Λύσεις

ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗ ΣΥΡΜΑΤΩΝ

ΦΥΛΛΑΔΙΟ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΩΝ ΓΝΩΣΗΣ

Τι είναι η συγκόλληση καλωδίων;

Η συγκόλληση με σύρμα είναι η μέθοδος με την οποία ένα κομμάτι μαλακού μεταλλικού σύρματος μικρής διαμέτρου συνδέεται με μια συμβατή μεταλλική επιφάνεια χωρίς τη χρήση συγκολλητικού υλικού, συλλίπασμα και, σε ορισμένες περιπτώσεις, με τη χρήση θερμότητας άνω των 150 βαθμών Κελσίου. Στα μαλακά μέταλλα περιλαμβάνονται ο χρυσός (Au), ο χαλκός (Cu), ο άργυρος (Ag), το αλουμίνιο (Al) και κράματα όπως το παλλάδιο-άργυρος (PdAg) και άλλα.

Κατανόηση τεχνικών και διαδικασιών συγκόλλησης καλωδίων για εφαρμογές συναρμολόγησης μικροηλεκτρονικών.
Τεχνικές / Διαδικασίες Σφηνοειδούς Συγκόλλησης: Κορδέλα, Θερμοηχητική Μπάλα & Υπερηχητική Σφηνοειδής Συγκόλληση
Η συγκόλληση καλωδίων είναι η μέθοδος δημιουργίας διασυνδέσεων μεταξύ ενός ολοκληρωμένου κυκλώματος (IC) ή παρόμοιας ημιαγωγικής συσκευής και της συσκευασίας ή του σκελετού του κατά την κατασκευή. Χρησιμοποιείται επίσης ευρέως πλέον για την παροχή ηλεκτρικών συνδέσεων σε συγκροτήματα μπαταριών ιόντων λιθίου. Η συγκόλληση καλωδίων θεωρείται γενικά η πιο οικονομική και ευέλικτη από τις διαθέσιμες τεχνολογίες μικροηλεκτρονικής διασύνδεσης και χρησιμοποιείται στην πλειονότητα των συσκευασιών ημιαγωγών που παράγονται σήμερα. Υπάρχουν διάφορες τεχνικές συγκόλλησης καλωδίων, που περιλαμβάνουν: Θερμοσυμπιεστική συγκόλληση καλωδίων:
Η θερμοσυμπιεστική συγκόλληση σύρματος (συνδυασμός με πιθανές επιφάνειες (συνήθως Au) υπό δύναμη σύσφιξης με υψηλές θερμοκρασίες διεπαφής, συνήθως μεγαλύτερες από 300°C, για την παραγωγή συγκόλλησης), αναπτύχθηκε αρχικά τη δεκαετία του 1950 για διασυνδέσεις μικροηλεκτρονικής, ωστόσο αντικαταστάθηκε γρήγορα από την υπερηχητική και θερμοηχητική συγκόλληση τη δεκαετία του '60 ως η κυρίαρχη τεχνολογία διασύνδεσης. Η θερμοσυμπιεστική συγκόλληση εξακολουθεί να χρησιμοποιείται για εξειδικευμένες εφαρμογές σήμερα, αλλά γενικά αποφεύγεται από τους κατασκευαστές λόγω των υψηλών (συχνά καταστροφικών) θερμοκρασιών διεπαφής που απαιτούνται για την επιτυχή συγκόλληση. Συγκόλληση σύρματος με υπερήχους με σφήνα:
Τη δεκαετία του 1960, η συγκόλληση με υπερηχητικό σφηνοειδές σύρμα έγινε η κυρίαρχη μεθοδολογία διασύνδεσης. Η εφαρμογή μιας δόνησης υψηλής συχνότητας (μέσω ενός συντονιζόμενου μετατροπέα) στο εργαλείο συγκόλλησης με ταυτόχρονη δύναμη σύσφιξης, επέτρεψε τη συγκόλληση συρμάτων αλουμινίου και χρυσού σε θερμοκρασία δωματίου. Αυτή η υπερηχητική δόνηση βοηθά στην απομάκρυνση ρύπων (οξείδια, ακαθαρσίες κ.