SamsPcbGuide ، الجزء 14: التكنولوجيا - التطوير الدقيق وتكنولوجيا الشريحة على متن

في هذا المقال المعزول ذاتيًا ، سأتحدث عن الروابط السلكية للأسلاك الصغيرة (الروابط السلكية الإنجليزية). في سياق لوحات الدوائر المطبوعة ، سنركز على تقنية تركيب البلورات على لوحة الدوائر المطبوعة (الإنجليزية رقاقة على متنها ، COB). تأكد من مشاهدة الفيديو على الروابط ، اللحام المجهري جميل جدًا!

يوفر اللحام توصيلًا كهربائيًا للبلورة مع نتائج الحالة (عند تغليف الشريحة) ، أو مباشرة مع موصلات لوحة الدوائر المطبوعة (تقنية COB). طريقة بديلة للتوصيل الكهربائي هي التركيب البلوري المقلوب للبلورة (الرقاقة الإنجليزية) ، سواء في تصميم العلبة نفسها أو مباشرة على لوحة الدوائر المطبوعة (الشكل 1).

ظهر التثبيت باستخدام خيوط الأسلاك الدقيقة بعد الدوائر المتكاملة الأولى في أوائل الستينيات وتم استخدامه بنجاح حتى يومنا هذا. التثبيت المقلوب هو تقنية حديثة نشأت استجابة لمتطلبات زيادة عدد الاستنتاجات وزيادة السرعة وتقليل الأبعاد. ومع ذلك ، فإنه يحتوي على عدد من قيود التصميم المرتبطة بضمان الموثوقية (كتبت عن هذا بالتفصيل هنا ) ، وهو أكثر تعقيدًا من الناحية التكنولوجية.

لن تفحص هذه المقالة بالتفصيل تصنيف ونظرية طرق اللحام المختلفة - هذه مادة ضخمة جدًا تتجاوز نطاق القضية قيد المناقشة. والحقيقة هي أنه على مدى تاريخها الطويل ، تطورت تقنية توصيل أسلاك التوصيل الصغيرة في مجالات زيادة الاستقرار والموثوقية وسرعة عملية التجميع ، وتوسيع قدرات المعدات لإنشاء حلقات لحام ذات شكل معقد وكثافة عالية للتركيب (الشكل 2). أدت مجموعة متنوعة من المهام ونقص التكنولوجيا العالمية في عملية البحث إلى تطوير طرق اللحام المختلفة. تأمل بإيجاز في النقاط الرئيسية. على الرغم من تنوع الأساليب ، فإن المبدأ المشترك للجميع هو ذلكأن المفصل الملحوم يتكون نتيجة لضغط وتسخين السطوح الملامسة لدرجة حرارة عالية حتى تشكيل المركبات البينية (تكون في الغالب مركبات بين المعادن). اعتمادًا على طريقة التسخين ، ينقسم الانهيار إلى الأنواع الرئيسية التالية: الضغط الحراري (التسخين الخارجي) ، الموجات فوق الصوتية (الاحتكاك مع نبضة فوق صوتية) ، الثرموسونيك (مزيج من التسخين الخارجي والنبض فوق الصوتي) والاتصال (التسخين النبضي مع التيار الكهربائي). المواد الرئيسية لمحطات الميكرويف هي الألومنيوم والذهب والنحاس. يستخدم النحاس بدلاً من الذهب لتقليل التكلفة ، ولكنه أكثر صعوبة ويتأكسد بسرعة في الهواء ، مما يعقد عملية اللحام ويتطلب معدات أكثر تعقيدًا تخلق جوًا خاملًا في منطقة اللحام (النيتروجين أو صب القالب).الموصلية العالية للنحاس هي المحرك لاستبدال الألمنيوم في انهيار أجهزة الطاقة ، على الرغم من عملية التصنيع الأكثر تعقيدًا.

