2. Inapunguza chuma: Msuguano mkubwa hutoa joto la ndani, na kusababisha plastiki deformation kwenye chuma kwenye interface. Unyenyekevu huu unaruhusu nyuso mbili kuendana na kila mmoja kwa karibu.
3. Inakuza utengamano wa atomiki: Na nyuso zilizosafishwa na kushinikizwa pamoja, atomi kutoka kwa waya na pedi inaweza kutengana kwa mpaka, na kuunda kweli Metallurgical dhamana.

Nzima Kuunganisha kwa Ultrasonic Mchakato huchukua millisecond chache tu. Kwa kutumia shinikizo na ultrasonic vibration badala ya kuyeyuka kwa wingi, huepuka shida zinazohusiana na joto kali, na kuifanya iwe kamili kwa maridadi Vipengele vya elektroniki. Mchanganyiko huu wa joto na nishati ya ultrasonic ndio msingi wa kisasa Kuunganisha kwa thermosonic.

Je! Ni mambo gani yanayoathiri ubora wa dhamana ya waya?

Kufikia kamili dhamana ya waya Mara kwa mara mamilioni ya miunganisho ni changamoto ngumu. Kama mhandisi, unajua kuwa ubora umedhamiriwa na usawa dhaifu wa anuwai nyingi. Kupotoka kidogo kwa yeyote kati yao kunaweza kusababisha kifungo dhaifu au kilichoshindwa.

Vitu muhimu vya ubora:

• Usafi wa nyenzo: Ubora wa waya wa dhamana na usafi wa pedi ya dhamana ni msingi. Uchafu wowote au uchafu wowote unaweza kuzuia malezi ya nguvu weld. Hii ni pamoja na upangaji wa chuma kwenye substrate.
• Viwango vya Kuunganisha: Hizi ni mipangilio ya mashine ambayo mhandisi lazima aboresha. Ni pamoja na:
  • Nguvu: Zana ngumu inashinikiza waya. Nguvu kidogo sana husababisha kifungo dhaifu; Sana inaweza kuharibu chip.
  • Nguvu ya Ultrasonic: Kiasi cha Nishati ya Ultrasonic kutumika. Hii inahitaji kusambazwa kikamilifu ili kusafisha uso bila kusababisha vijiti vidogo.
  • Wakati: Muda ambao nguvu na nishati hutumika.
  • TEMBESS: Joto linalotumika kwa substrate, ambayo husaidia kulainisha vifaa.
• Hali ya Chombo: The Chombo cha dhamana-The kabari Au capillary - ni sehemu inayoweza kutumiwa ambayo huvaa kwa wakati. Chombo kilichovaliwa au kilichochafuliwa kitatoa vifungo visivyo sawa. Tumejionea mwenyewe jinsi zana ya hali ya juu, ya muda mrefu, kama kawaida yetu Matumizi ya Mashine ya Kuunganisha, inaweza kuboresha sana mavuno na kupunguza wakati wa kupumzika mistari ya uzalishaji.
• Jiometri ya kitanzi: Sura ya waya Kitanzi pia ni muhimu. Urefu usio sahihi wa kitanzi unaweza kusababisha mizunguko fupi na waya zingine au kuhusika na uharibifu wakati wa hatua za utengenezaji za baadaye kama encapsulation ya ukungu.

Kujua mambo haya inahitaji maarifa ya mchakato wa kina, vifaa vya hali ya juu, na nguvu mashine ya kulehemu. Ni mchakato unaoendelea wa kuangalia, kupima, na kusafisha.

Je! Kulehemu kwa laser kulinganisha na dhamana ya waya wa jadi?

Wakati Kuunganisha waya ni teknolojia kubwa ya kiwango cha chip unganisho, Kulehemu kwa laser inajitokeza kama njia mbadala ya nguvu kwa aina tofauti za miunganisho katika mkutano wa umeme, haswa kwa vifaa vikubwa kama tabo za betri na mabasi.

Kulehemu kwa laser hutumia boriti iliyolenga sana ya taa kuyeyuka na fuse Metal anuwai sehemu pamoja. Tofauti na hali ngumu weld ya Kuunganisha kwa Ultrasonic, Kulehemu kwa laser huunda fusion weld kwa kuyeyusha nyenzo.

Ulinganisho:

Kuunganisha waya bora katika kuunda maelfu ya viunganisho vidogo, sahihi kwenye maridadi semicondukta kufa. Uingizaji wa chini wa joto huzuia uharibifu kwa mzunguko nyeti. Kulehemu kwa laser, kwa upande mwingine, ni bora kwa kuunda welds zenye nguvu, za kimuundo kwenye sehemu kubwa ambapo joto la juu linakubalika. Haungetumia Kulehemu kwa laser Ili kuunganisha 25-micron waya kwa Ic, lakini ni kamili kwa kulehemu tabo nene ya shaba kwa terminal ya betri. Ni teknolojia za ziada ambazo zinasuluhisha changamoto tofauti katika ulimwengu mpana wa utengenezaji wa umeme.

Je! Ni changamoto gani muhimu katika mchakato wa dhamana ya waya leo?

The Mchakato wa dhamana ya waya ni kukomaa, lakini inasukuma kila wakati kwa mipaka yake na kasi ya uvumbuzi katika tasnia ya umeme. Wahandisi wanakabiliwa na changamoto kubwa kadhaa ambazo zinahitaji suluhisho mpya na vifaa bora.

