Войти
Золотая проволока, соединенная шариком с золотым контактом контактная площадка 
Алюминиевые провода, соединенные клином с транзистором KSY34 матрица 
Германиевый диод AAZ15, соединенные золотым проводом 
Соединения в силовом корпусе выполнены с использованием толстых (от 250 до 400 мкм), алюминиевые провода с клиновым соединением 
внутри корпуса с соединением проводов BGA ; в этом пакете есть Nvidia GeForce 256 GPU Соединение проводов - это метод создания межсоединений между интегральной схемой (IC) или другим полупроводниковым устройством и его упаковка во время изготовления полупроводникового прибора. Хотя это и менее распространено, соединение проводов можно использовать для соединения ИС с другой электроникой или для соединения одной печатной платы (PCB) с другой. Соединение проводов обычно считается наиболее рентабельной и гибкой технологией межсоединений и используется для сборки подавляющего большинства корпусов полупроводников. Связывание проводов можно использовать на частотах выше 100 ГГц.
Связующие проволоки обычно состоят из одного из следующих материалов:
Диаметр проволоки начинается с 15 мкм и может достигать нескольких сотен микрометров для приложений большой мощности.
Производство проволоки переходит с золота на медь. Это изменение было вызвано ростом стоимости золота и сравнительно стабильной и гораздо более низкой стоимостью меди. Обладая более высокой теплопроводностью и электропроводностью, чем золото, медь ранее считалась менее надежной из-за ее твердости и подверженности коррозии. К 2015 году ожидается, что более трети всех используемых машин для соединения проводов будут настроены на медь.
Медный провод стал одним из предпочтительных материалов для межсоединений проводов во многих полупроводниках. и приложения в микроэлектронике. Медь используется для соединения шариков из тонкой проволоки размером от 0,0004 дюйма (10 микрометров) до 0,004 дюйма (100 микрометров). Медная проволока может использоваться на меньших диаметрах, обеспечивая те же характеристики, что и золото, без высокой стоимости материала.
Медная проволока диаметром до 0,020 дюйма (500 микрометров) может быть успешно соединена клином. Медный провод большого диаметра может заменить и заменяет алюминиевый провод там, где требуется высокая допустимая нагрузка по току или где есть проблемы со сложной геометрией. Отжиг и технологические этапы, используемые производителями, расширяют возможности использования медной проволоки большого диаметра для соединения клином с кремнием без повреждения матрицы.
Медная проволока действительно создает некоторые проблемы, поскольку она тверже, чем золото и алюминий, поэтому параметры склеивания необходимо строго контролировать. Этому материалу свойственно образование оксидов, поэтому необходимо учитывать вопросы хранения и срока годности. Для защиты медной проволоки и увеличения срока ее хранения требуется специальная упаковка. Медная проволока с палладиевым покрытием является распространенной альтернативой, которая показала значительную устойчивость к коррозии, хотя и с более высокой твердостью, чем чистая медь, и большей цена, правда, все же меньше золота. Во время изготовления проволочных соединений медная проволока, а также ее разновидности с гальваническим покрытием должны обрабатываться в присутствии формовочного газа [95% азота и 5% водорода] или аналогичного бескислородного газа для предотвращения коррозии. Методом борьбы с относительной твердостью меди является использование разновидностей [5N +] высокой чистоты.
Красный, зеленый, синий корпус светодиодов для поверхностного монтажа с деталями для соединения проводов золотом. Проволока из чистого золота, легированная контролируемым количеством бериллия и других элементов, обычно используется для соединения шариков. Этот процесс объединяет два материала, которые должны быть соединены с использованием тепла, давления и ультразвуковой энергии, что называется термозвуковым соединением. Наиболее распространенный подход в термозвуковой связи - это соединение шариком с микросхемой, а затем с подложкой. Очень жесткий контроль во время обработки улучшает характеристики образования петель и устраняет провисание.
Требования к размеру соединения, прочности связи и проводимости обычно определяют наиболее подходящий размер провода для конкретного применения соединения проводов. Типичные производители делают золотую проволоку диаметром от 0,0005 дюйма (12,5 мкм) и более. Производственный допуск по диаметру золотой проволоки составляет +/- 3%.
