ในระหว่างการผลิตอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์และวงจรรวมต้องมีการเชื่อมต่อไฟฟ้ากับแพคเกจของพวกเขา การเชื่อมต่อนี้ยังเหมาะสําหรับการเชื่อมต่อแผงวงจรพิมพ์สองแผงหรือวงจรรวมกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อื่นๆ
สําหรับการเชื่อมต่อทั้งหมดนี้การเชื่อมต่อสายไฟเป็นเทคโนโลยีการเชื่อมต่อที่ประหยัดและมีความยืดหยุ่นมากที่สุด นอกจากนี้ยังสามารถทํางานที่ความถี่สูงกว่า100กิกะเฮิรตซ์ ดังนั้นถ้าคุณต้องการการเชื่อมต่อดังกล่าวก็มีเหตุผลที่จะใช้ในโครงการของคุณ เราได้ศึกษาเทคโนโลยีนี้อย่างละเอียดด้านล่างดังนั้นมาดูกัน!
เนื้อหา
การเชื่อมโยงตัวนําคืออะไร?
ชนิดของการยึดสาย
รูปแบบการยึดสายไฟ
วัสดุเชื่อมต่อสายไฟ
คู่มือการจับคู่
กลไกความล้มเหลวของการเชื่อมต่อสายไฟ
สรุป
การเชื่อมโยงตัวนําคืออะไร?
การเชื่อมต่อสายไฟเป็นกระบวนการเชื่อมแบบทึบสําหรับการเชื่อมต่อสายไฟกับพื้นผิวของแผ่นเชื่อม(วัสดุโลหะสองชนิด) เทคโนโลยีการเชื่อมต่อไฟฟ้าใช้สายไฟบางๆควบคู่ไปกับพลังงานอัลตราโซนิคความดันและ(หรือไม่มี)ความร้อน มันรวมกันเพื่อสร้างการติดต่อใกล้ชิดระหว่างวัสดุทั้งสอง
ชนิดของการยึดสาย
การบีบอัดด้วยความร้อน:กระบวนการนี้ใช้แรงความร้อนและเวลาในการเชื่อมวัสดุทั้งสองโดยการแพร่กระจายกัน ลวด(ในบางกรณีความร้อน)ถูกกดลงบนพื้นผิวที่ร้อน( 150°Cขึ้นไป) เกิดขึ้นภายใต้แรงดันสูงในช่วงเวลาที่จํากัด แต่กระบวนการนี้ไม่ใช้แรงเสียดทานและทํางานเฉพาะบนลวดทองและพื้นผิวเชื่อมทองเท่านั้น
การเชื่อมอัลตราโซนิค:ต้องใช้ความดันอัลตราโซนิคและเวลาในการเชื่อมวัสดุทั้งสอง กระบวนการนี้รวมถึงการกดลวดโลหะบนพื้นผิวที่อุณหภูมิห้อง นอกจากนี้ควรมีการยึดเกาะด้วยแรงสั่นสะเทือนที่ต่ําลงในช่วงเวลาที่จํากัด อลูมิเนียมทองคําเงินแมงกานีสทองแดงหรือแมงกานีส(ไหมหรือริบบิ้น)สามารถใช้วิธีนี้ได้ มันมีอยู่ 2 รูปแบบ: สร้อยข้อมือและหมุดยึด.
การเชื่อมด้วยอัลตราโซนิคความร้อน:กระบวนการเชื่อมนี้ใช้แรง(ความดัน)ความร้อนอัลตราโซนิคและเวลาในการเชื่อมสองวัสดุ ควรจะทําที่ความดันต่ํา และมีประสบการณ์การสั่นสะเทือน ในระยะเวลาที่จํากัด เพื่อสร้างการยึดเกาะ. โดยปกติแล้วในบางกรณีการให้ความร้อนลวดจะถูกกดลงบนพื้นผิวที่ร้อน( 150°Cหรือต่ํากว่า) อย่างไรก็ตามเช่นเดียวกับการกดร้อนกระบวนการนี้ใช้กับลวดทองและพื้นผิวโลหะเท่านั้น อย่างไรก็ตามมีสามรูปแบบคือการเชื่อมลูกทองการเชื่อมรูปกรวยและการเชื่อมแบบนูน(การเชื่อมแบบนูน)
รูปแบบการยึดสายไฟ
ต่อไปนี้เป็นสองรูปแบบหลักของการเชื่อมลวด:
การเชื่อมแบบทรงกลม
ในการเชื่อมลูกเส้นเชื่อมจะผ่านเส้นเลือดฝอยกลวง หลังจากนั้นระบบEFO (เปลวไฟอิเล็กทรอนิกส์ดับ)ละลายส่วนเล็กๆที่ขยายออกไปข้างนอก ก่อนที่ลวดจะแข็งตัวความตึงผิวของลวดที่หลอมละลายจะสร้างลูกบอล ถัดไปใช้แรงเพียงพอที่จะกดลงบนแผ่นรองเพื่อทําให้เกิดการเปลี่ยนรูปพลาสติก ผลที่ได้คือการผสมผสานอย่างใกล้ชิดกับพื้นผิวของแผ่นเชื่อม
