โซลูชั่น

การเชื่อมลวด

เอกสารข้อเท็จจริงฐานความรู้

การเชื่อมลวดคืออะไร?

การติดลวดเป็นวิธีการติดลวดโลหะอ่อนขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กเข้ากับพื้นผิวโลหะที่เข้ากันได้โดยไม่ต้องใช้บัดกรี ฟลักซ์ และในบางกรณีก็ใช้ความร้อนสูงกว่า 150 องศาเซลเซียส โลหะอ่อน ได้แก่ ทอง (Au) ทองแดง (Cu) เงิน (Ag) อลูมิเนียม (Al) และโลหะผสม เช่น พาลาเดียม-เงิน (PdAg) และอื่นๆ

ทำความเข้าใจเทคนิคและกระบวนการเชื่อมลวดสำหรับการใช้งานการประกอบไมโครอิเล็กทรอนิกส์
เทคนิค/กระบวนการติดลิ่ม: ริบบอน, เทอร์โมโซนิกบอล และพันธะลิ่มอัลตราโซนิก
การต่อลวดเป็นวิธีการเชื่อมต่อระหว่างวงจรรวม (IC) หรืออุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่คล้ายกันกับบรรจุภัณฑ์หรือลีดเฟรมในระหว่างการผลิต ปัจจุบันยังใช้กันทั่วไปเพื่อให้การเชื่อมต่อทางไฟฟ้าในชุดแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน การต่อสายไฟโดยทั่วไปถือว่าคุ้มค่าและยืดหยุ่นมากที่สุดในบรรดาเทคโนโลยีการเชื่อมต่อไมโครอิเล็กทรอนิกส์ที่มีอยู่ และใช้ในแพ็คเกจเซมิคอนดักเตอร์ส่วนใหญ่ที่ผลิตในปัจจุบัน เป็นเทคนิคการติดลวดหลายแบบ ประกอบไปด้วย การติดลวดแบบเทอร์โมคอมเพรสชั่น (Thermo-Compression Wire Bonding)
การเชื่อมด้วยลวดอัดด้วยความร้อน (รวมกับพื้นผิวที่เป็นไปได้ (โดยปกติจะเป็น Au) เข้าด้วยกันภายใต้แรงจับยึดที่มีอุณหภูมิส่วนต่อประสานสูง โดยทั่วไปจะสูงกว่า 300°C เพื่อสร้างรอยเชื่อม) ได้รับการพัฒนาครั้งแรกในทศวรรษปี 1950 สำหรับการเชื่อมต่อระหว่างกันของไมโครอิเล็กทรอนิกส์ อย่างไรก็ตาม ถูกแทนที่ด้วยพันธะอัลตราโซนิกและเทอร์โมโซนิกอย่างรวดเร็วในยุค 60 ในฐานะเทคโนโลยีการเชื่อมต่อระหว่างกันที่โดดเด่น การเชื่อมด้วยการบีบอัดด้วยความร้อนยังคงใช้สำหรับการใช้งานเฉพาะในปัจจุบัน แต่โดยทั่วไปผู้ผลิตจะหลีกเลี่ยงเนื่องจากอุณหภูมิอินเทอร์เฟซที่สูง (มักจะสร้างความเสียหาย) ที่จำเป็นในการที่จะทำการยึดติดได้สำเร็จ การเชื่อมด้วยลวดลิ่มแบบอัลตราโซนิก:
ในทศวรรษ 1960 การเชื่อมลวดลิ่มแบบอัลตราโซนิกกลายเป็นวิธีการเชื่อมต่อระหว่างกันที่โดดเด่น การใช้การสั่นสะเทือนความถี่สูง (ผ่านทรานสดิวเซอร์แบบสะท้อน) กับเครื่องมือประสานด้วยแรงจับยึดพร้อมกัน ทำให้สามารถเชื่อมลวดอลูมิเนียมและทองได้ที่อุณหภูมิห้อง การสั่นสะเทือนแบบอัลตราโซนิกนี้ช่วยในการกำจัดสิ่งปนเปื้อน (ออกไซด์ สิ่งเจือปน ฯลฯ) ออกจากพื้นผิวการติดเมื่อเริ่มต้นวงจรการติด และในการส่งเสริมการเจริญเติบโตระหว่างโลหะเพื่อพัฒนาและเสริมสร้างการยึดเหนี่ยวต่อไป ความถี่ทั่วไปสำหรับการติดคือ 60 – 120 KHz เทคนิคลิ่มอัลตราโซนิกมีเทคโนโลยีกระบวนการหลักสองเทคโนโลยี:การติดลวดขนาดใหญ่ (หนัก) สำหรับสายไฟที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง >100µm การติดลวดแบบละเอียด (เล็ก) สำหรับลวดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง <75µmตัวอย่างของรอบการติดด้วยอัลตราโซนิกทั่วไปสามารถพบได้ที่นี่ สำหรับลวดละเอียดและที่นี่สำหรับลวดขนาดใหญ่ การติดลวดลิ่มแบบอัลตราโซนิกใช้เครื่องมือเชื่อมเฉพาะหรือ "ลิ่ม" ซึ่งมักจะสร้างจากทังสเตนคาร์ไบด์ (สำหรับลวดอลูมิเนียม) หรือไทเทเนียมคาร์ไบด์ (สำหรับลวดทอง) ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดของกระบวนการและเส้นผ่านศูนย์กลางของลวด นอกจากนี้ยังมีเวดจ์ปลายเซรามิกสำหรับการใช้งานที่แตกต่างกันอีกด้วย การเชื่อมลวดแบบเทอร์โมโซนิค:
ในกรณีที่จำเป็นต้องมีการทำความร้อนเสริม (โดยทั่วไปสำหรับลวดทองที่มีจุดประสานในช่วง 100 – 250°C) กระบวนการนี้เรียกว่าการเชื่อมลวดแบบเทอร์โมโซนิก สิ่งนี้มีข้อได้เปรียบที่เหนือกว่าระบบบีบอัดด้วยความร้อนแบบดั้งเดิม เนื่องจากต้องใช้อุณหภูมิส่วนต่อประสานที่ต่ำกว่ามาก (มีการกล่าวถึงพันธะ Au ที่อุณหภูมิห้อง แต่ในทางปฏิบัติจะไม่น่าเชื่อถือหากไม่มีความร้อนเพิ่มเติม) พันธะลูกเทอร์โมโซนิค:
การเชื่อมด้วยลวดเทอร์โมโซนิกอีกรูปแบบหนึ่งคือการติดด้วยลูกบอล (ดูวงจรการติดด้วยลูกบอลที่นี่) วิธีการนี้ใช้เครื่องมือยึดติดด้วยเซรามิกคาปิลารีเหนือการออกแบบลิ่มแบบดั้งเดิม เพื่อรวมคุณสมบัติที่ดีที่สุดในทั้งการยึดด้วยการบีบอัดด้วยความร้อนและด้วยคลื่นอัลตราโซนิกโดยไม่มีข้อเสีย การสั่นสะเทือนของเทอร์โมโซนิกช่วยให้แน่ใจว่าอุณหภูมิของอินเทอร์เฟซยังคงต่ำ ในขณะที่การเชื่อมต่อครั้งแรก พันธะลูกบีบอัดด้วยความร้อนช่วยให้วางลวดและพันธะรองในทิศทางใดก็ได้ โดยไม่อยู่ในแนวเดียวกับพันธะแรก ซึ่งเป็นข้อจำกัดในการติดลวดอัลตราโซนิก . สำหรับการผลิตอัตโนมัติที่มีปริมาณมาก ตัวประสานแบบลูกบอลจะเร็วกว่าตัวเชื่อมแบบอัลตราโซนิก / เทอร์โมโซนิก (ลิ่ม) อย่างมาก ทำให้พันธะแบบเทอร์โมโซนิกบอลเป็นเทคโนโลยีการเชื่อมต่อที่โดดเด่นในไมโครอิเล็กทรอนิกส์ในช่วง 50+ ปีที่ผ่านมา การติดแบบริบบิ้น:
การติดริบบิ้นโดยใช้เทปโลหะแบน ได้รับความนิยมอย่างมากในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ RF และไมโครเวฟมานานหลายทศวรรษ (ริบบิ้นให้การปรับปรุงที่สำคัญในการสูญเสียสัญญาณ [เอฟเฟกต์ผิวหนัง] เมื่อเทียบกับลวดกลมแบบดั้งเดิม) ริบบอนสีทองขนาดเล็ก โดยทั่วไปจะมีความกว้างสูงสุด 75µm และหนา 25µm จะถูกเชื่อมติดกันผ่านกระบวนการเทอร์โมโซนิกด้วยเครื่องมือเชื่อมลิ่มแบบหน้าแบนขนาดใหญ่ ริบบอนอะลูมิเนียมที่มีความกว้างสูงสุด 2,000µm และหนา 250µm ยังสามารถเชื่อมประสานด้วยกระบวนการลิ่มแบบอัลตราโซนิกได้เช่นกัน ข้อกำหนดสำหรับลูปล่าง การเชื่อมต่อระหว่างกันที่มีความหนาแน่นสูงได้เพิ่มขึ้น