λπ.) από τις επιφάνειες συγκόλλησης στην αρχή του κύκλου συγκόλλησης και στην προώθηση της μεσομεταλλικής ανάπτυξης για περαιτέρω ανάπτυξη και ενίσχυση του δεσμού. Οι τυπικές συχνότητες για τη συγκόλληση είναι 60 - 120 KHz. Η τεχνική σφηνοειδούς υπερήχου έχει δύο κύριες τεχνολογίες επεξεργασίας: Συγκόλληση μεγάλου (βαρέος) σύρματος για σύρματα διαμέτρου >100µm Συγκόλληση λεπτών (μικρών) συρμάτων για σύρματα διαμέτρου <75µm. Παραδείγματα τυπικών υπερηχητικών κύκλων συγκόλλησης μπορείτε να βρείτε εδώ για λεπτό σύρμα και εδώ για μεγάλο σύρμα. Η συγκόλληση με υπερηχητικό σφηνοειδές σύρμα χρησιμοποιεί ένα συγκεκριμένο εργαλείο συγκόλλησης ή «σφήνα», συνήθως κατασκευασμένο από καρβίδιο βολφραμίου (για σύρμα αλουμινίου) ή καρβίδιο τιτανίου (για σύρμα χρυσού) ανάλογα με τις απαιτήσεις της διαδικασίας και τις διαμέτρους του σύρματος. Διατίθενται επίσης κεραμικές σφήνες με άκρη για ξεχωριστές εφαρμογές. Θερμοϋπολογιστική συγκόλληση συρμάτων:
Όπου απαιτείται συμπληρωματική θέρμανση (συνήθως για χρυσό σύρμα, με συγκολλητικές διεπαφές στην περιοχή των 100 – 250°C), η διαδικασία ονομάζεται θερμοηχητική συγκόλληση σύρματος. Αυτή έχει μεγάλα πλεονεκτήματα σε σχέση με το παραδοσιακό σύστημα θερμοσυμπίεσης, καθώς απαιτούνται πολύ χαμηλότερες θερμοκρασίες διεπαφής (έχει αναφερθεί η συγκόλληση Au σε θερμοκρασία δωματίου, αλλά στην πράξη είναι αναξιόπιστη χωρίς πρόσθετη θερμότητα). Θερμοηχητική συγκόλληση με σφαιρίδια:
Μια άλλη μορφή θερμοηχητικής συγκόλλησης σύρματος είναι η συγκόλληση με σφαιρίδια (δείτε τον κύκλο συγκόλλησης με σφαιρίδια εδώ). Αυτή η μεθοδολογία χρησιμοποιεί ένα κεραμικό εργαλείο τριχοειδούς συγκόλλησης αντί για τα παραδοσιακά σχέδια σφήνας για να συνδυάσει τις καλύτερες ιδιότητες τόσο στη θερμοσυμπίεση όσο και στη συγκόλληση με υπερήχους χωρίς τα μειονεκτήματα. Η θερμοηχητική δόνηση διασφαλίζει ότι η θερμοκρασία της διεπαφής παραμένει χαμηλή, ενώ η πρώτη διασύνδεση, η θερμικά συμπιεσμένη σφαιρική σύνδεση, επιτρέπει στο σύρμα και τη δευτερεύουσα σύνδεση να τοποθετηθούν σε οποιαδήποτε κατεύθυνση, όχι στην ευθεία με την πρώτη σύνδεση, κάτι που αποτελεί περιορισμό στη συγκόλληση με υπερήχους. Για αυτόματη κατασκευή μεγάλου όγκου, οι σφαιρικές συγκολλητικές συσκευές είναι σημαντικά ταχύτερες από τις υπερηχητικές/θερμοηχητικές (σφηνοειδής) συγκολλητικές συσκευές, καθιστώντας τη θερμοηχητική σφαιρική συγκόλληση την κυρίαρχη τεχνολογία διασύνδεσης στη μικροηλεκτρονική τα τελευταία 50+ χρόνια. Συγκόλληση με κορδέλα:
Η συγκόλληση με κορδέλες, χρησιμοποιώντας επίπεδες μεταλλικές ταινίες, κυριαρχεί στα ηλεκτρονικά RF και μικροκυμάτων εδώ και δεκαετίες (η κορδέλα παρέχει σημαντική βελτίωση στην απώλεια σήματος [φαινόμενο δέρματος] σε σύγκριση με το παραδοσιακό στρογγυλό σύρμα). Μικρές χρυσές κορδέλες, συνήθως πλάτους έως 75µm και πάχους 25µm, συγκολλούνται μέσω θερμοηχητικής διαδικασίας με ένα μεγάλο εργαλείο συγκόλλησης με επίπεδη επιφάνεια. Κορδέλες αλουμινίου πλάτους έως 2.000µm και πάχους 250µm μπορούν επίσης να συγκολληθούν με υπερηχητική διαδικασία σφήνας, καθώς η απαίτηση για διασυνδέσεις χαμηλής πυκνότητας και υψηλής πυκνότητας έχει αυξηθεί.