يمكن توجيه محور السلك أثناء التفكيك بالتوازي - هذا عبارة عن إسفين من نوع إسفين (رابط إسفين إنجليزي) ، أو بشكل عمودي هو لحام من نوع إسفين (رابطة الكرة الإنجليزية) (الشكل 3). غالبًا ما تحتوي الحلقة على نقطتي اتصال ، وبالتالي ، وفقًا لنوع نقاط اللحام ، تنقسم طرق اللحام إلى "إسفين كروي" و "إسفين إسفين". الأكثر شيوعًا هو اللحام بالموجات فوق الصوتية بسلك ألومنيوم إسفين إسفين ( فيديو ) ولحام الصوت الحراري بنوع إسفين كروي ذهبي / نحاسي ( فيديو ). في الحالة الأخيرة ، يتم دمج طرف السلك مع تفريغ شراري ( فيديو ) لتشكيل كرة ، مما يضيف فقط الملحمة والجمال إلى عملية اللحام. بالنسبة للأجهزة الكهربائية ، يتم استخدام أشرطة الألمنيوم والذهب ( فيديو مع موسيقى تصويرية أنيقة).

المعلمات الرئيسية في اللحام بالموجات فوق الصوتية / بالحرارة هي قوة اللحام وقوة ومدة النبض فوق الصوتي. يجب أن يضمن الجمع بينهما لإعداد لحام معين ، وسلك معين (القطر ، والصلابة) ، وأداة طبخ محددة ، ومعلمات محددة من لوحة الاتصال (الحجم ، المادة) تكرار عملية اللحام مع معلمات موثوقية الاتصال المضمونة. المعلمات التي يتم التحكم فيها بشكل مباشر هي المظهر ، وقوة السحب (اختبار السحب الهندسي) وقوة القص (اختبار القص الهندسي) (الشكل 4) ، بشكل غير مباشر - الفشل أثناء التدوير الحراري والاختبارات الأخرى في المنتج.

يعد اختيار المعلمات إجراء سحريًا بطريقة ما ، ولكن هناك عدد من التوصيات. بشكل عام ، يتم إجراؤه بواسطة طريقة الوخز العلميتجربة التصميم (DOE) ، أي التعداد المتسلسل للمعلمات في نطاق معين. في هذا البحث ، يمكنك البناء على النتائج المنشورة حول تحسين المعلمات (على سبيل المثال ، المقالات [1 ، 2]) ، بناءً على توصيات الشركة المصنعة للمعدات ، وبالطبع ، على الخبرة المكتسبة. بعد ذلك ، يتم إجراء فصل الاختبار لكل مجموعة من المعلمات ، متبوعًا بالتحكم في مظهر وجهود الفصل / التحول. للتحكم في المظهر ، تكون الزيادة في x100 مع القدرة على قياس الأبعاد الخطية كافية (الشكل 5) ، وتستخدم معدات متخصصة لقياس قوى المسيل للدموع / التحول (على سبيل المثال ، يمكنك استخدام مقياس غرام مع خطاف ، والتحول يدويًا وفحص شكل الكسر بتكبير x100 ... 200 وأكثر).لتقييم المظهر ، من المهم النظر إلى أكبر عدد ممكن من الميكروجراف لنقاط اللحام الجميلة والقبيحة (هناهنا و هنا، على سبيل المثال ، هناك بعض الصور المجهرية الجيدة مع الوصف) ، لأنه في تجربتي هناك ارتباط بين جمال الغلاف ونوعيته. بالإضافة إلى ذلك ، مع الخبرة ، هناك فهم لكيفية تنويعها عند تعيين المعلمات للحصول على النتيجة المرجوة (لا يوجد جهد لحام كافٍ أو قوة كبيرة جدًا) ، أي أن البحث أصبح أكثر وعيًا واتجاهًا. ذات مرة ، ساعدتني قراءة المقالات من نظريات تشكيل اللحام وتأثير المعلمات على جودتها كثيرًا [3 ، 4]. ومع ذلك ، فإن هذه المقالات لا تقل جمالًا على حد سواء [5 ، 6] ، حيث بحث المؤلفون (المعالم لوضعها بهذه الطريقة) في تشكيل حلقة باستخدام كاميرا عالية السرعة. وهكذا ، فإن عدد المقالات التي تمت قراءتها حتى النهاية تصل إلى 100 ، وعدد القفزات المسلوقة والممزقة حتى 10000 ، وسيكون السحر في هذه العملية أقل قليلاً. لا يزال كثيرًا من التثبيت ،بالطبع ، هذا يعتمد - في صراع مرير ، ضغطت الحد الأقصى للخروج من آلة EM-4450 البيلاروسية.