Проволока из легированного алюминия обычно предпочтительнее чистой алюминиевой проволоки, за исключением сильноточных устройств, из-за большей легкости волочения до мелких размеров и большей прочности готовых устройств. Чистый алюминий и 0,5% чаще всего используются для размеров более 0,004 дюйма (101 микрометр).
Полностью алюминиевые системы в производстве полупроводников устраняют «пурпурную чуму » (хрупкое интерметаллическое соединение золото-алюминий), иногда связанное с соединительной проволокой из чистого золота. Алюминий особенно подходит для термозвукового склеивания.
. Чтобы гарантировать высокое качество склеивания при высоких скоростях производства, при производстве проволоки с 1% -ным содержанием проволоки используются специальные меры контроля. Одной из наиболее важных характеристик высококачественной соединительной проволоки этого типа является однородность системы сплава. В процессе производства особое внимание уделяется однородности. Микроскопические проверки структуры сплава готовых партий 1% кремний-алюминиевой проволоки выполняются регулярно. Обработка также выполняется в условиях, которые обеспечивают максимальную чистоту поверхности и гладкую отделку и позволяют полностью разматывать без заедания.
Игровая среда Демонстрация ультразвукового склеивания клина Алюминиевая проволока между золотыми электродами на печатной плате и золотыми электродами на сапфировой подложке, обратный порядок соединения. Основные классы соединения проволокой:
Шариковые соединения обычно ограничиваются золотой и медной проволокой и обычно требуют нагрева. Для соединения клина требуется нагрев только золотой проволоки. Для соединения с помощью клина можно использовать провода большого диаметра или проволочные ленты для силовой электроники. Шаровое соединение ограничено проводами малого диаметра, подходящими для межсоединений.
При любом типе соединения проволокой проволока прикрепляется к обоим концам с использованием комбинации направленного вниз давления, ультразвуковой энергии и, в некоторых случаях, тепла для создания сварного шва. Тепло используется для смягчения металла. Правильное сочетание температуры и ультразвуковой энергии используется для обеспечения максимальной надежности и прочности проволочного соединения. Если используются тепло и ультразвуковая энергия, этот процесс называется термозвуковой связкой.
При клиновом соединении провод должен протягиваться по прямой линии в соответствии с первым соединением. Это замедляет процесс из-за времени, необходимого для центровки инструмента. Однако соединение шара создает первое соединение в форме шара с проволокой, торчащей вверху, не имеющей предпочтения по направлению. Таким образом, проволоку можно протянуть в любом направлении, что ускоряет процесс.
Податливое соединение передает тепло и давление через податливую или пригодную для вдавливания алюминиевую ленту и, следовательно, применимо для соединения золотых проводов и выводов луча, которые были подвергнуты гальванопластике с кремниевой интегральной схемой (известной как интегральная схема с выводами пучка).
Когда речь идет о производстве и надежности соединений проводов, возникает множество проблем. Эти проблемы, как правило, являются функцией нескольких параметров, таких как системы материалов, параметры склеивания и условия использования. Различные проволочные соединения - контактная площадка металлические системы, такие как алюминий -люминий (Al-Al), золото -люминий (Au-Al) и Медь - алюминий (Cu-Al) требует различных производственных параметров и ведет себя по-разному в одних и тех же условиях использования.
Была проделана большая работа по определению характеристик различных металлических систем, рассмотрению критических производственных параметров и выявлению типичных проблем надежности, возникающих при соединении проводов. Когда дело доходит до выбора материала, металлическая система будет зависеть от условий применения и использования. Часто при принятии решения принимаются во внимание электрические свойства, механические свойства и стоимость. Например, сильноточное устройство для космического применения может потребовать соединения алюминиевой проволоки большого диаметра в герметичном керамическом корпусе. Если стоимость является большим ограничением, то может потребоваться отказ от облигаций с золотой проволокой. В последнее время была проведена некоторая работа по изучению соединений медных проводов в автомобилях. Это лишь небольшая выборка, так как проводится обширная работа по обзору и тестированию того, какие системы материалов работают лучше всего в различных приложениях.