เฮ้ เฮ้
เมื่อใช้การเชื่อมรูปกรวยด้านล่างของเข็มเชื่อมจะบีบตัวนําเข้ากับแผ่นเชื่อมที่มุม30-60° หลังจากนั้นพลังงานอัลตราโซนิคจะสร้างการเชื่อมระหว่างตําแหน่งและสายไฟ จากนั้นเข็มเชื่อมจะย้ายไปยังพื้นที่เชื่อมที่สองและทําซ้ําขั้นตอนข้างต้น หลังจากเชื่อมต่อทั้งสองส่วนสายไฟจะถูกยึดและหัก
วัสดุเชื่อมต่อสายไฟ
วัสดุที่ใช้บ่อยที่สุดสําหรับลวดเชื่อมคือ:
คิงส์
ลวดทองเป็นวัสดุที่ต้องการในการเชื่อมต่อด้วยอัลตราซาวนด์ความร้อนและลวดทองคําความร้อน อย่างไรก็ตามวัสดุต้องสะอาดและมีพื้นผิวเรียบเพื่อให้แน่ใจว่ามีการยึดเกาะที่เพียงพอและไม่มีการอุดตันตามเส้นผ่าศูนย์กลางของเส้นเลือดฝอย
อย่างไรก็ตามทองคําบริสุทธิ์อ่อนมาก ดังนั้นการเพิ่มโครเมียมจํานวนน้อย( 5-10 ppm )หรือทองแดง( 30-100 ppm )เพื่อให้วัสดุสามารถประมวลผลได้ อดีตแข็งแกร่งกว่าหลัง10-20 % ดังนั้นจึงเป็นทางเลือกที่เหมาะสําหรับการเชื่อมเมสัน(อัตโนมัติ)เนื่องจากการเคลื่อนไหวของเส้นเลือดฝอยอย่างรวดเร็วทําให้เกิดความเครียดต่อสายเชื่อม
ลวดอลูมิเนียม
เหมือนทองอลูมิเนียมบริสุทธิ์อ่อนเกินไปที่จะทําเป็นสายไฟที่เชื่อถือได้ ดังนั้นวัสดุนี้จึงถูกผสมด้วยซิลิคอนหรือไททาเนียม1 %เพื่อการเสริมแรง อลูมิเนียมที่มีโครเมียม1 %ดีกว่าเส้นโลหะผสมซิลิคอนเนื่องจากมีความต้านทานต่อความเมื่อยล้าและความยืดหยุ่นของความแข็งแรงหลังจากสัมผัสกับอุณหภูมิสูง อย่างไรก็ตามอลูมิเนียมซิลิคอนมีความแข็งแรงมากขึ้นที่อุณหภูมิห้องและสร้างข้อต่อที่แข็งแกร่งขึ้นกับแผ่นอลูมิเนียม
ลวดทองแดง
เนื่องจากความสามารถในการจ่ายเงินและความต้านทานต่อการกวาดล้างในกระบวนการบรรจุภัณฑ์พลาสติกการทําโลหะด้วยทองแดงจึงกลายเป็นที่นิยม อย่างไรก็ตามทองแดงแข็งกว่าทองและอลูมิเนียมซึ่งจะผลักดันโลหะแผ่นเชื่อมไปด้านข้าง นอกจากนี้วัสดุจะออกซิเดชันได้อย่างรวดเร็วดังนั้นคุณต้องเชื่อมลูกบอลทองแดงในบรรยากาศเฉื่อย
คู่มือการจับคู่
พัฒนาการเชื่อมโยงสายไฟต้องใช้หลักเกณฑ์ต่อไปนี้
การประมวลผลที่ดีที่สุด
ในการพัฒนาและปรับปรุงการผลิตการเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการเป็นสิ่งสําคัญ กระบวนการผลิตมักเป็นวัฏจักรอย่างต่อเนื่องประกอบด้วยสี่ขั้นตอนคือการออกแบบและการพัฒนาลักษณะการควบคุมและการเพิ่มประสิทธิภาพ ลักษณะของกระบวนการและขั้นตอนการควบคุมอยู่ในวงจรคงที่ตรงกลาง ในเวลาเดียวกันการเพิ่มประสิทธิภาพจะดําเนินการรอบกระบวนการผลิตทั้งหมดเพื่อปรับปรุงแต่ละขั้นตอน