Τι είναι το χρυσό σύρμα συγκόλλησης;

Η συγκόλληση χρυσού σύρματος είναι η διαδικασία με την οποία το χρυσό σύρμα συνδέεται σε δύο σημεία σε ένα συγκρότημα για να σχηματίσει μια διασύνδεση ή μια ηλεκτρικά αγώγιμη διαδρομή. Χρησιμοποιούνται θερμότητα, υπερήχοι και δύναμη για να σχηματιστούν τα σημεία σύνδεσης για το χρυσό σύρμα. Η διαδικασία δημιουργίας του σημείου σύνδεσης ξεκινά με τον σχηματισμό μιας χρυσής μπάλας στην άκρη του εργαλείου συγκόλλησης σύρματος, του τριχοειδούς. Αυτή η μπάλα πιέζεται στην θερμαινόμενη επιφάνεια του συγκροτήματος, ενώ εφαρμόζεται τόσο μια συγκεκριμένη για την εφαρμογή ποσότητα δύναμης όσο και μια συχνότητα 60kHz - 152kHz υπερηχητικής κίνησης με το εργαλείο. Μόλις δημιουργηθεί ο πρώτος δεσμός, το σύρμα θα χειριστεί με αυστηρά ελεγχόμενο τρόπο για να σχηματίσει το κατάλληλο σχήμα βρόχου για τη γεωμετρία του συγκροτήματος. Ο δεύτερος δεσμός, που συχνά αναφέρεται ως ραφή, σχηματίζεται στη συνέχεια στην άλλη επιφάνεια πιέζοντας προς τα κάτω με το σύρμα και χρησιμοποιώντας έναν σφιγκτήρα για να σχιστεί το σύρμα στον δεσμό.

Η συγκόλληση με χρυσό σύρμα προσφέρει μια μέθοδο διασύνδεσης εντός των συσκευασιών που είναι εξαιρετικά ηλεκτρικά αγώγιμη, σχεδόν μια τάξη μεγέθους μεγαλύτερη από ορισμένες κολλήσεις. Επιπλέον, τα χρυσά σύρματα έχουν υψηλή ανοχή στην οξείδωση σε σύγκριση με άλλα υλικά σύρματος και είναι πιο μαλακά από τα περισσότερα, κάτι που είναι απαραίτητο για ευαίσθητες επιφάνειες.
Η διαδικασία μπορεί επίσης να ποικίλλει ανάλογα με τις ανάγκες της συναρμολόγησης. Με ευαίσθητα υλικά, μια χρυσή μπάλα μπορεί να τοποθετηθεί στη δεύτερη περιοχή συγκόλλησης για να δημιουργήσει τόσο έναν ισχυρότερο όσο και έναν «μαλακότερο» δεσμό για να αποφευχθεί η ζημιά στην επιφάνεια του εξαρτήματος. Με στενούς χώρους, μια μόνο μπάλα μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως σημείο εκκίνησης για δύο δεσμούς, σχηματίζοντας έναν δεσμό σε σχήμα «V». Όταν ένας δεσμός σύρματος χρειάζεται να είναι πιο ανθεκτικός, μια μπάλα μπορεί να τοποθετηθεί πάνω από μια ραφή για να σχηματίσει έναν δεσμό ασφαλείας, αυξάνοντας τη σταθερότητα και την αντοχή του σύρματος. Οι πολλές διαφορετικές εφαρμογές και παραλλαγές στη συγκόλληση σύρματος είναι σχεδόν απεριόριστες και μπορούν να επιτευχθούν μέσω της χρήσης του αυτοματοποιημένου λογισμικού στα συστήματα συγκόλλησης σύρματος της Palomar.