פתרונות

הדבקת חוטים

דף מידע על בסיס ידע

מהו Wire Bonding?

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

הבנת טכניקות ותהליכים של חיבור תיל עבור יישומי הרכבת מיקרו אלקטרוניקה.
טכניקות / תהליכים של הדבקת טריז: סרט, כדור תרמוסוני וחיבור טריז אולטראסוני
חיבור חוט הוא השיטה ליצירת חיבורים בין מעגל משולב (IC) או התקן מוליכים למחצה דומה לבין החבילה או ה-Leadframe שלו במהלך הייצור.הוא גם נפוץ כיום כדי לספק חיבורים חשמליים במכלולי סוללות ליתיום-יון. חיבור חוטים נחשב בדרך כלל לחסכוני והגמיש ביותר מבין טכנולוגיות החיבור המיקרו-אלקטרוניות הזמינות, והוא משמש ברוב חבילות המוליכים למחצה המיוצרות כיום. הן מספר טכניקות הדבקת חוטים, הכוללות: הדבקת חוט תרמו-דחיסה:
הצמדת חוט תרמו-דחיסה (השילוב למשטחים סבירים (בדרך כלל Au) יחדיו תחת כוח הידוק עם טמפרטורות ממשק גבוהות, בדרך כלל מעל 300 מעלות צלזיוס, כדי לייצר ריתוך), פותחה בתחילה בשנות ה-50 עבור חיבורי מיקרו-אלקטרוניקה, אולם זה היה הוחלפה במהירות בחיבור Ultrasonic & Thermosonic בשנות ה-60 כטכנולוגיית החיבורים הדומיננטית.הדבקה תרמו-דחיסה עדיין בשימוש עבור יישומי נישה כיום, אך בדרך כלל נמנעת על ידי יצרנים בגלל טמפרטורות הממשק הגבוהות (לעתים מזיקות) הדרושות על מנת ליצור קשר מוצלח. הדבקת חוט טריז אולטראסאונד:
בשנות ה-60 של המאה ה-20, חיבור חוטי טריז אולטראסוני הפך למתודולוגיית החיבורים הדומיננטית.יישום של רטט בתדר גבוה (באמצעות מתמר מהדהד) על כלי ההדבקה עם כוח הידוק בו-זמני, איפשר ריתוך חוטי אלומיניום וזהב בטמפרטורת החדר.רטט אולטראסוני זה מסייע בהסרת מזהמים (תחמוצות, זיהומים וכו') ממשטחי ההתקשרות בתחילת מחזור ההתקשרות, ובקידום צמיחה בין-מתכתית להמשך פיתוח וחיזוק הקשר.תדרים אופייניים לחיבור הם 60 - 120 KHz. לטכניקת טריז האולטרסאונד יש שתי טכנולוגיות תהליך עיקריות: חיבור חוטים גדולים (כבדים) עבור חוטים קוטר מעל 100 מיקרומטר חיבור חוטים עדין (קטן) לחוטים בקוטר <75 מיקרומטר ניתן למצוא דוגמאות למחזורי הדבקה אולטראסוניים טיפוסיים כאן עבור חוט עדין וכאן עבור חוט גדול. הדבקת חוט טריז אולטרה-סונית משתמשת בכלי מליטה או "טריז" ספציפי, שנבנה בדרך כלל מ-Tungsten Carbide (עבור חוט אלומיניום) או טיטניום קרביד (עבור חוט זהב) בהתאם לדרישות התהליך וקוטרי החוטים;טריזים עם קצה קרמי עבור יישומים שונים זמינים גם.
כאשר נדרש חימום משלים (בדרך כלל עבור חוטי זהב, עם ממשקי התקשרות בטווח של 100 - 250 מעלות צלזיוס), התהליך נקרא Thermosonic wire bonding.יש לכך יתרונות גדולים על פני מערכת הדחיסה התרמית המסורתית, שכן נדרשות טמפרטורות ממשק נמוכות בהרבה (התקשרות Au בטמפרטורת החדר הוזכרה אך בפועל היא לא אמינה ללא חום נוסף). Thermosonic Ball Bonding:
צורה נוספת של חיבור תיל תרמוסוני היא כדור חיבור (ראה את מחזור חיבור הכדור כאן).מתודולוגיה זו משתמשת בכלי הדבקה נימי קרמי על פני עיצובי הטריז המסורתיים כדי לשלב את האיכויות הטובות ביותר הן בהדבקה תרמו-דחיסה והן בהדבקה על-קולית ללא החסרונות.רטט תרמוסוני מבטיח שטמפרטורת הממשק נשארת נמוכה, בעוד שהחיבור הראשון, הקשר הכדורי הדחוס תרמית מאפשר למקם את החוט והקשר המשני בכל כיוון, לא בקו אחד עם הקשר הראשון, המהווה אילוץ בחיבור חוט אולטראסוני .לייצור אוטומטי בנפח גבוה, חיבורי כדור מהירים במידה ניכרת מחיבורי כדורים אולטראסוניים / תרמוסוניים (טריז), מה שהופך את חיבור הכדור התרמוסוני לטכנולוגיית החיבורים הדומיננטית במיקרו-אלקטרוניקה במשך 50+ השנים האחרונות. חיבור סרט:
הדבקת סרט, תוך שימוש בסרטים מתכתיים שטוחים, הייתה דומיננטית באלקטרוניקה RF ומיקרוגל במשך עשרות שנים (סרט מספק שיפור משמעותי באובדן האות [אפקט העור] לעומת חוט עגול מסורתי).סרטי זהב קטנים, בדרך כלל ברוחב של עד 75 מיקרומטר ובעובי של 25 מיקרומטר, מחוברים באמצעות תהליך תרמוסוני עם כלי הדבקת טריז שטוח גדול. סרטי אלומיניום ברוחב של עד 2,000 מיקרומטר ועובי 250 מיקרומטר יכולים להיות מחוברים גם בתהליך טריז אולטראסוני, כמו הדרישה לחיבורי לולאה נמוכה יותר בצפיפות גבוהה גדלה.

