Rješenja

SPAJANJE ŽICA

INFORMATIVNI LIST BAZE ZNANJA

Što je spajanje žica?

Spajanje žicom je metoda kojom se komad meke metalne žice malog promjera pričvršćuje na kompatibilnu metalnu površinu bez upotrebe lema, fluksa, a u nekim slučajevima i uz upotrebu topline iznad 150 stupnjeva Celzija. Meki metali uključuju zlato (Au), bakar (Cu), srebro (Ag), aluminij (Al) i legure poput paladija i srebra (PdAg) i drugih.

Razumijevanje tehnika i procesa spajanja žica za primjene u montaži mikroelektronike.
Tehnike/procesi klinastog lijepljenja: vrpca, termosonična kugla i ultrazvučno klinasto lijepljenje
Žičano spajanje je metoda stvaranja međusobnih veza između integriranog kruga (IC) ili sličnog poluvodičkog uređaja i njegovog kućišta ili okvira za izvode tijekom proizvodnje. Također se često koristi za osiguravanje električnih veza u sklopovima litij-ionskih baterija. Žičano spajanje općenito se smatra najisplativijom i najfleksibilnijom od dostupnih mikroelektroničkih tehnologija međusobnog spajanja i koristi se u većini poluvodičkih kućišta koja se danas proizvode. Postoji nekoliko tehnika žičanog spajanja, uključujući: Termo-kompresijsko žičano spajanje:
Termokompresijsko spajanje žica (spajanje vjerojatnih površina (obično Au) pod steznom silom s visokim temperaturama međupovršine, obično višim od 300 °C, za stvaranje zavara) izvorno je razvijeno 1950-ih za mikroelektroničke međuspojeve, no to je brzo zamijenjeno ultrazvučnim i termosoničnim spajanjem 60-ih godina kao dominantna tehnologija međuspoja. Termokompresijsko spajanje i danas se koristi za nišne primjene, ali ga proizvođači općenito izbjegavaju zbog visokih (često štetnih) temperatura međupovršine potrebnih za uspješno spajanje. Ultrazvučno spajanje klinastim spojem:
U 1960-ima ultrazvučno spajanje žica klinovima postalo je dominantna metodologija međusobnog spajanja. Primjena visokofrekventnih vibracija (putem rezonantnog pretvornika) na alat za spajanje uz istovremeno djelovanje sile stezanja omogućila je zavarivanje aluminijskih i zlatnih žica na sobnoj temperaturi. Ove ultrazvučne vibracije pomažu u uklanjanju onečišćujućih tvari (oksida, nečistoća itd.) s površina za spajanje na početku ciklusa spajanja i u poticanju rasta intermetalika kako bi se dalje razvila i ojačala veza. Tipične frekvencije za spajanje su 60 – 120 KHz. Tehnika ultrazvučnog klina ima dvije glavne procesne tehnologije: Spajanje velikih (teških) žica za žice promjera >100 µm Sakupljanje finih (malih) žica za žice promjera <75 µm Primjeri tipičnih ultrazvučnih ciklusa spajanja mogu se pronaći ovdje za tanku žicu i ovdje za veliku žicu. Ultrazvučno spajanje žica klinovima koristi specifičan alat za spajanje ili "klin", obično izrađen od volframovog karbida (za aluminijsku žicu) ili titanijevog karbida (za zlatnu žicu) ovisno o zahtjevima procesa i promjerima žica; Dostupni su i keramički klinovi za različite primjene. Termozvučno spajanje žica:
Tamo gdje je potrebno dodatno zagrijavanje (obično za zlatnu žicu, s temperaturama spajanja u rasponu od 100 – 250 °C), postupak se naziva termosonično spajanje žicom. To ima velike prednosti u odnosu na tradicionalni termokompresijski sustav, jer su potrebne znatno niže temperature spajanja (spomenuto je spajanje Au na sobnoj temperaturi, ali u praksi je nepouzdano bez dodatnog zagrijavanja). Termosonično spajanje kuglica:
Drugi oblik termosoničnog spajanja žica je kuglično spajanje (pogledajte ciklus kugličnog spajanja ovdje). Ova metodologija koristi keramički kapilarni alat za spajanje umjesto tradicionalnih klinastih dizajna kako bi kombinirala najbolje kvalitete termokompresijskog i ultrazvučnog spajanja bez nedostataka. Termosonične vibracije osiguravaju da temperatura međupovršine ostane niska, dok prvi međuspoj, termički komprimirana kuglična veza, omogućuje postavljanje žice i sekundarne veze u bilo kojem smjeru, ne u liniji s prvim spojem, što je ograničenje kod ultrazvučnog spajanja žica. Za automatsku proizvodnju velikih količina, uređaji za kuglično spajanje znatno su brži od ultrazvučnih/termosoničnih (klinastih) uređaja za spajanje, što termosonično kuglično spajanje čini dominantnom tehnologijom međusobnog spajanja u mikroelektronici u posljednjih 50+ godina. Trakasto spajanje:
Spajanje vrpci, korištenjem ravnih metalnih traka, dominantno je u RF i mikrovalnoj elektronici desetljećima (vrpce pružaju značajno poboljšanje gubitka signala [skin efekt] u usporedbi s tradicionalnom okruglom žicom). Male zlatne vrpce, obično širine do 75 µm i debljine 25 µm, spajaju se termosoničnim postupkom s velikim alatom za spajanje s ravnim klinom. Aluminijske vrpce širine do 2000 µm i debljine 250 µm također se mogu spajati ultrazvučnim klinom, jer se povećala potreba za međusobnim spojevima s nižom petljom i visokom gustoćom.

Što je zlatna vezna žica?

Spajanje zlatnom žicom je postupak kojim se zlatna žica pričvršćuje na dvije točke u sklopu kako bi se formirala međusobna veza ili električno vodljivi put. Za stvaranje točaka spajanja zlatne žice koriste se toplina, ultrazvuk i sila. Postupak stvaranja točke spajanja započinje formiranjem zlatne kuglice na vrhu alata za spajanje žicom, kapilare. Ova kuglica se pritišće na zagrijanu površinu sklopa primjenjujući i određenu količinu sile i ultrazvučno kretanje frekvencijom od 60 kHz - 152 kHz alatom. Nakon što je prva veza napravljena, žica će se manipulirati na strogo kontroliran način kako bi se formirao odgovarajući oblik petlje za geometriju sklopa. Druga veza, često nazivana šavom, zatim se formira na drugoj površini pritiskom žicom i korištenjem stezaljke za kidanje žice na spoju.

Spajanje zlatnim žicama nudi metodu međusobnog povezivanja unutar paketa koja je visoko električno vodljiva, gotovo red veličine veća od nekih lemova. Osim toga, zlatne žice imaju visoku toleranciju na oksidaciju u usporedbi s drugim žičanim materijalima i mekše su od većine, što je bitno za osjetljive površine.
Postupak se također može razlikovati ovisno o potrebama sastavljanja. Kod osjetljivih materijala, zlatna kuglica može se postaviti na drugo područje lijepljenja kako bi se stvorila i jača i „mekša“ veza kako bi se spriječilo oštećenje površine komponente. U uskim prostorima, jedna kuglica može se koristiti kao početna točka za dvije veze, formirajući vezu u obliku slova „V“. Kada žičana veza treba biti robusnija, kuglica se može postaviti na vrh šava kako bi se formirala sigurnosna veza, povećavajući stabilnost i čvrstoću žice. Brojne različite primjene i varijacije žičanog lijepljenja gotovo su neograničene i mogu se postići korištenjem automatiziranog softvera na Palomarovim sustavima za žičano lijepljenje.