Moja ya shida kubwa ni miniaturization. Kadiri chips zinakuwa na nguvu zaidi, zinahitaji miunganisho zaidi na zaidi ya I/O katika nafasi ndogo. Hii inasababisha dhamana ya kiwango cha juu, ambapo pedi za dhamana huwekwa karibu sana. Hii inahitaji usahihi wa kipekee kutoka kwa Mashine ya dhamana ya waya na ndogo, sahihi zaidi matumizi ya dhamana Maalum Chombo cha umbo la wedge. Ubaya wowote mdogo unaweza kusababisha mzunguko mfupi.

Changamoto nyingine ni kuongezeka kwa vifaa vipya na miundo ngumu ya kifaa. Kwa mfano, kushikamana na aina mpya za substrates au kushughulika na vifurushi vya kufa-die (3D-ICS) huanzisha vigezo vipya. mgawo ya Upanuzi wa mafuta Mismatch kati ya vifaa tofauti inaweza kuweka mafadhaiko kwenye dhamana ya waya Wakati wa operesheni, na kusababisha maswala ya kuegemea. Kwa kuongezea, mabadiliko ya waya wa shaba Ili kuokoa gharama ilianzisha changamoto zinazohusiana na uoksidishaji na ugumu, zinahitaji udhibiti mkali wa mchakato.

Mwishowe, kwa umeme wa umeme, kama wale walio kwenye magari ya umeme na Mashine za dhamana ya IGBT, Changamoto ni tofauti. Hapa, nzito kipenyo aluminium waya au ribbons hutumiwa kushughulikia mikondo ya juu. Ugumu uko katika kutoa vya kutosha Ultrasonic nguvu ya kuunda nguvu weld bila kuharibu kifaa kikubwa, cha gharama kubwa. Hapa ndipo ubora wa zana za dhamana na nguvu ya mashine ya kulehemu hujaribu kweli.

Je! Unachaguaje waya sahihi wa dhamana na zana za programu yako?

Kuchagua sahihi waya wa dhamana Na zana sio uamuzi wa ununuzi tu; Ni chaguo muhimu la uhandisi ambalo linaathiri moja kwa moja mavuno, kuegemea, na gharama. Kwa mhandisi wa mchakato, uamuzi huu unahitaji njia ya kimfumo ambayo inazingatia mahitaji ya kipekee ya kifaa.

Kwanza, kuchambua maombi. Je! Ni kifaa cha nguvu ya juu ambacho kinahitaji kubwa kipenyo waya wa alumini kusimamia sasa? Au ni dijiti ya kiwango cha juu Ic Hiyo inahitaji dhahabu ya mwisho au waya wa shaba Kwa dhamana nzuri? Uchaguzi wa waya Nyenzo -dhahabu, shaba, au aluminium - ndio mahali pa kuanzia. Uamuzi huu utasababishwa na malengo ya gharama (shaba dhidi ya dhahabu), mahitaji ya kuegemea (upinzani wa dhahabu kwa kutu), na metallization ya pedi ya dhamana (Aluminium waya kwenye pedi za aluminium kuzuia Dhahabu-aluminium intermetali).

Mara moja waya hutumiwa, hatua inayofuata ni kuchagua Chombo cha dhamana. Jiometri ya kabari au capillary lazima ifanane na kipenyo cha waya na vipimo vya pedi ya dhamana kikamilifu. Chombo kilicho na vipimo vibaya vinaweza kusababisha malezi duni ya dhamana, uharibifu wa waya, au matokeo yasiyolingana. Kwa mfano, a Bond ya kabari Katika nafasi ngumu inaweza kuhitaji zana iliyo na wasifu nyembamba sana. Nyenzo ya chombo yenyewe - kama tungsten carbide au titanium - pia ni muhimu kwa maisha yake na utendaji. Kuwekeza katika zana za hali ya juu kutoka kwa mtengenezaji maalum inahakikisha uthabiti wa zana-kwa-zana, ambayo ni wasiwasi muhimu kwa wahandisi ambao hawawezi kuvumilia tofauti za mchakato. Mchanganyiko sahihi wa waya anuwai Aina na zana za usahihi ni formula ya kufanikiwa na kurudiwa Kuunganisha waya operesheni.

Njia muhimu za kuchukua

• Kuunganisha waya ni ya msingi: Ni njia ya msingi ya kuunda miunganisho ya umeme ambayo hufanya vifaa vya semiconductor kufanya kazi.
• Aina mbili kuu zipo: Kuunganisha mpira ni ya haraka na yenye nguvu, wakati Wedge Bonding ni sahihi na bora kwa matumizi mazuri au ya chini.
• Ni sayansi ya usahihi: Mchakato hutegemea matumizi yaliyodhibitiwa ya nguvu, joto, na Ultrasonic nishati kuunda hali yenye nguvu, thabiti weld.
• Chaguo la nyenzo ni muhimu: Uteuzi wa dhahabu, shaba, au alumini waya Inategemea biashara kati ya gharama, utendaji, na mahitaji ya kuegemea.
• Ubora unategemea mambo mengi: Kufikia kamili dhamana ya waya Inahitaji vifaa vya usafi wa hali ya juu, vigezo vya mashine vilivyoboreshwa, na ubora wa juu, wa kudumu zana za dhamana.
• Teknolojia bado inajitokeza: Miniaturization, vifaa vipya, na matumizi ya nguvu ya juu yanaendelea kushinikiza mipaka ya kile Mchakato wa dhamana ya waya inaweza kufikia.