פתרונות

חיבור חוטים

דף מידע על מאגר הידע

מהי חיבור חוטים?

הדבקת חוטים היא השיטה שבה מחובר חוט מתכת רך בקוטר קטן למשטח מתכתי תואם ללא שימוש בהלחמה, שטף, ובמקרים מסוימים באמצעות חום מעל 150 מעלות צלזיוס. מתכות רכות כוללות זהב (Au), נחושת (Cu), כסף (Ag), אלומיניום (Al) וסגסוגות כגון פלדיום-כסף (PdAg) ואחרות.

הבנת טכניקות ותהליכי חיבור חוטים עבור יישומי הרכבה של מיקרו-אלקטרוניקה.
טכניקות/תהליכים להדבקת טריז: סרט, כדור תרמוסוני ודבקת טריז אולטרסאונד
חיבור חוטים הוא השיטה ליצירת חיבורים בין מעגל משולב (IC) או התקן מוליך למחצה דומה לבין המארז או מסגרת ההולכה שלו במהלך הייצור. הוא משמש כיום בדרך כלל גם כדי לספק חיבורים חשמליים במכלולי סוללות ליתיום-יון. חיבור חוטים נחשב בדרך כלל לטכנולוגיית החיבור המיקרו-אלקטרוניקה החסכונית והגמישה ביותר, והוא משמש ברוב מארזי המוליכים למחצה המיוצרים כיום. ישנן מספר טכניקות חיבור חוטים, הכוללות: חיבור חוטים תרמו-דחיסה:
חיבור חוטים תרמו-דחיסה (חיבור למשטחים אפשריים (בדרך כלל אלומיניום) יחד תחת כוח הידוק עם טמפרטורות ממשק גבוהות, בדרך כלל גבוהות מ-300 מעלות צלזיוס, ליצירת ריתוך), פותח בתחילה בשנות ה-50 עבור חיבורי מיקרואלקטרוניקה, אולם הוא הוחלף במהירות על ידי חיבור אולטרסוני ותרמוסוני בשנות ה-60 כטכנולוגיית החיבור הדומיננטית. חיבור תרמו-דחיסה עדיין בשימוש עבור יישומים נישה כיום, אך בדרך כלל נמנע מכך על ידי יצרנים עקב טמפרטורות הממשק הגבוהות (לעתים קרובות מזיקות) הנדרשות על מנת ליצור חיבור מוצלח. חיבור חוטי טריז אולטרסוני:
בשנות ה-60, חיבור חוטי טריז אולטרסאונד הפך לשיטת החיבור הדומיננטית. יישום של ויברציה בתדר גבוה (באמצעות מתמר מהדהד) על כלי ההדבקה עם כוח הידוק בו זמנית, אפשר לרתך חוטי אלומיניום וזהב בטמפרטורת החדר. ויברציה אולטרסאונד זו מסייעת בהסרת מזהמים (תחמוצות, זיהומים וכו') ממשטחי ההדבקה בתחילת מחזור ההדבקה, ובקידום צמיחה בין-מתכתית כדי לפתח ולחזק את הקשר. תדרים אופייניים להדבקה הם 60 - 120 קילו-הרץ. לטכניקת טריז אולטרסאונד שתי טכנולוגיות תהליך עיקריות: חיבור חוטים גדולים (כבדים) עבור חוטים בקוטר של מעל 100 מיקרומטר; חיבור חוטים דקים (קטנים) עבור חוטים בקוטר של פחות מ-75 מיקרומטר. דוגמאות למחזורי חיבור אולטרסאונד אופייניים ניתן למצוא כאן עבור חוטים דקים וכאן עבור חוטים גדולים. חיבור חוטי טריז אולטרסאונד משתמש בכלי חיבור או "טריז" ספציפי, שבדרך כלל עשוי מטונגסטן קרביד (עבור חוטי אלומיניום) או טיטניום קרביד (עבור חוטי זהב) בהתאם לדרישות התהליך וקוטר החוט; טריזים בעלי חוד קרמי ליישומים שונים זמינים גם כן. חיבור חוטים תרמוסוני:
במקרים בהם נדרש חימום נוסף (בדרך כלל עבור חוטי זהב, עם ממשקי הדבקה בטווח של 100 - 250 מעלות צלזיוס), התהליך נקרא הדבקת חוטים תרמוסונית. למערכת זו יתרונות גדולים על פני מערכת דחיסה תרמית מסורתית, מכיוון שנדרשות טמפרטורות ממשק נמוכות בהרבה (הדבקת זהב בטמפרטורת החדר הוזכרה, אך בפועל היא אינה אמינה ללא חימום נוסף). הדבקת כדורים תרמוסונית:
צורה נוספת של קשירת חוטים תרמוסונית היא קשירת כדורים (ראו את מחזור הקשירת הכדורים כאן). מתודולוגיה זו משתמשת בכלי קשירה נימי קרמי על פני עיצובים מסורתיים של טריז כדי לשלב את התכונות הטובות ביותר הן בקשירת תרמו-דחיסה והן בקשירת קולי ללא החסרונות. רטט תרמוסוני מבטיח שטמפרטורת הממשק תישאר נמוכה, בעוד שהחיבור הראשון, הקשר הכדורי הדחוס תרמית, מאפשר למקם את החוט והקשר המשני בכל כיוון, לא בקו אחד עם הקשר הראשון, וזהו אילוץ בקשירת חוטים אולטרסאונד. לייצור אוטומטי בנפח גבוה, קשירת כדורים מהירה משמעותית מקשירת אולטרסאונד/תרמוסוני (טריז), מה שהופך את קשירת הכדורים התרמוסונית לטכנולוגיית החיבור הדומיננטית במיקרואלקטרוניקה במשך 50+ השנים האחרונות. קשירת סרט:
חיבור סרטים, באמצעות סרטים מתכתיים שטוחים, היה דומיננטי באלקטרוניקה של RF ומיקרוגל במשך עשרות שנים (סרט מספק שיפור משמעותי באובדן אות [אפקט עור] לעומת חוט עגול מסורתי). סרטים זהובים קטנים, בדרך כלל ברוחב של עד 75 מיקרון ועובי של 25 מיקרון, מחוברים באמצעות תהליך תרמוסוני בעזרת כלי חיבור טריז גדול בעל פנים שטוחות. סרטי אלומיניום ברוחב של עד 2,000 מיקרון ועובי של 250 מיקרון ניתנים גם לחיבור באמצעות תהליך טריז אולטרסאונד, מכיוון שהדרישה לחיבורים בעלי לולאה נמוכה וצפיפות גבוהה גדלה.

