Oplossingen

DRAADVERBINDING

KENNISBASIS INFORMATIEBLAD

Wat is draadverbinding?

Wire bonding is de methode waarbij een stuk zachte metaaldraad met een kleine diameter aan een compatibel metalen oppervlak wordt bevestigd zonder gebruik van soldeer, vloeimiddel en in sommige gevallen met gebruik van hitte boven 150 graden Celsius. Zachte metalen omvatten goud (Au), koper (Cu), zilver (Ag), aluminium (Al) en legeringen zoals palladium-zilver (PdAg) en andere.

Inzicht in draadverbindingstechnieken en -processen voor assemblagetoepassingen voor micro-elektronica.
Wedge Bonding-technieken/-processen: lint, thermosonische bal en ultrasone wigverbinding
Wire bonding is de methode voor het maken van verbindingen tussen een geïntegreerde schakeling (IC) of een soortgelijk halfgeleiderapparaat en zijn behuizing of leadframe tijdens de productie. Het wordt nu ook vaak gebruikt om elektrische verbindingen te maken in lithium-ionbatterijpakketten. Draadverbinding wordt over het algemeen beschouwd als de meest kosteneffectieve en flexibele van de beschikbare micro-elektronische verbindingstechnologieën, en wordt gebruikt in de meeste halfgeleiderpakketten die tegenwoordig worden geproduceerd. Er zijn verschillende draadverbindingstechnieken, waaronder: Thermocompressiedraadverbinding:
Thermocompressiedraadverbinding (het samenvoegen van waarschijnlijke oppervlakken (meestal Au) onder een klemkracht met hoge grensvlaktemperaturen, doorgaans hoger dan 300 °C, om een ​​las te produceren) werd aanvankelijk in de jaren vijftig ontwikkeld voor micro-elektronica-verbindingen, maar dit was snel vervangen door ultrasone en thermosonische binding in de jaren 60 als de dominante verbindingstechnologie. Thermocompressieverbindingen worden tegenwoordig nog steeds gebruikt voor nichetoepassingen, maar worden over het algemeen vermeden door fabrikanten vanwege de hoge (vaak schadelijke) grensvlaktemperaturen die nodig zijn om een ​​succesvolle verbinding tot stand te brengen. Ultrasone Wedge Wire Bonding:
In de jaren zestig werd Ultrasonic wedge wire bonding de dominante interconnect-methodologie. Door toepassing van een hoogfrequente trilling (via een resonerende transducer) op het verbindingsgereedschap met gelijktijdige klemkracht, konden aluminium- en gouddraden bij kamertemperatuur worden gelast. Deze ultrasone trillingen helpen bij het verwijderen van verontreinigingen (oxiden, onzuiverheden, enz.) van de hechtingsoppervlakken aan het begin van de hechtingscyclus, en bevorderen de intermetallische groei om de hechting verder te ontwikkelen en te versterken. Typische frequenties voor verbinding zijn 60 – 120 KHz. De ultrasone wigtechniek heeft twee hoofdprocestechnologieën: Grote (zware) draadverbinding voor draden met een diameter > 100 µm Fijne (kleine) draadverbinding voor draden met een diameter <75 µm Voorbeelden van typische ultrasone verbindingscycli kunt u hier vinden voor fijne draad en hier voor grote draad. Ultrasone wedge wire bonding maakt gebruik van een specifiek verbindingsgereedschap of “wig”, meestal opgebouwd uit wolfraamcarbide (voor aluminiumdraad) of titaniumcarbide (voor gouddraad), afhankelijk van de procesvereisten en draaddiameters; Er zijn ook wiggen met keramische punten verkrijgbaar voor specifieke toepassingen. Thermosonische draadverbinding:
Wanneer aanvullende verwarming nodig is (typisch voor gouddraad, met verbindingsinterfaces in het bereik van 100 – 250°C), wordt het proces thermosonische draadverbinding genoemd. Dit heeft grote voordelen ten opzichte van het traditionele thermocompressiesysteem, omdat er veel lagere grensvlaktemperaturen nodig zijn (Au-binding bij kamertemperatuur is genoemd, maar in de praktijk is dit onbetrouwbaar zonder extra warmte). Thermosonische balbinding:
Een andere vorm van thermosonische draadverbindingen is Ball Bonding (zie hier de ball bond-cyclus). Deze methodologie maakt gebruik van een keramisch capillair hechtinstrument in plaats van de traditionele wigontwerpen om de beste kwaliteiten in zowel thermocompressie als ultrasone hechting te combineren zonder de nadelen. Thermosone trillingen zorgen ervoor dat de interfacetemperatuur laag blijft, terwijl de eerste verbinding, de thermisch gecomprimeerde kogelverbinding, ervoor zorgt dat de draad en de secundaire verbinding in elke richting kunnen worden geplaatst, niet in lijn met de eerste verbinding, wat een beperking is bij ultrasone draadverbinding . Voor automatische productie in grote volumes zijn ball bonders aanzienlijk sneller dan ultrasone / thermosonische (wig) bonders, waardoor Thermosonic ball bonding de afgelopen 50+ jaar de dominante verbindingstechnologie in de micro-elektronica is geworden.
Lintbinding, waarbij gebruik wordt gemaakt van platte metalen tapes, is al tientallen jaren dominant in RF- en microgolfelektronica (lint zorgt voor een aanzienlijke verbetering in signaalverlies [skin-effect] vergeleken met traditionele ronde draad). Kleine gouden linten, doorgaans tot 75 µm breed en 25 µm dik, worden verbonden via een thermosoon proces met een groot wigverbindingsgereedschap met platte voorkant. Aluminium linten tot 2.000 µm breed en 250 µm dik kunnen ook worden gebonden met een ultrasoon wigproces, zoals de behoefte aan verbindingen met een lagere lus en hoge dichtheid is toegenomen.