نعود الآن إلى لوحات الدوائر المطبوعة وبعض ميزات تصميمها باستخدام تقنية COB. يتم استخدام التكنولوجيا لخفض التكاليف أو في حالة الاستخدام المصغر المصغر ، إنشاء وحدات وتجميعات متعددة الرقائق (على وجه الخصوص ، LED). في التين. يظهر 6 صورة من أحد العروض التقديميةوورث للإلكترونيات حول هذا الموضوع مع توصيات التصميم. يمكن أن تكون قيود الحجم المقدمة بمثابة دليل ، فمن المستحسن أيضًا استخدام النموذج ثلاثي الأبعاد لأداة الطبخ للتحقق من توفر جميع KPs لتجنب المشاكل بالفعل. من المهم ملاحظة أنه تمت إزالة القناع على لوحة الدوائر المطبوعة في منطقة اللحام ، حتى لا تتداخل مع مستوى عمل أداة الطهي. من الأفضل عدم استخدام المنطقة تحت البلورة للتتبع ، ولكن لوضع وسادة التركيب هناك (كما في الشكل) ، خاصة إذا كانت قاعدة البلورة لديها إمكانات أو تحتاج إلى تركيبها على مادة لاصقة موصلة لزيادة تبديد الحرارة. من الممكن تركيب البلورة على القناع ، خاصة في حالة زيادة البلورة. يمكن أيضًا تثبيت البلورة في قطع في لوحة الدوائر المطبوعة.تجويف الكلور) مع موقع CP في نفس الطبقة الطوبولوجية أو أعلى.

الفروق الدقيقة التالية بشأن التتبع هي التوصية بتوجيه وحدة التحكم على لوحة الدوائر المطبوعة في اتجاه حلقات اللحام للسلك الذهبي. لم أفهم صحتها إلا عند كتابة برنامج إزالة الضغط. خلاصة القول هي أن نقطة الطهي الثانية يتم تشكيلها على حافة الشعيرات الدموية (الشكل 7) ، وعند كتابة البرنامج ، يشار إلى مركزه ، مما يؤدي في زوايا كبيرة إلى الحاجة إلى أخذ ذلك في الاعتبار وتحويل موقع النقطة في البرنامج. بعبارة أخرى ، إنه أكثر ملاءمة ، لكن هذا ليس قيدًا أساسيًا ، ولراحة التتبع أولوية أعلى.

هناك إجماع في الصناعة فيما يتعلق بالطلاء النهائي لألواح الدوائر المطبوعة: ENIG كافية للحام بسلك الألمنيوم ، ENEPIG أو الذهب الكلفاني لسلك الذهب (الشكل 8). لماذا لا يمكنك استخدام ENIG الأرخص والأقل تكلفة للحام بسلك ذهبي؟ الإجابة التي يمكن العثور عليها هي أن انجراف النيكل يؤدي إلى تدهور المفصل الملحوم مع انخفاض كبير في موثوقيته. وفي ENEPIG ، يعمل البلاديوم كطبقة حاجز تمنع هذا الانجراف. من المقبول تمامًا استخدام ENIG لتصحيح العينات ، لا سيما وأن معلمات اللحام ، مع افتراض ثبات هذه الطلاءات ، قريبة. يشار إلى ENEPIG مباشرة كطلاء موصى به في العديد من المصادر ، ويوفر بيانات حول اختبارات الموثوقية [7 ، 8].

يتم إيلاء الكثير من الاهتمام أيضًا لمشكلة تكوين مركبات Au-Al المعدنية غير المرغوب فيها ("الطاعون الأرجواني" وكلمات مخيفة أخرى) التي تحدث عند اللحام بسلك ذهبي على رقاقة كريستال ألمنيوم أو بسلك ألومنيوم على ENIG. هذا السؤال معقد للغاية ، وفهمي الكامل للمعرفة الضرورية للكيمياء ، أنا ، للأسف ، لا. الاستنتاج هو أن الضغط في نظام Au-Al هو مصدر محتمل للفشل ، خاصة في درجات الحرارة المرتفعة ، ويجب اختباره بدقة من أجل الموثوقية. تعد زيادة قوة السحب إلى أقصى حد إحدى الإستراتيجيات ، حيث ترتبط قوة اللحام والموثوقية طويلة المدى (طبقة أرق معدنية مع منطقة طلاء أكبر).