מהו חוט קשירה זהב?

חיבור חוטי זהב הוא תהליך שבו חוט זהב מחובר לשתי נקודות במכלול כדי ליצור חיבור או נתיב מוליך חשמלית. חום, אולטרסאונד וכוח משמשים כולם ליצירת נקודות החיבור עבור חוט הזהב. תהליך יצירת נקודת החיבור מתחיל ביצירת כדור זהב בקצה כלי חיבור החוט, הקפילרי. כדור זה נלחץ על משטח המכלול המחומם תוך הפעלת כמות כוח ספציפית ליישום ותדר של 60kHz - 152kHz של תנועה אולטרסאונד עם הכלי. לאחר יצירת החיבור הראשון, החוט יטופל בצורה מבוקרת היטב כדי ליצור את צורת הלולאה המתאימה לגיאומטריה של המכלול. החיבור השני, המכונה לעתים קרובות תפר, נוצר לאחר מכן על המשטח השני על ידי לחיצה כלפי מטה עם החוט ושימוש במהדק לקריעת החוט בחיבור.

חיבור חוטי זהב מציע שיטת חיבור בתוך חבילות בעלת מוליכות חשמלית גבוהה, כמעט בסדר גודל גדול יותר מאשר חלק מהלחמות. בנוסף, לחוטי זהב יש סבילות גבוהה לחמצון בהשוואה לחומרי חוט אחרים והם רכים יותר מרובם, דבר חיוני למשטחים רגישים.
התהליך יכול להשתנות גם בהתאם לצורכי ההרכבה. עם חומרים רגישים, ניתן להניח כדור זהב על אזור ההדבקה השני כדי ליצור גם קשר חזק יותר וגם קשר "רך יותר" כדי למנוע נזק לפני השטח של הרכיב. במרווחים צרים, ניתן להשתמש בכדור יחיד כנקודת התחלה לשני קשרים, וליצור קשר בצורת "V". כאשר קשר חוט צריך להיות חזק יותר, ניתן להניח כדור על גבי תפר כדי ליצור קשר ביטחון, ובכך להגביר את היציבות והחוזק של החוט. היישומים והווריאציות הרבות והשונות של הדבקת חוטים הם כמעט בלתי מוגבלים וניתן להשיגם באמצעות שימוש בתוכנה האוטומטית במערכות הדבקת החוטים של Palomar.