WikiDer > Склеивание шара

Ball bonding
Золотая проволока, связанная шариком с золотом контактная площадка

Склеивание шара это тип проводное соединение, и это наиболее распространенный способ сделать электрические соединения между микросхемой и внешним миром как часть изготовление полупроводниковых приборов.

Золото или же медь Можно использовать проволоку, хотя золото более распространено, потому что его оксид не так проблематичен при сварке. Если используется медный провод, азот должен использоваться в качестве покровного газа, чтобы предотвратить образование оксидов меди в процессе соединения проводов. Медь также тверже золота, что увеличивает вероятность повреждения поверхности чипа. Однако медь дешевле золота и обладает превосходными электрическими свойствами.[1] и так остается непреодолимым выбором.

Практически во всех современных процессах соединения шариков используется сочетание тепла, давления и ультразвуковой энергии для создания сварного шва на каждом конце проволоки. Используемая проволока может быть всего 15 мкм в диаметре - так, чтобы несколько сварных швов могли уместиться на ширину человеческого волоса.

Человек, впервые увидевший шаровой скрепитель, обычно сравнивает его работу с работой швейная машина. На самом деле существует игольчатый одноразовый инструмент под названием капилляр, через который подается проволока. На провод подается высоковольтный электрический заряд. Это плавит проволоку на конце капилляра. Кончик проволоки превращается в шар из-за поверхностное натяжение расплавленного металла.

Процессы соединения шариков, включая (1) образование шарика и (2) образование шарикового соединения
Процессы соединения шариков, включая (3) образование петель и (4) образование хвостовых связей

Шар быстро затвердевает, и капилляр опускается на поверхность чипа, которая обычно нагревается как минимум до 125 ° C. Затем аппарат надавливает на капилляр и подает ультразвуковую энергию с прикрепленным преобразователь. Комбинация тепла, давления и ультразвуковой энергии создает сварной шов между медным или золотым шариком и поверхностью чипа, обычно из меди или алюминий. Это так называемый мяч облигации это дает процессу его имя.[2] (Полностью алюминиевые системы в производстве полупроводников исключают "пурпурная чума«- хрупкое интерметаллическое соединение золото-алюминий, иногда связанное с проволокой из чистого золота. Это свойство делает алюминий идеальным для ультразвуковой сварки.)

Схема готового соединения проволоки с шариковой связкой

Затем провод проходит через капилляр, и машина перемещается на несколько миллиметров к месту, к которому должен быть подключен чип (обычно это называется рамка[3]). Машина снова спускается на поверхность, на этот раз без шара, так что проволока оказывается зажатой между рамкой выводов и концом капилляра. На этот раз поверхность обычно золотая, палладий, или серебро, но сварка выполняется точно так же. Полученный сварной шов по внешнему виду сильно отличается от шарового соединения и называется сварным швом. клиновая связь, хвостовая связь, или просто как вторая облигация.

На последнем этапе машина вытаскивает небольшой кусок проволоки и отрывает ее от поверхности с помощью набора зажимов. Остается небольшой хвост проволоки, свисающей с конца капилляра. Затем цикл начинается снова с приложением электрического заряда высокого напряжения к этому хвосту.

Процесс, при котором проволока разрезается сразу после формирования шара, также называется удары шпильки. При укладке стружки в система в пакете (SIP) модули.[4]

Современные машины (по состоянию на 2003 г.) может повторять этот цикл примерно 20 раз в секунду. Современное устройство для склеивания шариков является полностью автоматическим и по сути представляет собой автономного промышленного робота, оснащенного системой технического зрения, датчиками и сложными сервосистемами.

Датчик склеивания шариков

Пьезоэлектрические преобразователи используются для обеспечения ультразвуковой энергии в процессе соединения шариков. Эти преобразователи известны как преобразователи с болтовым зажимом или преобразователи Ланжевена. Они состоят из металлических компонентов и пьезоэлектрических элементов, скрепленных болтом. Эти преобразователи работают на своей резонансной частоте поперечной вибрации, чтобы ввести боковое ультразвуковое возбуждение в капилляр. Вдоль латерального направления преобразователя существуют узловые точки (большое смещение) и антиузловые точки (без смещения). Пьезоэлектрические элементы расширяются и сжимаются при возбуждении переменного напряжения (которое будет на резонансной частоте), тем самым вызывая резонансные колебания в конструкции. Обычно несколько элементов уложены друг на друга, чтобы увеличить электрическое поле для приложенного напряжения (напряжение создается пропорционально электрическому полю). Чтобы максимизировать передачу энергии от пьезоэлектрического элемента к конструкции, они размещаются в узлах, которые представляют собой области с высокой деформацией и высоким напряжением. В то же время, чтобы минимизировать потери энергии в окружающую среду, преобразователь удерживается в пучности (без смещения).[5]

Типичный датчик с шариковой связкой. Этот преобразователь работает на своей третьей резонансной частоте (3 пучности и 4 узла).

На переднем конце преобразователя используется конусообразный рог для усиления вибрации. Для получения желаемого результата можно использовать различные конические профили, например, линейный или параболический конус. Конус рупора уменьшает площадь поперечного сечения, вызывая большую плотность ультразвуковой энергии, а затем приводит к большему смещению около кончика. По этой причине капилляр размещается рядом с наконечником. В капилляре возбуждаются изгибные моды высших порядков, что весьма неидеально. Чтобы смягчить этот эффект, положение зажима капилляра регулируется по пучности капилляра. В идеале капилляр должен быть коротким, но это невозможно, потому что соединение необходимо производить в труднодоступных местах.[5]

Болт скрепляет всю конструкцию вместе, ввинчиваясь в рог (в зависимости от конфигурации). Для оптимизации производительности необходимо ввести правильную предварительную нагрузку. Пьезокерамика при растяжении непрочна; следовательно, большая предварительная нагрузка гарантирует, что керамика будет работать в основном при сжатии из-за напряжения смещения.[5]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ «Связывание медных (Cu) проводов или медных проводов». www.siliconfareast.com.
  2. ^ «AMETEK Electronic Components and Packaging, ведущий мировой производитель комплексных решений для электронной упаковки для жестких условий окружающей среды и приложений, чувствительных к надежности». www.coininginc.com.
  3. ^ «Ведущие кадры или ведущие кадры - страница 1 из 2». www.siliconfareast.com.
  4. ^ «AMETEK Electronic Components and Packaging, ведущий мировой производитель комплексных решений для электронной упаковки для жестких условий окружающей среды и приложений, чувствительных к надежности». www.coininginc.com.
  5. ^ а б c Ян, Тянь-Хун; и другие. (24 июня 2009 г.). «Дизайн интеллектуального ультразвукового преобразователя для соединительных машин». Датчики. 9 (6): 4986–5000. Дои:10,3390 / с90604986. ЧВК 3291949. PMID 22408564.