نظرًا للطبقة الرفيعة من الذهب ، فإن نقطة الضعف في فك الوتد الكروي في ENEPIG هي نقطة اللحام الثانية. إن مهمة الحصول على فك عالي الجودة معقدة أيضًا بسبب تلوث KP بعد مرحلة التركيب السطحي للمكونات على لوحة الدوائر المطبوعة. هناك طريقتان لزيادة الموثوقية: مع نتوء مقوى بعد اللحام ( نتوء أمان إنجليزي / كرة، SB) ومع ارتطام أولي (الإنجليزية الكرة ستيتش على الكرة ، BSOB ، أو ستيتش المواجهة ، SOS) (الشكل 9). معلمة التحسين الإضافية في هذه التقنيات هي إزاحة النتوء بالنسبة إلى نقطة اللحام [9 ، 10]. من تجربتي الخاصة ، يمكنني القول أن BSOB أظهر نفسه جيدًا لـ COB. بالمناسبة ، BSOB جيد أيضًا لأنه يسمح لك بوضع نقطة اللحام الثانية على البلورة (الرابطة العكسية الإنجليزية) وتنفيذ اللحام بين البلورات مباشرة في مجموعات متعددة الرقائق. سأكون سعيدًا إذا شاركنا في التعليقات تجربتك مع SB / BSOB و ENIG / ENEPIG.

, , - . ( ), , . , , . « » – .

, #SamsPcbGuide! – #, . #SamsPcbCalc. , . , , . , , - !

[1] J.Gomes ، M. Mayer ، B. Lin ، "تطوير طريقة سريعة لتحسين عملية Au Ball Bond" ، 2015
[2] Byung-Chan Kim ، Seok-Jae Ha ، إلخ. "تحسين
إمكانات عملية ربط الكرة باستخدام تحليل سطح الاستجابة في الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED)" ، ربط الأسلاك ، 2017 [3] Hui Xu ، Changqing Liu ، إلخ ، "تكوين الروابط الأولية في ربط الكرة الذهبية الحرارية على منصات تعدين الألمنيوم" ، 2010
[4] Hui Xu ، Changqing Liu ، إلخ. "دور مدة الترابط في تكوين الروابط السلكية: دراسة آثار أقدام سلك الذهب الحراري على لوح الألمنيوم" ، 2010
[5] فوليانج وانج ، يون تشين ، لي هان ، "دراسة تجريبية لعملية الربط الديناميكي لربط الأسلاك الحرارية" ، 2012
[6]فوليانج وانج ، يون تشين ، لي هان ، "أثر الأثر الشعري على التطور الديناميكي للحلقة الاحترافية in le Evolution in Thermosonic Wire Bonding" ، 2012
[7] Chun-Hsien Fu ، Liang-Yi Hung ، إلخ. "تقييم اللمسات النهائية لسطح الركيزة الجديد: النيكل الكهربائي / البلاديوم البلاديوم / الغمر الذهبي (ENEPIG)" ، 2008
[8] Kuldip Johal ، Sven Lamprecht ، Hugh Roberts ، "النيكل الكهربائي / البلاديوم الكهربائي / البلاديوم / عملية طلاء الذهب الغمر للذهب والألمنيوم -ربط الأسلاك المصممة لتطبيقات درجة حرارة عالية "، 2000
[9] Chunyan Nan ، Michael Mayer ، إلخ. "نتوء ذهبي لتحسين الروابط السلكية بقطر 20 ميكرون عند درجة حرارة منخفضة للعملية" ، 2011
[10] Young K. Song و Vanja Bukva ، "التحديات التي تواجه ENEPIG PCBs: Gold Ball Bonding and Pad Metal Lift" ، 2017