С производственной точки зрения параметры склеивания играют решающую роль в образовании и качестве скрепления. Такие параметры, как сила сцепления, энергия ультразвука, температура и геометрия петли, и многие другие, могут иметь значительное влияние на качество сцепления. Существуют различные методы соединения проволокой (термозвуковое соединение, ультразвуковое соединение, термокомпрессионное соединение ) и типы соединения проволокой (соединение шариком, соединение клином ), которые влияют на подверженность производственным дефектам и проблемы с надежностью. Определенные материалы и диаметры проволоки более практичны для мелкого шага или сложных схем. Склеивающая прокладка также играет важную роль, поскольку наложение слоев металлизации и барьерного слоя (-ов) будет влиять на формирование связи.
Типичные режимы разрушения, возникающие в результате плохого качества соединения и производственных дефектов, включают: трещину шейки соединения шара, растрескивание пятки (клиновое соединение), отрыв колодки, отслоение колодки, чрезмерное сжатие и неправильное образование интерметаллидов. Комбинация испытаний на растяжение / сдвиг, неразрушающий контроль и физический разрушающий анализ (DPA) может использоваться для выявления производственных проблем и проблем с качеством.
В то время как при производстве проволочной связи основное внимание уделяется качеству соединения, часто не учитываются механизмы износа, связанные с надежностью соединения проволоки. В этом случае понимание приложения и среды использования может помочь предотвратить проблемы с надежностью. Общие примеры сред, которые приводят к нарушениям связи проводов, включают повышенную температуру, влажность и температурные циклы.
При повышенных температурах чрезмерный рост интерметаллидов (IMC) может привести к образованию хрупких точек разрушения. Была проделана большая работа по описанию образования интерметаллидов и старения различных металлических систем. Это не проблема для металлических систем, в которых проводное соединение и контактная площадка выполнены из одного и того же материала, такого как Al-Al. Это действительно становится проблемой для разнородных металлических систем. Одним из наиболее известных примеров являются хрупкие интерметаллиды, образованные в золото-алюминиевых ИМС, таких как пурпурная чума. Кроме того, проблемы, связанные с диффузией, такие как пустоты по Киркендаллу и пустоты по Хорстингу, также могут привести к нарушениям связи проводов.
В условиях повышенной температуры и влажности коррозия может стать проблемой. Это наиболее распространено в металлических системах Au-Al и вызвано гальванической коррозией. Присутствие галогенидов, таких как хлор, может ускорить это поведение. Эта коррозия Au-Al часто характеризуется законом Пека для температуры и влажности. Это не так часто встречается в других металлических системах.
При изменении температуры в соединении проволоки возникает термомеханическое напряжение в результате несоответствия коэффициента теплового расширения (CTE) между эпоксидной формовочной смесью (EMC), рамка с выводами, матрица, клей для матрицы и соединение проводов. Это приводит к малоцикловой усталости из-за напряжений сдвига или растяжения в проволочном соединении. Для прогнозирования усталостной долговечности проволочных соединений в таких условиях использовались различные модели усталости.
Правильное понимание условий эксплуатации и металлических систем часто является наиболее важным фактором повышения надежности соединения проводов.
Несмотря на то, что существуют некоторые методы испытаний на растяжение и сдвиг проволочного соединения, они, как правило, применимы для качества изготовления, а не для надежности. Часто это методы монотонного перенапряжения, где критическими выходами являются пиковая сила и местоположение трещины. В этом случае в повреждении преобладает пластичность и не отражаются некоторые механизмы износа, которые могут наблюдаться в условиях окружающей среды.
При испытании на вытягивание проволоки прикладывается направленная вверх сила под проволокой, эффективно оттягивая ее от подложки или матрицы. Цель испытания такова, как его описывает MIL-STD-883 2011.9 : «Для измерения прочности сцепления, оценки распределения прочности сцепления или определения соответствия заданным требованиям к прочности сцепления». Проволоку можно натянуть до разрушения, но есть и неразрушающие варианты, при которых проверяется, выдержит ли провод определенное усилие. Методы неразрушающего контроля обычно используются для 100% -ного тестирования критически важных для безопасности, высококачественных и дорогостоящих продуктов, избегая повреждения допустимых проверенных проводных соединений.
Термин протягивание провода обычно относится к процессу вытягивания провода с помощью крюка, закрепленного на датчике натяжения на тестере связи. Однако, чтобы способствовать определенным режимам отказа, провода можно разрезать, а затем протянуть пинцетом, также установленным на датчике натяжения на тестере связи. Обычно провода диаметром до 75 мкм (3 мил) классифицируются как тонкие. За пределами этого размера мы говорим о тестировании толстой проволокой.
