Oplossingen

DRAADVERBINDING

FACTSHAD KENNISBANK

Wat is draadverbinding?

Draadverbinding is de methode waarbij een stukje draad van een zacht metaal met een kleine diameter wordt bevestigd aan een compatibel metalen oppervlak zonder gebruik te maken van soldeer, vloeimiddel en in sommige gevallen met behulp van hitte boven de 150 graden Celsius. Zachte metalen zijn onder andere goud (Au), koper (Cu), zilver (Ag), aluminium (Al) en legeringen zoals palladium-zilver (PdAg) en andere.

Inzicht in draadverbindingstechnieken en -processen voor micro-elektronica-assemblagetoepassingen.
Wigverbindingstechnieken/processen: lintverbinding, thermosonische balverbinding en ultrasone wigverbinding.
Draadverbinding is de methode om tijdens de productie verbindingen te maken tussen een geïntegreerde schakeling (IC) of een soortgelijk halfgeleiderapparaat en de behuizing of leadframe. Het wordt tegenwoordig ook veel gebruikt voor elektrische verbindingen in lithium-ion-accupakketten. Draadverbinding wordt over het algemeen beschouwd als de meest kosteneffectieve en flexibele van de beschikbare micro-elektronische interconnectietechnologieën en wordt gebruikt in de meeste halfgeleiderbehuizingen die tegenwoordig worden geproduceerd. Er zijn verschillende draadverbindingstechnieken, waaronder: Thermocompressie-draadverbinding:
Thermocompressie draadverbinding (waarbij twee oppervlakken (meestal goud) onder een klemkracht met elkaar worden verbonden bij hoge grensvlaktemperaturen, doorgaans hoger dan 300 °C, om een ​​lasverbinding te creëren) werd oorspronkelijk ontwikkeld in de jaren 50 voor interconnecties in micro-elektronica. Deze techniek werd echter al snel in de jaren 60 vervangen door ultrasoon en thermosonisch verbinden als de dominante interconnectietechnologie. Thermocompressie verbinding wordt nog steeds gebruikt voor nichetoepassingen, maar wordt over het algemeen vermeden door fabrikanten vanwege de hoge (vaak schadelijke) grensvlaktemperaturen die nodig zijn voor een succesvolle verbinding. Ultrasoon wigdraadverbinding:
In de jaren zestig werd ultrasoon wigdraadlassen de dominante methode voor het verbinden van draden. Door het toepassen van een hoogfrequente trilling (via een resonerende transducer) op het lasgereedschap, in combinatie met een gelijktijdige klemkracht, konden aluminium en gouden draden bij kamertemperatuur aan elkaar worden gelast. Deze ultrasone trilling helpt bij het verwijderen van verontreinigingen (oxiden, onzuiverheden, enz.) van de lasoppervlakken aan het begin van het lasproces en bevordert de groei van intermetallische verbindingen om de verbinding verder te ontwikkelen en te versterken. Typische frequenties voor het verbinden van draden liggen tussen 60 en 120 kHz. De ultrasone wigtechniek kent twee belangrijke procestechnologieën: het verbinden van dikke (zware) draden met een diameter van >100 µm en het verbinden van dunne (dunne) draden met een diameter van <75 µm. Voorbeelden van typische ultrasone verbindingscycli zijn hier te vinden voor dunne draden en hier voor dikke draden. Bij ultrasoon draadverbinden met een wig wordt een specifiek verbindingsgereedschap of "wig" gebruikt, meestal gemaakt van wolfraamcarbide (voor aluminiumdraad) of titaniumcarbide (voor gouddraad), afhankelijk van de procesvereisten en de draaddiameters; er zijn ook wiggen met een keramische punt beschikbaar voor specifieke toepassingen. Thermosonisch draadverbinden:
Wanneer extra verwarming nodig is (typisch voor gouden draad, met verbindingsvlakken in het temperatuurbereik van 100 – 250 °C), wordt het proces thermosonisch draadverbinden genoemd. Dit heeft grote voordelen ten opzichte van het traditionele thermocompressiesysteem, omdat veel lagere grensvlaktemperaturen nodig zijn (goudverbinden bij kamertemperatuur is weliswaar genoemd, maar in de praktijk is dit onbetrouwbaar zonder extra verwarming). Thermosonisch kogelverbinden:
Een andere vorm van thermosonische draadverbinding is ball bonding (zie hier de ball bond-cyclus). Deze methode maakt gebruik van een keramisch capillair verbindingsgereedschap in plaats van de traditionele wigvormige ontwerpen om de beste eigenschappen van zowel thermocompressie als ultrasoon verbinden te combineren zonder de nadelen. Thermosonische trillingen zorgen ervoor dat de temperatuur van de interface laag blijft, terwijl de eerste interconnectie, de thermisch gecomprimeerde ball bond, het mogelijk maakt om de draad en de secundaire verbinding in elke richting te plaatsen, niet in lijn met de eerste verbinding, wat een beperking is bij ultrasoon draadverbinden. Voor automatische productie in grote volumes zijn ball bonders aanzienlijk sneller dan ultrasone/thermosonische (wig) bonders, waardoor thermosonische ball bonding al meer dan 50 jaar de dominante interconnectietechnologie in de micro-elektronica is. Ribbon Bonding:
Het verbinden van linten met behulp van platte metalen tapes is al decennialang dominant in RF- en microgolfelektronica (linten bieden een aanzienlijke verbetering in signaalverlies [skineffect] ten opzichte van traditionele ronde draden). Kleine gouden linten, doorgaans tot 75 µm breed en 25 µm dik, worden verbonden via een thermosonisch proces met een groot, plat wigvormig verbindingsgereedschap. Aluminium linten tot 2000 µm breed en 250 µm dik kunnen ook worden verbonden met een ultrasoon wigproces, aangezien de behoefte aan interconnecties met een lagere lusdichtheid is toegenomen.