ขั้นตอนการออกแบบและการพัฒนามักประกอบด้วยเป้าหมายที่สามารถทําได้และข้อมูลที่จําเป็นในการตั้งกลไกการเชื่อม หลังจากนั้นการกําหนดลักษณะรวมถึงการจําแนกข้อมูลความล้มเหลวของสายเชื่อมเช่นการแตกและการเชื่อมออกจากศูนย์ ประการที่สามโดยการปรับพารามิเตอร์การเชื่อมการติดตั้งเครื่องมือเชื่อมขั้นตอนการดึงฯลฯการควบคุมมุ่งเน้นไปที่สมรรถนะที่มั่นคง
การเพิ่มประสิทธิภาพมุ่งเน้นไปที่การปรับปรุงขั้นตอนเหล่านี้ทั้งหมดเพื่อให้กระบวนการเชื่อมมีประสิทธิภาพและเชื่อถือได้มากขึ้น
การออกแบบการเชื่อมโยงตัวนํา
การออกแบบกลไกการเชื่อมโยงสายไฟควรป้องกันความล้มเหลวที่เกี่ยวข้องกับความเมื่อยล้าของการสั่นสะเทือนเสียงความเมื่อยล้าของการดัดและการแพร่กระจายร่วมกัน การป้อนข้อมูลบางส่วนของกระบวนการออกแบบนี้ประกอบด้วยสิ่งต่อไปนี้:
ความหนาของชิปและวัสดุ
ความหนาของแผ่นเชื่อมวัสดุระยะห่างเป็นต้น
ความต้านทานของทรานซิสเตอร์
ปริมาณความจุเอาต์พุต(ออกแบบมาสําหรับ)
ความต้านทานการเชื่อมต่อสูงสุด/ความยาว(เส้นผ่านศูนย์กลาง)
เพิ่มเติม
การประเมินพันธบัตร
การประเมินการเชื่อมจะดําเนินการหลังจากกระบวนการเชื่อมเสร็จสิ้น อาจเป็นการประเมินภาพหรือการทดสอบทางกลของรูปแบบการเชื่อม ก่อนหน้านี้รวมถึงการประเมินโดยใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดกล้องจุลทรรศน์ออปติคัลและเครื่องมืออื่นๆที่คล้ายคลึงกัน ในทางกลับกันการทดสอบโดยอัตโนมัติรวมถึงการใช้วิธีการที่ระบุไว้ในมาตรฐานMIL-STD-883 :วิธีการทดสอบ ประกอบด้วยสิ่งต่อไปนี้:
หน่วงเวลาการวัด
การทดสอบแรงเฉือนแบบทรงกลม
สุ่มสั่นสะเทือน
การมองเห็นภายใน
การอบที่มั่นคง
เพิ่มเติม
กลไกความล้มเหลวของการเชื่อมต่อสายไฟ
ขั้วต่อคู่มือหรือในเชิงพาณิชย์อาจสร้างขั้วต่อที่ไม่สมบูรณ์ด้วยโครงสร้างภายในที่เปราะบาง ความล้มเหลวทั่วไปบางอย่างรวมถึง:
การหดตัว:มักเกิดจากการยึดเกาะมากเกินไป ความเสียหายเกิดขึ้นใต้แผ่นเชื่อมแต่จะทิ้งรูไว้ในพื้นผิว นอกจากนี้ ในกรณีที่รุนแรง มันจะทิ้งหญ้าไว้บนสายไฟ.
ลวดเชื่อมแตก/ยก:ยกหมายถึงการเชื่อมลูกบอลออกจากซิลิคอนหรือชิป นอกจากนี้ยังหมายถึงการเชื่อมลูกไม่ติดกับแผ่นเชื่อม
หางไม่สอดคล้องกัน:ความล้มเหลวเหล่านี้อาจทําให้เกิดการลัดวงจรในบริเวณใกล้เคียงอื่นๆการเชื่อมหรือพื้นผิวที่เชื่อมได้
ตําแหน่งที่ไม่เหมาะสม:ปัญหานี้อาจทําให้รอยเชื่อมไม่ดีหรือลัดวงจร
การเชื่อมที่ไม่ดี:ทองอลูมิเนียมหรือทองแดงไม่ดี
การทําความสะอาดแผ่นเชื่อมช่วยขจัดความล้มเหลวเหล่านี้ในขณะที่การใช้เส้นผ่าศูนย์กลางของกระดูกปลากําลังช่วยในการแยกปัญหาที่เกิดขึ้นระหว่างการเชื่อมสาย
สรุป
ดังที่คุณเห็นการจับคู่สายไฟเป็นสิ่งสําคัญในการเชื่อมต่อไฟฟ้าของวงจรรวมหรืออุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์อื่นๆ กระบวนการนี้อาจล้มเหลวแต่คุณสามารถลดความล้มเหลวได้โดยปฏิบัติตามคําแนะนําและใช้วัสดุที่เหมาะสม หากคุณมีคําถามใดๆโปรดติดต่อเราสําหรับรายละเอียดเพิ่มเติม