ลวดเชื่อมทองคำคืออะไร?

การต่อลวดทองเป็นกระบวนการที่ลวดทองถูกต่อเข้ากับจุดสองจุดในการประกอบเพื่อสร้างการเชื่อมต่อระหว่างกันหรือเป็นเส้นทางนำไฟฟ้า ความร้อน อัลตราโซนิก และแรงล้วนถูกใช้เพื่อสร้างจุดยึดสำหรับลวดทอง กระบวนการสร้างจุดยึดเริ่มต้นด้วยการก่อตัวของลูกบอลทองคำที่ส่วนปลายของเครื่องมือยึดลวดซึ่งก็คือเส้นเลือดฝอย ลูกบอลนี้ถูกกดลงบนพื้นผิวชุดประกอบที่ได้รับความร้อนในขณะที่ใช้ทั้งแรงเฉพาะการใช้งานและความถี่ 60kHz - 152kHz ของการเคลื่อนที่แบบอัลตราโซนิกด้วยเครื่องมือ เมื่อมีการสร้างพันธะครั้งแรก ลวดจะถูกจัดการในการควบคุมอย่างแน่นหนา เพื่อสร้างรูปทรงลูปที่เหมาะสมสำหรับเรขาคณิตของแอสเซมบลี พันธะที่สองซึ่งมักเรียกว่าตะเข็บ จะเกิดขึ้นบนพื้นผิวอีกด้านโดยการกดลวดลงและใช้ที่หนีบเพื่อฉีกลวดที่พันธะ

การเชื่อมด้วยลวดทองเป็นวิธีการเชื่อมต่อระหว่างกันภายในบรรจุภัณฑ์ที่มีความนำไฟฟ้าสูง เกือบจะมีขนาดมากกว่าการบัดกรีบางชนิด นอกจากนี้ ลวดทองยังมีความทนทานต่อการเกิดออกซิเดชันสูงเมื่อเทียบกับวัสดุลวดอื่นๆ และมีความอ่อนกว่าลวดส่วนใหญ่ ซึ่งจำเป็นสำหรับพื้นผิวที่บอบบาง
กระบวนการอาจแตกต่างกันไปตามความต้องการของการประกอบ ด้วยวัสดุที่ละเอียดอ่อน คุณสามารถวางลูกบอลทองคำบนพื้นที่การติดที่สองเพื่อสร้างทั้งการยึดเกาะที่แข็งแรงขึ้นและพันธะที่ "อ่อนลง" เพื่อป้องกันความเสียหายต่อพื้นผิวของส่วนประกอบ ด้วยพื้นที่ที่จำกัด สามารถใช้ลูกบอลเพียงลูกเดียวเป็นจุดเริ่มต้นสำหรับพันธะสองอัน ทำให้เกิดพันธะรูปตัว "V" เมื่อพันธะลวดต้องมีความแข็งแรงมากขึ้น สามารถวางลูกบอลไว้บนตะเข็บเพื่อสร้างการยึดติดที่ปลอดภัย ซึ่งจะช่วยเพิ่มความมั่นคงและความแข็งแรงของลวด การใช้งานและรูปแบบต่างๆ มากมายของการติดลวดนั้นแทบจะไร้ขีดจำกัด และสามารถทำได้โดยใช้ซอฟต์แวร์อัตโนมัติบนระบบการติดลวดของ Palomar