Wat is gouden verbindingsdraad?

Gouddraadverbinding is het proces waarbij gouddraad aan twee punten in een constructie wordt bevestigd om een ​​verbinding of een elektrisch geleidend pad te vormen. Warmte, ultrasone trillingen en kracht worden allemaal gebruikt om de bevestigingspunten voor de gouddraad te creëren. Het proces van het creëren van het bevestigingspunt begint met het vormen van een gouden bolletje aan de punt van het draadverbindingsgereedschap, de capillair. Dit bolletje wordt op het verwarmde oppervlak van de constructie gedrukt, terwijl tegelijkertijd een specifieke kracht en een ultrasone trillingsfrequentie van 60 kHz - 152 kHz met het gereedschap worden toegepast. Zodra de eerste verbinding is gemaakt, wordt de draad nauwkeurig gemanipuleerd om de juiste lusvorm te creëren die past bij de geometrie van de constructie. De tweede verbinding, vaak de 'steek' genoemd, wordt vervolgens op het andere oppervlak gevormd door met de draad naar beneden te drukken en de draad met een klem bij de verbinding af te breken.

Gouddraadverbindingen bieden een interconnectiemethode binnen componenten die een zeer hoge elektrische geleidbaarheid heeft, bijna een orde van grootte hoger dan sommige soldeerverbindingen. Bovendien hebben gouden draden een hoge oxidatietolerantie in vergelijking met andere draadmaterialen en zijn ze zachter dan de meeste andere, wat essentieel is voor gevoelige oppervlakken.
Het proces kan ook variëren afhankelijk van de behoeften van de assemblage. Bij gevoelige materialen kan een gouden bolletje op het tweede verbindingsgebied worden geplaatst om zowel een sterkere als een "zachtere" verbinding te creëren, waardoor schade aan het oppervlak van het onderdeel wordt voorkomen. In krappe ruimtes kan een enkel bolletje als startpunt voor twee verbindingen worden gebruikt, waardoor een V-vormige verbinding ontstaat. Wanneer een draadverbinding robuuster moet zijn, kan een bolletje bovenop een steek worden geplaatst om een ​​extra veiligheidsverbinding te vormen, waardoor de stabiliteit en sterkte van de draad worden vergroot. De vele verschillende toepassingen en variaties van draadverbindingen zijn vrijwel onbeperkt en kunnen worden gerealiseerd met behulp van de geautomatiseerde software op de draadverbindingssystemen van Palomar.