מהו חוט מקשר זהב?

חיבור חוטי זהב הוא התהליך שבו חוט זהב מחובר לשתי נקודות במכלול כדי ליצור חיבור או נתיב מוליך חשמלי.חום, אולטרסאונד וכוח משמשים כולם כדי ליצור את נקודות ההתקשרות לחוט הזהב. תהליך יצירת נקודת ההתקשרות מתחיל בהיווצרות כדור זהב בקצה כלי הקשר החוט, הנימים.כדור זה נלחץ על משטח ההרכבה המחומם תוך הפעלת כמות כוח ספציפית ליישום ותדירות של 60kHz - 152kHz של תנועה קולית עם הכלי. לאחר יצירת הקשר הראשון, החוט יטופל בשליטה הדוקה דרך ליצור את צורת הלולאה המתאימה לגיאומטריה של המכלול.הקשר השני, המכונה לעתים קרובות התפר, נוצר לאחר מכן על המשטח השני על ידי לחיצה כלפי מטה עם החוט ושימוש במהדק כדי לקרוע את החוט בקשר.

חיבור חוטי זהב מציע שיטת חיבור בתוך חבילות בעלת מוליכות חשמלית גבוהה, כמעט בסדר גודל יותר מאשר כמה הלחמות.בנוסף, לחוטי זהב יש סבילות חמצון גבוהה בהשוואה לחומרי חוט אחרים והם רכים מרובם, דבר חיוני למשטחים רגישים.
התהליך יכול להשתנות גם בהתאם לצרכי ההרכבה.עם חומרים רגישים, ניתן להניח כדור זהב על אזור ההדבקה השני כדי ליצור קשר חזק יותר וגם קשר "רך" יותר כדי למנוע נזק לפני השטח של הרכיב.עם מרווחים צרים, כדור בודד יכול לשמש כנקודת התחלה לשני קשרים, ויוצר קשר בצורת "V".כאשר קשר חוט צריך להיות חזק יותר, ניתן להניח כדור על גבי תפר כדי ליצור קשר אבטחה, להגביר את היציבות והחוזק של החוט.היישומים והווריאציות הרבות של חיבור חוט הם כמעט בלתי מוגבלים וניתן להשיגם באמצעות התוכנה האוטומטית במערכות החוטים של Palomar.