Wat is goudverbindingsdraad?

Gouddraadverbindingen zijn het proces waarbij gouddraad aan twee punten in een geheel wordt bevestigd om een ​​onderlinge verbinding of een elektrisch geleidend pad te vormen. Warmte, ultrasoon geluid en kracht worden allemaal gebruikt om de bevestigingspunten voor de gouddraad te vormen. Het proces van het creëren van het bevestigingspunt begint met de vorming van een gouden bal aan de punt van het draadverbindingsgereedschap, het capillair. Deze bal wordt op het verwarmde montageoppervlak gedrukt terwijl met het gereedschap zowel een toepassingsspecifieke hoeveelheid kracht als een frequentie van 60 kHz - 152 kHz ultrasone beweging wordt uitgeoefend. Zodra de eerste verbinding is gemaakt, wordt de draad op een strak gecontroleerde manier gemanipuleerd. manier om de juiste lusvorm te vormen voor de geometrie van het samenstel. De tweede verbinding, vaak de steek genoemd, wordt vervolgens op het andere oppervlak gevormd door de draad naar beneden te drukken en een klem te gebruiken om de draad bij de verbinding te scheuren.

Gouddraadverbindingen bieden een verbindingsmethode binnen pakketten die zeer elektrisch geleidend is, bijna een orde van grootte groter dan sommige soldeermiddelen. Bovendien hebben gouddraden een hoge oxidatietolerantie in vergelijking met andere draadmaterialen en zijn ze zachter dan de meeste, wat essentieel is voor gevoelige oppervlakken.
Het proces kan ook variëren, afhankelijk van de behoeften van de assemblage. Bij gevoelige materialen kan een gouden bal op het tweede hechtgebied worden geplaatst om zowel een sterkere hechting als een “zachtere” hechting te creëren om schade aan het oppervlak van het onderdeel te voorkomen. Bij krappe ruimtes kan een enkele bal worden gebruikt als uitgangspunt voor twee verbindingen, waardoor een “V”-vormige verbinding ontstaat. Wanneer een draadverbinding robuuster moet zijn, kan een balletje bovenop een steek worden geplaatst om een ​​veiligheidsverbinding te vormen, waardoor de stabiliteit en sterkte van de draad wordt vergroot. De vele verschillende toepassingen en variaties op het gebied van draadverbinding zijn vrijwel onbeperkt en kunnen worden bereikt door gebruik te maken van de geautomatiseerde software op de draadverbindingssystemen van Palomar.